拟南芥R2R3-MYB家族第22亚族的结构与功能

拟南芥R2R3-MYB转录因子在拟南芥生长发育、代谢及响应生物和非生物胁迫的调控网络中具有重要作用。根据保守的氨基酸序列,R2R3-MYB转录因子被分为25个亚族,其中第22亚族包含AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70 4个基因,主要响应生物和非生物胁迫。文章从基因功能的相似性、基因表达的一致性和基因结构的保守性3方面综述了第22亚族的4个基因,并综合讨论了其在结构与功能上的冗余性和多样性。     

甜荞花青素合成相关基因FeR2R3-MYB的克隆与表达分析

MYB 是一类常见的转录因子,广泛参与植物花青素生物合成的调控。为探究 MYB转录因子在甜荞花青素生物合成中的调控作用,该研究从红花甜荞和白花甜荞转录组学数据中筛选并克隆出一个和花青素生物合成相关的MYB基因,将其命名为 FeR2R3-MYB,GenBank 登录号为 MT151381.1,并对该序列进行生物信息学分析,以及利用 qRT-PCR 分析FeR2R3-MYB基因在白花甜荞和红花甜荞中的表达特征。结果表明:(1)FeR2R3-MYB基因全长 831 bp,编码 276 个氨基酸,蛋白的相对分子质量为 30.95 kD,理论等电点(pI)为 8.73,蛋白的不稳定指数为 69.64,属于不稳定蛋白,总疏水值为-0.679,整条肽链呈现亲水特性。(2)FeR2R3-MYB 具有典型的 R2R3-MYB 结构域,属于 R2R3-MYB 亚家族。(3)FeR2R3-MYB 与同属蓼科的苦荞和虎杖亲缘关系比较近。(4)FeR2R3-MYB 的启动子序列共含有 9 个光照响应元件、17 个转录因子结合位点、4 个非生物响应元件和 2 个激素响应元件。(5)亚细胞定位发现 FeR2R3-MYB 只在细胞核中表达。(6)FeR2R3-MYB 基因的表达量在叶片和花序中红花甜荞均高于白花甜荞,推测 FeR2R3-MYB 基因可以正向调节甜荞花青素生物合成。综上所述,该研究结果为进一步深化 FeR2R3-MYB 基因在甜荞花青素生物合成途径中的功能及表达调控方面的研究提供了基础。     

苦荞转录因子FtMYBF的克隆、亚细胞定位及表达分析

R2R3-MYB转录因子SG7亚家族成员在植物黄酮醇生物合成中具有极其重要的调控作用。探究苦荞中SG7 R2R3-MYB转录因子在黄酮醇生物合成中的功能,为苦荞黄酮醇生物合成的分子调控机制研究奠定基础。采用RT-PCR技术从苦荞中克隆到一个前期经转录组与代谢组联合分析鉴定到的SG7 R2R3-MYB转录因子,命名为FtMYBF。利用生物信息学、亚细胞定位、基因共表达、基因表达量与总黄酮含量相关性对该基因进行了分析。结果表明,FtMYBF全长CDS序列为1119 bp,编码372个氨基酸。蛋白多序列比对和系统进化树分析表明,FtMYBF属于R2R3-MYB SG7亚家族成员。亚细胞定位显示,FtMYBF蛋白定位于细胞核。基因共表达分析表明,FtMYBF与多个苦荞黄酮醇生物合成结构基因共表达。基因表达量与总黄酮含量间相关性分析表明,FtMYBF在不同组织部位表达量与总黄酮含量高度正相关。FtMYBF属于R2R3-MYB SG7亚家族成员,是一个核定位转录因子,其可能通过正调控苦荞黄酮醇生物合成结构基因的表达来正调控苦荞黄酮和黄酮醇的生物合成。     

拟南芥R2R3-MYB类转录因子在环境胁迫中的作用

MYB转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,以含有保守的MYB结构域为共同特征,分为三个亚族（R1／2-MYB、R2R3-MYB和R1R2R3-MYB）,其中含有两个MYB结构域的R2R3-MYB成员最多,广泛参与植物次生代谢调控、细胞形态发生、胁迫应答、分生组织形成及细胞周期控制等。近年来,R2R3-MYB在植物逆境胁迫中的作用引起了广泛关注,本文综述了拟南芥R2R3-MYB蛋白在环境胁迫响应中作用的研究进展。     

小麦非生物胁迫相关基因TaAIM的表达分析

MYB转录因子是一个在植物的应激反应中起着核心作用的蛋白质家族.为了进一步研究小麦非生物胁迫诱导转录因子的表达特性,利用同源克隆的方法从小麦中获得了 1个R2R3-MYB转录因子基因TaAIM,采用生物信息学方法对TaAIM的序列进行分析,采用半定量RT-PCR方法研究TaAIM在不同组织以及不同非生物逆境胁迫条件下的表达.序列分析表明,TaAIM的全长cDNA序列为1 509 bp,开放阅读框为960 bp,编码319个氨基酸,蛋白质预测分子量约为35.207 kD,等电点为4.8,预测其蛋白质二级结构包含12个α-螺旋.系统进化树分析表明,TaAIM与二穗短柄草中的1个R2R3-MYB转录因子有较高的相似性.序列多重比对表明,TaAIM与其同源蛋白序列的MYB结构域均高度保守.半定量RT-PCR分析表明,TaAIM在小麦各个组织中均表达,在根和叶中的表达量较为明显;在盐、PEG、ABA和低温处理后均能够诱导TaAIM表达.这些结果表明,TaAIM基因参与了小麦对非生物胁迫的响应,可为进一步研究TaAIM的生物学功能提供理论基础.     

中国水仙NtMYB7基因的克隆及功能初步研究

为研究中国水仙类黄酮代谢调控网络,从中国水仙(Narcissus tazetta var.chinensis)中克隆得到一个R2R3-MYB基因,命名为NtMYB7(GenBank登录号:MF522208)。序列分析表明,NtMYB7基因cDNA开放阅读框(ORF)为753bp,编码250个氨基酸。氨基酸多重序列比对分析发现,NtMYB7含有R2和R3保守结构域,属于R2R3-MYB家族;系统进化树分析结果显示,NtMYB7与花青素合成抑制因子聚为一类。实时荧光定量PCR分析发现,NtMYB7基因在中国水仙不同时期花瓣和副冠以及不同器官中均有表达,且NtMYB7基因在鳞茎盘中表达量最高。瞬时表达分析发现,NtMYB7使花青素合成激活因子StMYB诱导产生的红色变浅;定量PCR分析表明,NtMYB7基因显著抑制烟草黄酮醇代谢分支FLS基因的表达,同时抑制StMYB激活的花青素和原花青素合成结构基因的表达。研究结果初步判断,NtMYB7基因是中国水仙类黄酮代谢途径的抑制因子。     

枳LEA基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应

为明确LEA基因在枳非生物胁迫中的作用,研究通过生物信息学方法对枳LEA基因家族进行全基因组的鉴定,并采用qRT-PCR技术分析其在不同非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)枳基因组中鉴定得到57个LEA基因家族成员,编码蛋白的氨基酸长度在62~945 aa之间,分子质量在6.95~104.98 kD之间。(2)系统进化分析表明,PtrLEA基因可分为8个亚家族,LEA_1~LEA_6、dehydrin和SMP,LEA_2亚族家族成员最多。(3)顺式作用元件分析表明,PtrLEA启动子上存在大量的植物激素、胁迫响应以及生长发育有关的响应元件。(4)转录组数据分析结果显示,LEA基因家族具有组织表达特异性,PtrLEA 15、PtrLEA 17、PtrLEA 23、PtrLEA 51在所有组织中均有高表达,也发现有3个基因在所有组织中不表达。(5)实时荧光定量PCR结果显示:PtrLEA基因在低温、干旱和高盐胁迫处理条件下,与对照相比分别有6、2和6个基因上调表达,推测该基因家族参与多种非生物胁迫应答。     

棉花GhMYB113基因的克隆与表达分析

该研究利用序列拼接并结合RT-PCR技术,从棉花叶片中克隆了1个MYB基因的cDNA序列,命名为GhMYB113。序列分析表明,该基因开放阅读框为738bp,编码246个氨基酸,含有2个MYB结构域,属R2R3-MYB类型转录因子。该基因的基因组序列长1 927bp,由3个外显子和2个内含子构成。氨基酸序列比对发现该蛋白与其他物种的MYB蛋白有较高的一致性。系统进化分析显示,棉花GhMYB113与现代杂交月季亲缘关系最近。qPCR分析发现,该基因在棉花根中优势表达,在干旱、高盐及低温胁迫后表达量均发生变化,推测GhMYB113可能在植物响应干旱、高盐及低温等非生物胁迫过程中起作用。     

辣椒R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与比较进化分析

MYB转录因子作为植物中最大的转录因子家族之一, 参与植物的生长、代谢、抵御生物和非生物胁迫等多种生理生化过程。R2R3-MYB是MYB转录因子家族的主要存在形式。辣椒是具有重要经济价值的蔬菜作物, 其R2R3-MYB转录因子缺乏系统的研究。从一年生辣椒(Capsicum annuum)、浆果状辣椒(C. baccatum)和中国辣椒(C. chinense)基因组中分别鉴定出94、92和94个R2R3-MYB基因, 基于系统发育关系将其分为28个亚族。共线性分析表明, 3种辣椒间存在73组直系同源R2R3-MYB基因, 一年生辣椒、浆果状辣椒和中国辣椒分别存在5、4和2个特有的R2R3-MYB基因。鉴定出12对重复基因, 其中8对是串联重复基因, 它们在3种辣椒分化前就已经存在。比较基因组学分析表明, 在辣椒进化过程中同源R2R3-MYB转录因子发生了功能分化。组织表达分析表明, 辣椒R2R3-MYB基因主要有3种表达特征: 在根、叶、茎和花中均高表达, 如CaMYB13/CbMYB12/CcMYB13; 仅在花中高表达, 如CaMYB93/CbMYB86/CcMYB12; 仅在根中高表达, 如CaMYB48/CbMYB47/CcMYB51。研究结果为深入揭示R2R3-MYB转录因子在辣椒生长发育中的生物学功能奠定了基础。     

大豆UBC基因家族鉴定及GmUBC46基因的功能初步分析

泛素/26S蛋白酶体途径在植物响应非生物胁迫反应中起着重要的作用。E2(泛素结合酶,UBC)是蛋白质泛素化中重要的泛素结合酶,与E1和E3共同参与蛋白降解途径。本研究通过构建隐马尔可夫模型,鉴定了54个大豆UBC基因,通过进化树分析将该家族成员分为11个亚家族(A-K)。蛋白保守结构域分析表明,GmUBC家族蛋白成员大部分含有保守Motif 1、Motif 2与Motif 3,且均属于泛素结合酶保守结构域。组织定位分析表明大部分GmUBC家族基因成员在大豆根、茎、叶、花等组织中有所表达。转录组数据表明有20个GmUBC基因在干旱、盐或冷胁迫下具有不同的表达模式,启动子顺式作用元件分析发现其胁迫响应过程可能与激素信号转导相关。进一步通过qRT-PCR发现GmUBC46基因能积极响应干旱、盐或冷胁迫诱导上调表达。通过酵母功能验证表明,GmUBC46基因降低了对干旱或盐胁迫的耐受性。综上,本研究初步阐明了大豆UBC基因家族的基本特性及GmUBC46基因的耐逆功能,为后续研究提供了重要依据和参考价值。     

马尾松HDR基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能。结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821多功能结构域,属于HDR家族。(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体。(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低。(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性。以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持。     

马尾松PmPGK1和PmGPIC基因的克隆和表达分析

为了解马尾松（Pinus massoniana）磷酸甘油酸激酶1（PGK1）与胞质溶胶葡萄糖磷酸异构酶（GPIC）的功能，采用RACE技术克隆了PmPGK1和PmGPIC基因，并进行了生物信息学分析与亚细胞定位，采用实时荧光定量PCR技术分析PmPGK1和PmGPIC的表达特性。结果表明，PmPGK1和PmGPIC全长为2 106和1 848 bp，分别编码507和566个氨基酸。PmPGK1和PmGPIC分别定位于叶绿体和胞质溶胶。PmPGK1表达量为新叶 > 老叶 > 新茎 > 根 > 花；而PmGPIC为老叶 > 花 > 新叶 > 新茎 > 根。低温胁迫24 h，PmPGK1和PmGPIC的表达量均随时间延长先降低后升高，且PmGPIC的表达量在处理2 h后即降至较低水平；高浓度CO₂胁迫24 h，PmPGK1的表达量随时间延长呈降低-升高-再降低的变化趋势，PmGPIC的表达下调但变化较不显著。因此，推测PmPGK1主要参与卡尔文循环及叶绿体/质体糖酵解，PmGPIC主要参与细胞质基质糖酵解；PmPGK1、PmGPIC活性在低温胁迫下均受抑制；PmPGK1活性在CO₂胁迫下受到显著抑制，而PmGPIC活性的影响不大。     

马尾松细胞分裂素羟化酶基因PmCYP735A克隆与表达分析

该文首次在针叶树种马尾松(Pinus massoniana)中采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆,并鉴定出1个CYP735A基因。结果表明:马尾松CYP735A基因(PmCYP735A) cDNA全长为1 744 bp,包括1 647 bp的开放阅读框,44 bp的5'端非翻译区和53 bp的3'端非翻译区。该基因编码蛋白由548个氨基酸残基组成,其二级结构含有丰富的α-螺旋和无规则卷曲。该基因编码蛋白不含跨膜区域,且无信号肽酶切位点,在399～406个和475～484个氨基酸残基存在P450超家族保守特征序列ETLRLYP(ExxRxxP)和血红素结合区域(Heme-binding region) FSFGPRKCVG (FxxGxRxCxG)。系统进化树分析表明,马尾松PmCYP735A与水稻、玉米、拟南芥CYP735A蛋白归属于同一小的进化枝,可可、毛果杨、麻风树和橡胶树等的CYP735A同源蛋白相对集中的定位于另一进化分支。实时定量PCR检测发现,PmCYP735A基因在马尾松根和茎中的表达量显著高于叶,该基因响应外源生长素NAA诱导表达,随着诱导时间呈现先上升再下降的表达趋势。以上结果有助于深入探究CYP735A基因家族的生物学功能及其在物种间的表达调控异同,为进一步挖掘马尾松优异基因资源奠定基础。     

甘薯细胞色素P450单加氧酶基因IbCYP714E1和IbCYP714E2的鉴定及表达分析

CYP714基因在植物赤霉素合成与代谢过程中发挥着重要作用。该研究从甘薯基因组中鉴定出2个CYP714基因,对基因的结构和编码蛋白质的理化性质等进行了生物信息学分析,并利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析基因在不同组织和非生物胁迫条件下的表达特征,为解析甘薯CYP714基因的生物学功能提供帮助。结果表明:(1)2个基因为分别编码518个和521个氨基酸的碱性亲水蛋白,被亚细胞定位于细胞质中;(2)2个蛋白质均含有CYP714蛋白亚家族的3个特征结构域,与毛白杨的PtCYP714E2、PtCYP714E4和PtCYP714E5蛋白聚为一类,分别定名为IbCYP714E1和IbCYP714E2;(3)荧光定量PCR分析显示,IbCYP714E1和IbCYP714E2基因的表达部位存在一定差异,IbCYP714E1在柴根、初生根和叶片中表达量较高,而IbCYP714E2基因只在柴根和花上表达量较高,在盐和干旱胁迫下,IbCYP714E1基因表达量均增加,而IbCYP714E2基因只在盐胁迫条件下表达量增加。IbCYP714E1和IbCYP714E2基因可能参与赤霉素的降解和对非生物胁迫的应答。     

麻疯树雌雄花中MADS-BOX基因的表达分析

麻疯树(Jatropha curcas)种子含油率高,种子中的油类物质可作为生物柴油被开发和利用,是极具潜力的生物质能源树种之一。麻疯树雌雄异花,在自然条件下雄花数量通常远远大于雌花,这大大限制了种子和油的产量,因此开展麻疯树性别分化与花发育分子机理的研究具有重要意义。该研究选取10个麻疯树的MADS-BOX基因(JcAGL1,JcAGL6,JcAGL9,JcAGL11,JcAGL15,JcAGL61-3,JcAGL62-1,JcAGL62-6,JcAGL62-7,JcAGL80-2),提取麻疯树早期发育各个阶段的雌雄花总RNA,并反转录成cDNA,采用实时荧光定量方法,探索早期发育不同阶段的麻疯树雌雄花目的基因的表达情况。结果表明:目的基因在发育起始的雌雄花中的表达具有差异,比如JcAGL6和JcAGL15在雄花中表达量要高于雌花,而JcAGL1,JcAGL9和JcAGL11在雌花中的表达量要高于雄花,这说明花原基中目的基因表达会直接或间接决定性别分化的方向;在之后的发育过程中,目的基因的表达情况在雌雄花中有所不同:随着花的发育,目的基因在雌雄花中的表达量变化存在差别,这反应出麻疯树雌雄花发育中目的基因表达模式上的差异;另外,也能看出在此过程中各个目的基因又发挥着不同的功能。该研究结果为进一步探究麻疯树雌雄花发育相关基因的表达提供了理论依据,为了解麻疯树性别分化和花发育的分子机理奠定了基础。     

谷子PAL基因家族全基因组的鉴定和表达分析

苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因家族参与苯丙烷类代谢过程,通过调控植物抗病次生物质的合成在植物抗逆反应中发挥重要作用。为明确谷子PAL基因家族在逆境胁迫下的表达规律,该研究利用生物信息学方法对谷子PAL基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明:谷子具有11个PAL基因,在进化树中可分为3个亚家族,SiPAL7独自进化为一支。通过构建蛋白结构域发现PAL基因家族成员均含有保守的PAL结构域。启动子分析显示,PAL基因含有应答激素、逆境胁迫等多种因子的顺式作用元件,说明PAL基因广泛参与不同生物学调控过程。RT-qPCR结果显示,谷子PAL基因家族多为诱导型表达,不同光照条件下PAL基因表达量变化明显,不同基因具有不同响应模式,说明谷子PAL基因家族在参与光调节反应中发挥重要作用。谷子PAL基因高度保守,广泛响应不同非生物胁迫,具有表达特异性。该研究结果为揭示PAL基因家族在调节谷子抗性及胁迫应答过程中的作用提供了参考。     

松材线虫侵染的马尾松人工林细根形态及生物量分异特征

中龄林的马尾松受松材线虫侵染后,林木生长、生理生化指标、群落多样性等会发生异质性变化,但是,针对患病林木地下细根的响应尚不清楚。本研究以松材线虫疫区患病马尾松和健康马尾松为研究对象,采用土柱法,分0-15 cm和15-30 cm土层,对细根进行分级研究,定量分析1-5级细根的形态、生物量以及养分元素,探讨松材线虫侵染的马尾松人工林细根形态、生物量以及养分元素的分异特征。结果表明:(1)患病马尾松人工林细根的健康状态与根长密度、生物量呈极显著正相关(P<0.01),低级根(如1级根)患病后,响应会更加强烈。(2)马尾松人工林患病后,细根有效磷、速效钾浓度会显著降低(P<0.05),而全氮、钙浓度会显著升高(P<0.05)。(3)松材线虫病使林分的土壤有机质含量显著高于健康林分(P<0.05),而土壤速效钾含量会显著低于健康林分(P<0.05)。以上结果表明,松材线虫侵染的马尾松人工林会在细根形态、细根养分和土壤养分上会发生特异性响应,揭示了松材线虫病对马尾松人工林地下细根的影响,旨在为松材线虫病防治提供一定参考。     

油茶DELLA基因的克隆和表达分析

为了解油茶(Camellia oleifera)中DELLA基因功能及其表达特性,采用PCR技术从‘长林4号’油茶中克隆了5个DELLA基因,命名为CoDELLA1~CoDELLA5,对其编码的5个CoDELLA蛋白进行生物信息学分析,并对5个DELLA基因的表达模式以及激素响应活性进行了分析。结果表明,5个CoDELLA基因的编码区长度分别为1 791、1 875、1 848、1 593和1 581 bp,分别编码597、625、616、531和527个氨基酸。5个CoDELLA蛋白的氨基酸序列相似度较高,丝氨酸残基为主要的潜在磷酸化位点,CoDELLA蛋白N端均含有典型的DELLA结构域。不同物种中DELLA蛋白的系统发育存在差异,CoDELLA与茶树的CsDELLA同源性最高。CoDELLA基因在油茶不同组织中的表达也存在差异,且赤霉素和独脚金内酯等多种激素和非生物胁迫对其表达具有调控作用。CoDELLA基因可能在油茶的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用。     

甘草GuWOX基因家族的鉴定与表达分析北大核心CSCD

WUSCHEL-related homeobox(WOX)转录因子是植物特有的转录因子,具有调控植物生长发育和非生物胁迫响应的作用。该研究通过生物信息学的方法对GuWOX基因家族进行分析,并利用qRT-PCR方法检测该基因家族在不同组织和非生物胁迫下的表达情况,利用RT-PCR方法克隆得到4个GuWOX基因。结果显示,(1)GuWOX基因家族共有16个成员,均含有保守的HD,为亲水性不稳定蛋白质;系统进化分析表明,GuWOX基因家族分为3个进化支(远古支、中间支和现代支);启动子序列中包括响应多种逆境和激素的顺式作用元件。(2)qRT-PCR结果显示,在侧根中GuWOX1的表达量最高,在茎中GuWOX15的表达量最高;GuWOX在盐、无磷和GA_(3)处理后不同时间段都有表达;干旱和ABA处理GuWOX15的表达模式相近,且在处理12 h时均上调表达。(3)成功克隆得到GuWOX1、GuWOX5、GuWOX6、GuWOX12基因,其长度分别为557 bp、707 bp、716 bp和578 bp,分别编码184、237、237和191个氨基酸。该研究结果表明,GuWOX基因参与甘草发育、对逆境胁迫的响应以及植物激素调节,为进一步分析GuWOX基因功能奠定了基础。