橡胶树胶乳糖酵解关键酶—磷酸果糖激酶基因的分离及功能分析

In Hevea brasiliensis, the regeneration of latex is the key factor in rubber production.The glycolysis of latex provide the material and energy, and is closely realted with latex regeneration. One of the key regulatory reactions in the glycolytic pathway is the conversion of fructose-6-phosphate (F-6-P) to fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-P2) by phosphofructokinase. In this study, the phosphofructokinase were isolated and detected in latex basing on transcription and translation level, including gene clone, regulation of gene epxression, function of gene and characteristics of enzyme. The results will reveal how and which the key phosphofructokinase genes regulate the glycolysis of latex, and further regulate the rubber synthesis and the regeneration of latex. It is hoped to obtain one or more phosphofructokinase genes that relate to rubber yield, provide important genes for molecular assistant breeding and transgene in Hevea.

在橡胶树(Hevea brasiliensis)中，胶乳再生能力是影响橡胶树产量的关键因素。胶乳糖酵解为胶乳再生提供了物质及能量基础，特别是为橡胶烃合成提供了碳骨架，因此与胶乳再生密切相关。磷酸果糖激酶是糖酵解代谢中的限速及关键酶，糖酵解的代谢速度取决于此酶的活性，加速糖酵解速率将增强胶乳再生能力及提高橡胶烃产量。本项目拟从转录和翻译水平研究磷酸果糖激酶基因家族的表达特性，纯化胶乳磷酸果糖激酶并了解其酶学特性，通过分子鉴定和生化特性研究，确定胶乳磷酸果糖激酶的关键成员，明确胶乳磷酸果糖激酶的调控特点及其与胶乳再生的关系。项目结果有助于阐明橡胶树胶乳糖酵解代谢的调控机理，为全面揭示橡胶树胶乳糖酵解与胶乳再生以及橡胶产量的密切相关奠定理论基础，为橡胶树产量定向分子改良提供重要的靶基因。

橡胶树胶乳再生能力是决定其产量的关键因素之一。橡胶树胶乳糖酵解为胶乳再生提供了物质及能量基础，特别是为橡胶烃合成提供碳骨架，因此胶乳糖酵解与胶乳再生密切相关。磷酸果糖激酶是糖酵解代谢中的限速及关键酶，此酶的活性决定糖酵解的代谢速率，加速糖酵解速率将有助于增加胶乳再生能力提高橡胶产量。本项目在橡胶树中成功分离依赖ATP的磷酸果糖激酶7个（HbPFK1-7）以及依赖PPi的磷酸果糖激酶2个（HbPFP1-2）；聚类分析结果显示同一物种PFK家族成员之间氨基酸差异较大，进化分析结果暗示PFK家族的分化早于物种间的分化；HbPFKs和HbPFPs在不同组织中存在特异表达，HbPFK1在树皮中高表达，HbPFK2在胶乳中高表达，为胶乳磷酸果糖激酶关键成员；突变株RL257恢复验证实验确定HbPFK1-4及HbPFP1具有磷酸果糖激酶的活性，重组蛋白酶活检测再次确定HbPFK1-2具有磷酸果糖激酶活性；HbPFKs与HbPFPs对7种植物激素或激素类似物，伤害、死皮及高低温胁迫均产生不同程度的应答反应；在割胶处理下，胶乳磷酸果糖激酶活性减弱，柠檬酸含量增加，胶乳高表达HbPFK2基因呈先下降后上升的表达趋势；在ET处理下，胶乳磷酸果糖激酶活性增强，柠檬酸含量降低，胶乳高表达HbPFK2基因呈下降趋势。综合以上结果表明，本项目成功分离橡胶树磷酸果糖激酶家族基因并验证其功能，确定HbFPK2为胶乳磷酸果糖激酶关键成员，割胶及ET处理明显调控胶乳磷酸果糖激酶活性，其活性调控与胞质柠檬酸含量变化有关。项目结果有助于阐明橡胶树胶乳糖酵解代谢关键酶磷酸果糖激酶的调控机理，为全面揭示橡胶树胶乳糖酵解与胶乳再生能力以及橡胶产量密切相关的理论奠定基础，为橡胶树产量定向分子改良提供重要的靶基因。