菠萝CHI基因家族生物信息学及表达分析

来源：江苏农业科学杂志2025年第第24期北京时间：

作者：崔世娇;邹幸江;段元浩;李长江;冯世鹏

单位：海南大学热带农林学院/海南省热带生物资源可持续利用重点实验室，海南海口 570228

摘要：为探究查尔酮异构酶编码基因家族(chalcone isomerase，CHI)在菠萝中的生物学功能，为菠萝的遗传改良提供理论依据，首先，从菠萝全基因组数据库中识别并鉴定AcCHI基因家族成员；然后，运用生物信息学相关工具和软件对AcCHI的基本理化性质进行分析，预测其编码蛋白的二级结构；再然后，构建系统进化树，探究CHI基因家族在不同物种间的亲缘关系，分析AcCHI基因的染色体定位、共线性等；最后，进一步克隆菠萝AcCHI家族各成员，运用实时荧光定量PCR技术检测AcCHI基因在菠萝不同组织(根、茎、叶、花、果肉、果皮)及不同品种果肉中的表达水平，通过在烟草中的亚细胞定位技术等探究相关基因的功能。结果表明，菠萝有5个AcCHI基因，其蛋白质序列长度为206~428 aa，相对分子量为23.09~47.74 ku，等电点范围在5.00~9.39之间；进化分析发现，AcCHI4属于Ⅰ型，AcCHI1~AcCHI3属于Ⅲ型，AcCHI5属于Ⅳ型；菠萝中5个CHI基因均有较长的内含子，5个AcCHI基因分布在4条不同染色体上；对AcCHI基因家族的5个成员进行克隆测序，发现其序列与预期结果基本一致；AcCHI基因表达存在组织特异性，5个AcCHI基因均在叶片中有较高表达，只有AcCHI5在花中的表达量最高，约是叶片的2倍。对白色果肉的牛奶菠萝与黄色果肉的金钻菠萝进行定量分析发现，只有AcCHI4基因在牛奶菠萝中的相对表达量高于金钻菠萝，其余4个基因的相对表达量均低于金钻菠萝；Ⅰ型的AcCHI4具有查尔酮异构酶催化活性，亚细胞定位结果显示其定位于细胞核、细胞质膜中行使功能。从菠萝基因组中鉴定出5个AcCHI基因家族成员后，明确了基因家族成员的基本理化性质、结构特征及进化关系，揭示了其在菠萝不同组织中的表达规律，并发现AcCHI4在牛奶菠萝白色果肉形成过程中有一定作用。研究结果为进一步探究AcCHI基因家族的功能，以及通过基因工程手段改良菠萝品质奠定了理论基础。

关键词：查尔酮异构酶;菠萝;基因克隆;表达分析;亚细胞定位