毛竹GRF基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】探究毛竹Phyllostachys edulis GRF基因家族的性质、结构特点以及在不同组织中的表达水平,为进一步研究GRF在毛竹生长发育中的分子作用机制奠定基础。【方法】采用生物信息学方法,对毛竹全基因组和转录组信息进行分析,筛选出13个毛竹GRF基因家族成员,并对GRF基因家族的理化性质、进化、基因结构、保守结构域、启动子、基因家族表达模式及三级结构进行分析。【结果】毛竹GRF基因家族成员按照其在scaffold上分布的位置,分别被命名为PeGRF01~PeGRF13;将含有3个内含子的PeGRF04和PeGRF12归为非ε组,其余为ε组。毛竹各GRF基因家族成员理化性质存在一定的差异,但是其结构域相对保守,均含有14/3/3结构域。毛竹GRF家族启动子区含有大量与光响应、低温响应、激素调控等相关的顺式作用元件。毛竹GRF存在基因复制扩增的现象,与水稻Oryza sativa的共线性关系明显高于拟南芥Arabidopsis thaliana。毛竹GRF在不同组织器官中均有表达,各家族成员的表达量存在差异;在毛竹花和根组织中的表达量略高于叶和鞭,同时家族成员间的表达量也存在一定差异。GRF蛋白质由2个单体构成,每个单体由9个α-螺旋构成,整体结构呈"W"型。【结论】毛竹GRF基因家族具有典型的14/3/3结构域,可能参与根、鞭、叶、花序及笋芽的生长发育过程。图6表1参39。

毛竹脱氧辛糖酸-8-磷酸合酶的原核表达、纯化及酶的特性

脱氧辛糖酸-8-磷酸合酶(3-Deoxy-D-manno-octulosonate 8-phosphate synthase,KDO8PS)是一种参与细胞壁八碳糖(KDO)合成代谢的关键酶之一。为了解该酶催化特性和功能,本实验采用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)方法首次分离得到毛竹Pe KDO8PS基因。序列分析表明该基因CDS区全长876 bp,编码291个氨基酸。通过IPTG诱导,含有该基因的原核表达载体在大肠杆菌中获得了大量可溶性活性蛋白表达;经Ni-NTA亲和层析和分子筛层析(SEC)方法进行酶蛋白的两步分离纯化,得到纯度大于90%以上的高纯度酶;SEC结果发现,纯化后目的蛋白KDO8PS在溶液中主要以二聚体形式存在。戊二醛交联实验证实该酶具有形成二聚体/四聚体的可能性,进一步通过超速离心(AUC)分析,发现水溶液中KDO8PS在高浓度时二聚体会聚合转化形成四聚体。推测形成二聚体/四聚体可能是保持酶稳定性的一种机制。通过测定毛竹KDO8PS酶学性质,发现该酶催化反应的p H值范围在4.0-9.0,最适p H值为8.0;热稳定性范围25-65℃,最适作用温度为55℃;各种二价金属阳离子在低浓度下均对酶活性存在不同程度的抑制作用,其中以Fe3+对酶活性的抑制作用最强,而低浓度EDTA可通过螯合作用消除金属离子的抑制作用。以上研究结果为植物KDO8PS蛋白结构与功能及其在新型抗生素领域中的工业化应用提供了重要理论基础。

毛竹Dirigent基因家族的全基因组鉴定与分析

Dirigent (DIR)是指导维管植物木质素与木脂素生物合成的一类关键基因,在植物抵御非生物胁迫、生物防御应答和次生代谢调控等生长发育过程中起重要作用。本研究通过生物信息学方法,基于全基因组数据对毛竹(Phyllostachys edulis) DIR基因家族成员进行鉴定,并对其基因结构、启动子元件、编码蛋白理化性质、系统进化关系、蛋白三级结构及表达模式等进行了解析。结果表明:毛竹全基因组一共含有43个DIR候选成员,其基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均具有dirigent结构域, 3个成员还含有抗虫相关凝集素基因jacalin结构域。基于系统进化关系将43个毛竹成员聚集分为3个不同的亚家族,各成员理化特性有一定差异,但多数含有信号肽。其同水稻(Oryza sativa)共线性关系远高于拟南芥(Arabidopsis thaliana),染色体水平存在全基因组复制加倍现象。蛋白同源模建显示DIR蛋白质三级结构相对保守,基因上游启动子含有多个同非生物胁迫和激素诱导相关顺式作用元件。结合毛竹转录组测序数据进行DIR基因表达量分析,发现多个成员参与了笋快速生长发育过程,并响应赤霉素和萘乙酸的诱导表达。以上结果为开展毛竹DIR基因功能鉴定、深入了解木质素和木脂素生物合成途径及植物抗逆机制研究提供参考。

毛竹GMD基因家族全基因组鉴定与表达分析

GDP-甘露糖4,6-脱水酶(GDP-mannose 4,6-dehydratase, GMD)是生物体内参与多糖合成代谢的一个重要基因。本研究利用毛竹全基因组和转录组数据信息,对GMD基因家族进行细致分析,共鉴定出39个家族成员。毛竹GMD各家族基因的理化性质有一定差异,但所含甘露糖4,6脱水酶结构域进化相对保守。进化树分析将毛竹GMD基因家族分为3大类。该家族基因上游启动子序列存在多种光响应、环境胁迫、激素应答等有关顺式作用元件。同源模建显示毛竹GMD为同源二聚体蛋白质,两个亚基均有相同或催化功能。转录组数据分析发现,部分成员GMD基因在竹笋生长阶段基因高表达特征明显,表明其可能参与笋的生长发育。另外,GMD的表达受到不同激素的影响。本研究通过对GMD基因的生物信息学分析,有利于进一步明确毛竹GMD基因的功能及其在岩藻糖生物合成途径中的作用。