《Discover Life》：Cloning and transcriptional analysis of the ethylene signal-transduction receptor genes ERS1 and EIN4 during flowering in WT and Xianglei Lonicera macranthoides varieties
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为探究野生型（WT）和湘蕾型（XL）金银花花期差异机制，研究人员克隆乙烯受体基因，发现其序列和表达差异，为分子育种提供依据。
在植物的奇妙世界里，金银花（Lonicera macranthoides Hand.-Mazz.）可是一位 “宝藏选手”。它不仅是重要的中药材，能治疗多种疾病，像喉咙痛、感冒这些常见病症，在对抗非典、禽流感、新冠感染时也有出色表现。而且它的花、茎、叶还能用来提取香料，开发茶和护肤品。野生型金银花的花期较短，只有一周左右，花冠很快就会展开凋谢，这给采摘带来很大困难，导致资源大量损失。而湘蕾型金银花就不一样了，它是自然突变选育出来的品种，花期能延长到三周，花冠还不会展开，在这期间其主要活性成分绿原酸含量一直维持在较高水平。
不过，湘蕾型金银花这些优良性状背后的分子机制一直是个谜。植物激素在植物生长发育中起着关键作用，虽然之前研究发现乙烯信号通路可能和湘蕾型金银花的优良性状有关，但具体情况还不清楚。为了揭开这个谜团，湖南中医药大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Discover Life》上，为进一步了解金银花花期调控机制以及分子育种提供了重要依据 。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从野生型和湘蕾型金银花花期的七个阶段采集花样本，提取 RNA 并合成 cDNA。接着，通过设计特异性引物，利用 RT-PCR 技术克隆乙烯受体基因 ERS1 和 EIN4 的核心片段，再结合 5′-RACE 和 3′-RACE 技术获得基因全长。然后，运用生物信息学工具对克隆得到的基因序列进行分析，预测蛋白质结构和功能。最后，采用定量实时 PCR（qRT-PCR）技术检测基因在不同花期的表达水平。
下面来看看具体的研究结果：
基因克隆 ：通过一系列实验操作，成功克隆出 ERS1 和 EIN4 基因。野生型和湘蕾型金银花的 LmERS1 基因序列完全相同，长度为 2344bp，编码 640 个氨基酸。LmEIN4 基因在野生型和湘蕾型金银花中存在差异，分别命名为 LmEIN4 和 LmXL-EIN4，长度约为 2602 - 3bp，均编码 677 个氨基酸，但有一个氨基酸不同。序列及功能分析 ：对 LmERS1、LmETR2 和 LmEIN4 蛋白质进行分析，发现它们都含有保守结构域。LmERS1 属于 GAF 蛋白家族，有五个保守结构域，参与信号转导、磷酸化等过程；LmETR2 属于 ETR 家族，同样有五个保守结构域，能响应乙烯信号；LmEIN4 属于 GAF 蛋白家族，有四个保守结构域，也参与信号转导等。蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPIs）预测表明，ERS1、ETR2 和 EIN4 通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和植物激素信号转导发挥作用，且它们能与乙烯信号通路下游关键因子相互作用，但这三种受体之间没有直接相互作用。结构与进化分析 ：分析 ERS1、ETR2 和 EIN4 蛋白质的二级和三级结构，发现随机卷曲和 α - 螺旋是主要结构，ETR2 和 EIN4 还预测有跨膜区段。通过序列相似性分析和系统发育树构建，发现金银花的乙烯受体基因与其他植物的乙烯受体基因有较高相似性，且与水稻和拟南芥的乙烯受体家族关系较近。基因表达分析 ：利用 qRT-PCR 检测基因表达，结果显示 LmERS1、LmEIN4 和 LmETR2 基因在野生型和湘蕾型金银花中的表达模式不同。总体上，LmERS1 在湘蕾型中逐渐增加，在野生型中波动较大；LmEIN4 在花期 3 之后呈上升趋势；LmETR2 在花期 3 之后，湘蕾型中下降，野生型中上升。在花期前三个阶段，三种乙烯受体在野生型中表达趋势相似，在湘蕾型中则完全相反。载体构建与转化 ：将 ERS1 基因的开放阅读框（ORF）区域连接到 PBI121 载体上，构建 CaMV35s - LmERS1 过表达载体，并成功转化到农杆菌 GV1301 中。
综合研究结果和讨论部分，研究人员发现湘蕾型金银花的基因序列发生了较多同义突变，虽然同义突变通常被认为不改变蛋白质序列，但可能影响 mRNA 表达水平，进而影响蛋白质表达，这或许是湘蕾型金银花表型形成的重要机制之一。而且不同乙烯受体基因在野生型和湘蕾型金银花中的表达差异显著，尤其是在花期早期，这种差异可能与湘蕾型金银花独特的开花表型有关。此外，研究人员首次利用同源重组方法构建了金银花 ERS1 基因的过表达载体并实现转化，为后续研究乙烯受体基因在金银花花期发育中的功能奠定了基础。这一研究不仅有助于深入理解金银花花期调控的分子机制，还为通过分子育种手段培育更优良的金银花品种提供了理论依据和技术支持。
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