真双子叶基部类群十种植物的CHS基因家族成员分析

用PCR方法从目前极少被报道的真双子叶基部类群10种植物的总DNA中扩增出CHS基因外显子2的部分序列进行分析,经克隆后测序,共得到26个不同的片段。分析表明,所有序列具有较高的同源性（〉70％）,每种植物有2—4个不同的拷贝,在金鱼藻中发现有一个拷贝（CedeCHS3）含有一段长29个碱基的缺失,可能已失去了该基因的功能,而来自银桦的GrroCHS8拷贝具有较多活性位点的变异,可能具有了新的功能。在对碱基含量的分析中表明,只有来自雀舌黄杨的序列有一定的GC偏好,特别是第三位的GC含量达70％以上。用贝叶斯法、最大简约法和邻接法构建的CHS基因的分子系统树均由3个主要分支构成,其中一个分支由来自金鱼藻的4个序列聚在一起构成了subfamilyⅡ,来自昆栏树的2个序列聚在一起网接于subfamilyⅢ中;来自独叶草的3个序列分散于同一亚家族（subfamilyⅠ）的不同分支中;而多数种的序列分散在相距较远的两个分支中,构成了两个主要的亚家族subfamilyⅠ、subfamilyⅢ。从所建分子系统树看真双子叶基部类群植物的CHS基因家族成员来源于该类群形成前的两个祖先拷贝,在不同植物这两个祖先拷贝经历了不同的进化过程,这些进化上的差异可能与不同植物的生活习性及生存环境的多样性相关。     

山茶属CHS基因家族的组成和分子进化初探

用PCR方法从4种山茶属(Camellia)(山茶科)(Tlaeaceae)植物的总DNA中分别扩增到CHS基因外显子2的部分序列,经克隆、测序得到16个该基因的序列,这些序列与来自GenBank的该属另一种植物的3个序列及作为外类群的大豆(Glycine max (L)Merr)的2个序列一起进行分析。研究表明,山茶属CHS基因家族在进化过程中已分化为A、B、c三个亚家族,包括A1、A2、A3、B1、B2、C等6类不同的基因成员;其中只有A2类成员为全部被研究的5种植物所共有,而其他5类成员只在部分被研究的植物中发现;所有这些CHS成员具有很高的同源性：在核苷酸水平上同一亚家族内基本上高于90％,不同亚家族间也在78％以上。从推测的氨基酸组成看,山茶属内CHS基因的功能已发生了分化,各类成员的碱基替代率有较大差异;从分子系统发育树和可能的氨基酸组成分析,山茶属具有新功能的基因成员是在经过基因重复后,或是由少数几个位点的突变而成,或是由逐渐积累的突变而形成的。进一步分析认为,该属CHS基因的分化直到近期还在活跃地进行,并且不同种的进化式样有一定的差别,这种不同的进化式样可能是物种形成后受不同环境因素影响而形成的。     

山茶属CHS基因家族的组成和分子进化初探

用PCR方法从4种山茶属(Camellia)(山茶科)(Theaceae)植物的总DNA中分别扩增到CHS基因外显子2的部分序列,经克隆、测序得到16个该基因的序列,这些序列与来自GenBank的该属另一种植物的3个序列及作为外类群的大豆(Glycine max (L.) Merr.)的2个序列一起进行分析.研究表明,山茶属CHS基因家族在进化过程中已分化为A、B、C三个亚家族,包括A1、A2、A3、B1、B2、C 等6类不同的基因成员;其中只有A2类成员为全部被研究的5种植物所共有,而其他5类成员只在部分被研究的植物中发现;所有这些CHS成员具有很高的同源性:在核苷酸水平上同一亚家族内基本上高于90%,不同亚家族间也在78%以上.从推测的氨基酸组成看,山茶属内CHS基因的功能已发生了分化,各类成员的碱基替代率有较大差异; 从分子系统发育树和可能的氨基酸组成分析,山茶属具有新功能的基因成员是在经过基因重复后,或是由少数几个位点的突变而成,或是由逐渐积累的突变而形成的.进一步分析认为,该属CHS基因的分化直到近期还在活跃地进行,并且不同种的进化式样有一定的差别,这种不同的进化式样可能是物种形成后受不同环境因素影响而形成的.     

辣椒查尔酮合成酶基因家族全基因组鉴定及表达特征分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物色素合成的一个关键酶,对植物的生长发育具有重要作用。本试验依据辣椒的基因组数据,采用生物信息学的方法对辣椒CHS基因家族进行鉴定及分析。结果得出该基因家族含有7个成员,氨基酸序列长度介于213~402 aa之间,基因间序列相似性变化幅度较大,具有高度遗传多样性。基因特性分析发现7个基因含有高度保守的结构域,内含子数较少,为1~2个,它们主要分布于3条染色体上,其中以12号染色体分布最多;此外通过系统进化分析可将CHS基因分为两大类。对辣椒CHS基因的组织表达及果实发育的9个不同时期的表达进行分析,结果表明CHS家族基因具有组织表达特异性和发育时期表达特异性,每个成员都具有不同的调控方式。本研究不仅为今后了解辣椒CHS基因家族的功能和进化奠定基础,而且为遗传性状改良提供候选资源。     

番茄中Rpi-blb2同源基因的挖掘与鉴定

番茄晚疫病是番茄生产中的主要病害之一,经常会造成较大的经济损失。晚疫病生理小种的变异和进化常会导致番茄品种原有的遗传抗性丧失,因此不断挖掘新的抗性基因,改良番茄晚疫病抗性是番茄抗病育种的长期任务。该研究采用BLAST同源比对的方法,以马铃薯野生近缘种的晚疫病抗性蛋白序列Rpi-blb2为种子序列,在NCBI蛋白质序列数据库中检索得到11条番茄蛋白质序列,这些序列与种子序列相似性为78%~83%,属于番茄疾病抗性蛋白家族,并对该家族成员进行了基因结构、基因定位、序列保守结构域和进化关系等分析。结果表明:该家族中10条序列分布在第Ⅵ条染色体上,1条分布在第Ⅴ染色体上;6号染色体上的10序列呈现2个抗病基因簇分布,在染色体上分别占据2个和3个基因位点;10条同源蛋白是Rpi-blb2的共同垂直同源蛋白,但不具有平行同源关系,大多数成员定位于细胞质。按照蛋白质保守结构域和基因定位的不同可分为三类,第一类共4条系列,包含有DUF3542和NB-ARC两个保守结构域特征序列;第二类共6条序列,与马铃薯Rpi-blb2蛋白一样,仅包含NB-ARC保守结构域特征序列,在这2类蛋白序列的NB-ARC结构域均位于序列中部;第三类(仅包含XP_004239406.1)虽然也具有与第一类蛋白相似的DUF3542和NB-ARC结构域,但在结构域两端的非保守区序列较短,且位于5号染色体上,因此将其单独归为1类。前两类蛋白成员相应的基因具有1~2个内含子,第3类蛋白不含内含子。该研究结果为利用生物技术选育番茄抗性品种提供了理论基础。     

香蕉枯萎病菌4号生理小种中CHS基因家族的克隆与蛋白序列分析

为了解香蕉枯萎病菌4号生理小种(FOC4)中的几丁质合酶(Chitin synthase,CHS)基因的特点,从而为进一步研究相关基因功能奠定基础。根据丝状真菌中CHS基因设计简并引物,采用RT-PCR的方法扩增得到FOC4中全长cDNA,测序后对该基因家族编码的蛋白进行分析。结果表明,FOC4共有8个CHS基因,根据蛋白聚类分析表明可其可划分为2个家族,并可根据氨基酸序列特征进一步划分为7个小类,该基因家族成员在不同种镰刀菌中保守程度较高。     

决明查尔酮合成酶基因的克隆及序列分析

以决明(Cassia tora)为实验材料,利用RT-PCR和RACE技术,从决明嫩叶中克隆出查尔酮合成酶(Chal-one synthase,CHS)基因,其cDNA全长为1 459 bp,编码一个由390个氨基酸残基组成的多肽.氨基酸序列分析表明,决明CHS基因的氨基酸序列中含有44.61%的中性疏水氨基酸,29.74%的中性亲水氨基酸,12.56%的酸性氨基酸和13.O8%的碱性氨基酸.决明CHS基因的氨基酸序列中具有CHS家族酶系的氨基酸保守残基,包括结合底物CoA的结合残基及催化聚酮合成的催化残基,表明其可能参与聚酮化合物的合成.决明与其它植物CHS的氨基酸序列的进化分析表明,其与同为豆科决明属的翼叶决明(Cassia alata)的同源性较近,并且CHS家族可以分为CHS亚家族与非CHS亚家族.将得到的序列提交GenBank,登录号为EU430077.     

CHS基因起源初探及其在被子植物中的进化分析

利用PCR与TAIL-PCR方法,从半月苔(Lunulariacruciata(L.)Dum.exLindb.)中获得了一段长约1000bp的基因片段,它与已知的CHS基因在核苷酸水平上的相似性大于56%,在氨基酸水平上的相似性大于60%,所推断的氨基酸序列中酶反应的4个催化位点与已知晶体结构的紫花苜蓿MCHS2A上的催化位点相同,首次证明了苔类植物中可能存在类CHS基因,将CHS基因的起源时间推到苔藓类植物出现之前。以该序列和两种蕨类植物(Psilotumnudum(L.)Griseb.和EquisetumarvenseL.)的CHS序列作为外类群,应用邻接法、最大简约法和最大似然法分别构建了被子植物的CHS的分子系统树。结果表明,大部分科中的CHS分布在不同的分支上,而十字花科、豆科和禾本科各自聚成一个单系类群。以邻接树为依据,对茄科、旋花科和菊科的CHS基因进行了相对碱基替换速率的检测,发现这三个科内或科间序列的替换速率不一致。被子植物的CHS基因在基因拷贝数目、碱基替换速率以及重复/丢失事件的发生上都存在较大的差异,这种差异可能与被子植物的生活史、生活环境、花的特性以及对外界的防御系统等的多样性相关。     

猕猴桃Aux/IAA基因家族的鉴定与表达

在猕猴桃全基因组范围内鉴定生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,利用生物信息学方法分析其理化性质、结构特征及共线性关系等,并采用实时荧光定量PCR分析Aux/IAA家族基因在不同组织及部分家族成员在外源激素胁迫下的表达模式,为揭示该家族基因在猕猴桃发育过程中的功能奠定基础。结果表明:(1)猕猴桃基因组含有50个Aux/IAA家族基因,编码氨基酸序列介于125~391 aa,蛋白分子量介于14.06~42.48 kD,等电点介于4.33~9.51;Aux/IAA家族基因不均匀的分布于21条不同染色体上,且分布最多的23号染色体上含有11个基因;聚类分析将其分为9个亚族。(2)大部分Aux/IAA家族基因含有4个不同的保守结构域,多数成员均含有Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ结构域,部分基因缺失Ⅰ结构域;基因结构分析表明该家族基因包含1~5个内含子;基因组内序列分析发现该家族基因含有23对重复基因对,包括20对片段重复和3对串联重复;与拟南芥的组间共线性分析发现有36个基因与拟南芥基因存在共线性关系。(3)亚细胞预测显示该家族基因大部分定位于细胞核;启动子顺式作用元件分析发现该家族启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫等相关作用元件。(4)实时荧光定量PCR分析表明,Aux/IAA家族基因有组织表达特异性,各成员对外源激素响应的时间和强度不同,绝大多数基因在激素处理的早期下调表达,而AcIAA1a和AcIAA18a相对表达量呈现上调表达,响应模式的差异也说明了Aux/IAA家族各个基因在调控猕猴桃发育过程中功能上的差异性。研究认为,猕猴桃Aux/IAA家族基因具有功能多样性,且存在基因复制现象的基因部分表现出组织表达模式相似性,推测在功能上可能有冗余,在进化过程中该基因可能受到环境胁迫而导致序列的缺失或基因复制。     

CHS基因起源初探及其在被子植物中的进化分析

利用PCR与TAlL-PCR方法,从半月苔(Lunularia cructata(L.)Dum.ex Lindb)中获得了一段长约l 000 bp的基因片段,它与已知的CHS基因在核苷酸水平上的相似性大于56%,在氨基酸水平上的相似性大于60%,所推断的氨基酸序列中酶反应的4个催化位点与已知晶体结构的紫花苜蓿MCHS2A上的催化位点相同,首次证明了苔类植物中可能存在类CHS基因,将CHS基因的起源时间推到苔藓类植物出现之前.以该序列和两种蕨类植物(Psilotumnudum(L.)Griseb.和Equisetum arvense L.)的CHS序列作为外类群,应用邻接法、最大简约法和最大似然法分别构建了被子植物的CHS的分子系统树.结果表明,大部分科中的CHS分布在不同的分支上,而十字花科、可科和禾本科各自聚成一个单系类群.以邻接树为依据,对茄科、旋花科和菊科的CHS基因进行了相对碱基替换速率的检测,发现这三个科内或科间序列的替换速率不一致.被子植物的CHS基因在基因拷贝数目、碱基替换速率以及重复/丢失事件的发生上都存在较大的差异,这种差异可能与被子植物的生活史、生活环境、花的特性以及对外界的防御系统等的多样性相关.     

Chalcone synthase gene lineage diversification confirms allopolyploid evolutionary relationships of European rostrate violets

Phylogenetic relationships among and within the subsections of the genus Viola are still far from resolved. We present the first organismal phylogeny of predominantly western European species of subsection Rostratae based on the plastid trnS-trnG intron and intergenic spacer and the nuclear low-copy gene chalcone synthase (CHS) sequences. CHS is a key enzyme in the synthesis of flavonoids, which are important for flower pigmentation. Genes encoding for CHS are members of a multigene family. In Viola, 3 different CHS copies are present. CHS gene lineages obtained confirmed earlier hypotheses about reticulate relationships between species of Viola subsection Rostratae based on karyotype data. Comparison of the CHS gene lineage tree and the plastid species phylogeny of Viola reconstructed in this study indicates that the different CHS copies present in Viola are the products of both recent and more ancient duplications.     

石榴果色合成相关基因CHS和CHI的表达特性分析

花色苷是类黄酮家族中重要的一类次生代谢产物,对果实呈色起重要作用。CHS (查尔酮合成酶)和CHI (查尔酮异构酶)为花色苷合成提供了前体物质,是花色苷合成所不可或缺的。利用RT-PCR和RACE方法,本研究从石榴果皮中克隆了与花色苷合成相关的CHS基因和CHI基因的cDNA全长,同时采用qRT-PCR研究了这两个基因在三个不同色泽石榴品种‘红宝石’、‘水晶甜’、‘墨石榴’发育期内的表达模式,并分析了果皮花色苷含量变化与基因转录水平的关系。结果表明,石榴中CHS和CHI基因cDNA全长分别为1 197 bp和693 bp,分别编码398和230个氨基酸,命名为PgCHS和PgCHI,在GenBank中的登录号分别为KF841615和KF841616。在氨基酸水平上,Pg CHS与荔枝、葡萄、山竹等果树的同源性达到90%以上。Pg CHI与果树中龙眼、梨、美洲葡萄、桑树等同源性达到70%以上。qRT-PCR结果显示,CHS和CHI基因的表达模式随色泽发育期和品种不同而有差异。在‘红宝石’石榴中,该两个基因都有前期和后期两个表达高峰期;而‘水晶甜’石榴中这两个基因的表达高峰期均出现在中后期;‘墨石榴’发育初期时CHS和CHI的表达量最高,以后的表达量都较低。同一品种内,CHS和CHI的表达具有协同性,两者的协同性表达有利于花色苷及其他类黄酮相关产物的合成。3个品种中CHS和CHI基因的表达与花色苷的积累并不一致。     

Molecular evolution of the chalcone synthase multigene family in the morning glory genome

Plant genomes appear to exploit the process of gene duplication as a primary means of acquiring biochemical and developmental flexibility. Thus, for example, most of the enzymatic components of plant secondary metabolism are encoded by small families of genes that originated through duplication over evolutionary time. The dynamics of gene family evolution are well illustrated by the genes that encode chalcone synthase (CHS), the first committed step in flavonoid biosynthesis. We review pertinent facts about CHS evolution in flowering plants with special reference to the morning glory genus, Ipomoea. Our review shows that new CHS genes are recruited recurrently in flowering plant evolution. Rates of nucleotide substitution are frequently accelerated in new duplicate genes, and there is clear evidence for repeated shifts in enzymatic function among duplicate copies of CHS genes. In addition, we present new data on expression patterns of CHS genes as a function of tissue and developmental stage in the common morning glory (I. purpurea). These data show extensive differentiation in gene expression among duplicate copies of CHS genes. We also show that a single mutation which blocks anthocyanin biosynthesis in the floral limb is correlated with a loss of expression of one of the six duplicate CHS genes present in the morning glory genome. This suggests that different duplicate copies of CHS have acquired specialized functional roles over the course of evolution. We conclude that recurrent gene duplication and subsequent differentiation is a major adaptive strategy in plant genome evolution.