小拟南芥MKK基因家族全基因组鉴定及进化和表达分析

丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase,MAPKK或MKK)是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)级联的重要组成部分,在植物的生长发育和胁迫应答过程中发挥重要作用。目前,已在多种植物中鉴定了MKK基因家族,但在十字花科植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)中MKK基因家族的系统鉴定与分析尚未见报道。为了探索小拟南芥MKK基因家族的进化和功能,本研究通过全基因组分析鉴定了小拟南芥中16个MKK基因,散布于小拟南芥的10条染色体上。基于系统发育分析和多重序列比对,将这些基因分为5个亚族:A亚族(5个)、B亚族(2个)、C亚族(4个)、D亚族(3个)和E亚族(2个)。分子进化和共线性分析表明小拟南芥中存在7对复制基因,分别是ApMKK1-1/1-2、ApMKK2-1/2-2、ApMKK3-1/3-2、ApMKK4-1/4-2、ApMKK5-1/5-2、ApMKK9-1/9-2和ApMKK10-1/10-2,其中ApMKK1-1/1-2在复制事件之后发生了加速进化。结合ApMKKs启动子区的顺式元件分布和ApMKKs在成熟叶片、茎、花和果实以及盐胁迫下的表达模式,结果发现复制基因的表达具有组织特异性和功能多样性。部分复制基因在组织中的表达模式存在差异,但在盐胁迫下的表达模式却基本相同。本研究结果为解析MKK介导的小拟南芥发育过程和非生物胁迫信号转导通路的复杂机制奠定了基础。

短命植物小拟南芥光周期调控基因CONSTANS的克隆与表达特征分析

目的光周期是影响植物生长发育的重要因素之一,CONSTANS(CO)是植物光周期开花途径中关键的基因。方法本研究基于短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)转录组数据库,获得1条与拟南芥CO基因AtCOL1基因序列高度相似的unigene,通过RT-PCR方法从小拟南芥中克隆了该CO同源基因,命名为ApCOL1;进行了基因的生物信息学分析及节律表达、组织表达和响应非生物胁迫的表达特征分析。结果研究结果表明ApCOL1具有两个B-box和一个CCT结构域,氨基酸序列上与AtCOL1相似性高达86.8%。系统进化分析表明ApCOL1与AtCOL1和琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)的AlCOL1亲缘关系较近,且属于第I亚组成员。qRT-PCR实验表明在长日照和短日照条件下ApCOL1具有相似的昼夜节律表达特征;ApCOL1在小拟南芥各组织中均有表达,但在果荚中表达量最高。250mmol/LNaCl胁迫和20%PEG-6000模拟干旱胁迫12h明显抑制ApCOL1基因的表达,并且随着胁迫时间的延长ApCOL1表达水平没有显著差异。在高温(40℃)胁迫下,ApCOL1基因的表达在24h内先下降后上升并达到最高,48h又下降到对照水平。低温(4℃)胁迫24h之前,ApCOL1基因的表达没有明显变化,但处理48h表达水平显著下降。结论本研究表明ApCOL1基因能够响应盐、干旱、高温和低温等非生物胁迫,暗示该基因在小拟南芥抵抗逆境胁迫中起着重要作用。

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Ca MYB13/Cb MYB12/CcMYB13;仅在花中高表达,如Ca MYB93/Cb MYB86/Cc MYB12;仅在根中高表达,如Ca MYB48/Cb MYB47/Cc MYB51。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。

辣椒PEBP基因家族的全基因组鉴定、比较进化与组织表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(Phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)分为MFT、FT和TFL1共3个亚家族,其中FT和TFL1亚家族蛋白构成了植物的成花激素—抗成花激素系统,调控开花时间和株形结构。基于辣椒(Capsicum annuum)全基因组数据,对辣椒PEBP基因家族进行鉴定,并对基因和蛋白结构、比较进化、共线性和组织表达特征等进行了分析。结果表明,辣椒基因组包含9个PEBP成员,并且9个基因均含有4个外显子和3个内含子,定位在6条染色体上,其编码蛋白质定位在细胞质和细胞核中。与番茄PEBP同源基因的比较进化分析表明,辣椒的PEBP基因受纯化选择,其中CaFT2和CaFT4在进化中较稳定,辣椒和番茄之间存在8对共线性基因。qRT-PCR分析表明CaPEBP基因在所检测的组织中明显差异表达,如CaMFT/CaTFL1-1在果实中高表达,CaFT1在叶片中相对表达量最高,Ca FT3在顶端分生组织和花中表达量最高,CaTFL1-4在根中特异表达。