木薯及其他植物P5CS基因进化及表达分析

该研究采用生物信息学的方法,从木薯等31个已完成基因组测序的植物中,共鉴定出84个吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因,并对其进行系统发育分析。结果表明:(1)P5CS在内含子长度上差别较大,而在氨基酸长度、外显子数目、等电点和分子量上差别不大。(2)由于发生基因重复,在大多数单子叶和双子叶植物中都有2个P5CS,而且在单子叶和双子叶植物中均发现P5CS1基因聚类在一组,而P5CS2基因聚类在另一组,支持P5CS1和P5CS2基因是独立起源,且该重复事件发生在单子叶和双子叶植物分化之前。(3)在某些植物(如蒺藜苜蓿、大豆等)中存在3~7个P5CS基因,表明在单子叶和双子叶植物分化之后P5CS基因又发生了多次重复事件,并将它们归纳为4种进化模式。(4)木薯中有2个P5CS基因,表达分析显示,MeP5CS1和MeP5CS2在叶片、叶柄、茎、须根和储藏根中均可检测到,其中MeP5CS1在叶片中表达较高,而MeP5CS2在茎和储藏根中表达较高。(5)干旱胁迫下,MeP5CS1仅在第一片完全展开叶中被显著诱导,而MeP5CS2在第一片完全展开叶和老叶中均能被显著诱导;低温胁迫下,MeP5CS1和MeP5CS2在不同组织中均能被显著诱导,但具有不同的表达模式。研究表明,木薯的MeP5CS1和MeP5CS2基因在转录水平受到干旱、低温等非生物胁迫的调控。     

小麦TaNAC5基因克隆及表达分析

NAC转录因子在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。该研究利用RACE技术从小麦中克隆了1个NAC基因TaNAC5(HQ650113.1)。序列分析显示,TaNAC5基因开放阅读框(ORF)924bp,编码307个氨基酸。多序列比对和进化树分析显示,TaNAC5基因所编码的蛋白具有NAC家族蛋白的保守结构域,与玉米ZmNAC5有较近的亲缘关系。实时荧光定量PCR分析显示,TaNAC5基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、乙烯和双氧水诱导,而受高盐胁迫和ABA抑制。研究表明,TaNAC5参与非生物逆境胁迫及相关信号分子的应答。     

P5CR基因的进化及其在木薯中的表达分析

吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)催化脯氨酸合成途径的最后一步反应,在植物逆境胁迫响应中起重要作用。采用生物信息学方法从木薯(Manihot esculenta Crantz)等45个已完成基因组测序的植物中共鉴定出54条P5CR序列,分析其在不同物种的分布和序列特征;用MEGA软件构建Neighbor-joining系统进化树;采用实时荧光定量PCR技术分析MeP5CR在不同组织和胁迫处理下的表达特性。P5CR在内含子长度上差别较大,而在氨基酸长度、外显子数目、等电点和分子量等方面差别不大。在大多数植物(如木薯)中,P5CR有且仅有1个拷贝,表明P5CR在进化上比较保守,且是单基因起源。然而,在某些植物(如大豆、苹果等)中存在2-3个拷贝,说明在物种进化的过程中P5CR发生了多次重复事件,并将它们归纳为3种进化模式。表达分析表明,MeP5CR在叶片、须根和储藏根中表达量最高,而在叶柄和茎中的表达量最低。MeP5CR表达量受低温胁迫诱导、但被干旱胁迫抑制。MeP5CR在转录水平参与木薯干旱和低温胁迫响应。     

木薯MeHB2转录因子的克隆与表达分析

该研究以木薯(Manihot esculenta Crantz)Ku50为实验材料,采用RT-PCR方法从叶片中克隆了1个HD-Zip基因MeHB2。MeHB2基因含有882bp的开放阅读框,编码293个氨基酸。蛋白质保守结构预测显示,MeHB2编码的蛋白含有Homeodomain、Leu zipper和HD-Zip_N等结构域,属于HD-Zip II成员。进化树分析表明,MeHB2与麻疯树、杨树和杞柳中同源基因的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析表明,低温胁迫、渗透胁迫、ABA和H2O2均可诱导MeHB2基因的表达,而盐胁迫抑制其表达。此外,MeHB2的表达量还受到遮荫胁迫的诱导。研究表明,MeHB2在木薯非生物逆境调控中扮演重要角色。     

木薯MeTPP1基因克隆、结构变异及其表达分析

旨在研究木薯MeTPP1基因在干旱、低温等非生物胁迫响应中的作用。用同源基因克隆的方法从木薯叶片中克隆MeTPP1基因,用MEGA软件构建Neighbor-joining系统进化树,用Dna SP软件分析基因结构变异,用实时荧光定量PCR技术分析MeTPP1基因在不同胁迫处理下的表达特性。结果表明,MeTPP1基因含有一个1 131 bp的开放阅读框,编码376个氨基酸,含有TPP家族保守结构域。系统进化树分析表明,MeTPP1与杨树和杞柳中同源基因的亲缘关系较近,序列相似性分别为77.8%和74.5%。基因结构变异发现,MeTPP1在木薯野生种和栽培种之间共有9个错义突变,它们可能与MeTPP1的表达有关。实时荧光定量PCR分析表明,MeTPP1表达量受到干旱、低温和ABA处理的响应。上述结果表明,MeTPP1在转录水平参与ABA介导的木薯干旱和低温胁迫,可作为候选基因进一步研究其在木薯抗逆中的功能。