范晶 , 黄明远 , 吴苗苗 , 叶红 , 张西玉

乐山师范学院生命科学学院, 乐山, 614004
作者    通讯作者
基因组学与应用生物学, 2016 年, 第 35卷, 第 158 篇   
收稿日期: 2016年01月01日    接受日期: 2016年02月03日

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黄烷酮3-羟化酶基因(Flavanone 3-hydroxylase, F3H)在植物花青素合成途径中发挥重要作用，可作为山茶花色遗传育种的候选基因。本研究在前期从GenBank数据库中筛选得到白花茶树CsF3H、黄花金花茶CnF3H和红花浙江红山茶CcF3H三个基因。然而，它们的分子遗传与变异信息仍然缺乏，不利于最大正向效应基因的选择利用。本研究系统探讨了CsF3H、CnF3H和CcF3H基因的分子特征、系统进化和蛋白三维结构。结果发现CsF3H、CnF3H和CcF3H三者之间存在高度序列多样性，共含37个核苷酸和9个氨基酸差异，且与CsF3H和CnF3H相比，CcF3H序列发生了更多的变异。系统进化结果表明CsF3H，CnF3H和CcF3H蛋白与猕猴桃AcF3H具有共同祖先，但在后期进化过程中，CcF3H率先与CsF3H和CnF3H二者发生分化。序列比对和保守结构域分析发现CsF3H、CnF3H和CcF3H蛋白均含有一个保守的依赖2-酮戊二酸和二价铁离子的双加氧酶超家族特征区域，该区域内的组氨酸H218和H276以及天冬氨酸D220是Fe²⁺结合位点，精氨酸R286和丝氨酸S288是2-酮戊二酸的重要结合位点。本研究还发现了3个茶属F3H蛋白的保守结构域中存在一个差异位点，与CsF3H和CnF3H第200位异亮氨酸I200相比，CcF3H对应氨基酸变异为缬氨酸V200，Web logo3.4分析揭示V200在植物F3H蛋白中更为保守。空间结构分析显示CcF3H中氨基酸V200的替换导致它和赖氨酸K197的分子作用力增强。本研究结果表明CcF3H是更为保守的植物F3H蛋白，缬氨酸V200可能是一个重要的功能位点。上述研究也为山茶属F3H基因提供了新的信息，为今后选择CcF3H基因作为山茶花色育种最适候选基因提供了理论支撑。

山茶属；F3H基因；系统进化；蛋白三维结构；2-酮戊二酸和二价铁离子双加氧酶超家族