马铃薯G6PDH基因家族鉴定及其在损伤块茎的表达分析

【目的】葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用,鉴定马铃薯中G6PDH基因家族,并分析其在损伤块茎的表达模式,为深入研究马铃薯G6PDH基因在损伤胁迫中的作用提供参考。【方法】利用生物信息学对马铃薯G6PDH基因家族进行鉴定,并对该基因家族成员编码蛋白的染色体分布、蛋白理化性质和二级结构、进化关系、基因结构、保守基序和启动子顺式作用元件,以及在不同器官和损伤块茎中的表达模式进行分析。【结果】在马铃薯基因组中共鉴定到4个StG6PDHs家族成员,分别分布在4条染色体上,命名为StG6PDH1-StG6PDH4。根据亚细胞定位和系统进化分析,StG6PDH1、StG6PDH3和StG6PDH4位于叶绿体,属于质体型;StG6PDH2位于细胞质,属于胞质型。马铃薯G6PDH蛋白的氨基酸个数介于511-596 aa,分子量为58.48-66.65 kD,等电点为5.83-8.57,不稳定系数为39.79-47.53。蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲占比最多,β-转角最少。此外,StG6PDHs启动子含大量植物激素、光和胁迫响应元件。4个StG6PDHs在马铃薯根、茎、叶和块茎均有表达,且在叶片中的表达高于其他组织。StG6PDHs各成员共同参与马铃薯块茎对损伤胁迫的响应,其中,StG6PDH1、StG6PDH2和StG6PDH3在块茎损伤后36 h内上调表达,StG6PDH4在损伤后下调表达。【结论】在马铃薯中共鉴定出4个StG6PDHs基因家族成员,不均匀地分布于4条染色体上,其中,1个为胞质型,3个为质体型。StG6PDHs启动子区有光、激素和胁迫响应元件。损伤块茎中StG6PDHs的表达具有差异性,各成员协同调控了马铃薯块茎对损伤胁迫的应答。

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高;TaG6PDH2-2A和TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。

昆明小鼠早期胚胎G6PDH在CZB和KSOM中的转录与表达

根据小鼠肌肉 6 -磷酸葡萄糖脱氢酶 (G6 PDH)的 c DNA序列 ,设计并合成内外 2对引物 ,以巢式 RT- PCR检测了昆明小鼠体外培养的 2 -、4 -细胞期早期胚胎 G6 PDH m RNA的表达情况。结果显示 ,以不含葡萄糖的培养液 CZB体外培养发育至 2 -、4 -细胞阶段昆明小鼠早期胚胎 G6 PDH m RNA经反转录后 ,均能以外引物扩增产物为模板通过内引物扩增出 1条 378bp特异性条带 ;而以含葡萄糖的培养液 KSOM体外培养发育至 2 -、4 -细胞阶段昆明小鼠早期胚胎G6 PDH m RNA经反转录后 ,通过内外 2对引物均不能扩增出特异性条带。表明 CZB液培养的昆明小鼠 2 -、4 -细胞期胚胎 G6 PDH基因已转录与表达 ,磷酸戊糖途径已是其代谢葡萄糖的主要方式之一 ;而以 KSOM液培养的昆明小鼠2 -、4 -细胞期胚胎 G6 PDH基因没有转录与表达。说明培养液中含有葡萄糖的昆明小鼠 2 -、4 -细胞期胚胎不存在磷酸戊糖代谢途径 ,不含葡萄糖的则存在磷酸戊糖途径。

发菜G6PDH基因(GND)克隆及其干旱胁迫下的差异表达分析

由GND编码的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是戊糖磷酸途径的关键酶。为了解发菜GND分子信息以及对干旱胁迫的响应机制,该研究设计了特异性引物克隆发菜GND全长,进行序列分析、原核表达和MALDITOF-TOF/MS鉴定,并对干旱胁迫下发菜GND的差异表达水平和G6PDH活性进行分析。结果表明:(1)发菜GND全长1 431bp(GenBank登录号为KX553955),与点形念珠藻(73102)的GND核苷酸序列相似性为96%,G6PDH氨基酸相似性为98%;氨基酸序列中第26和27位的Ile疏水性最强,在第302位的Arg亲水性最强,Thr有19个磷酸化位点,Ser有18个磷酸化位点,Tys有5个磷酸化位点,二级结构和三级结构主要由α螺旋、β折叠、β转角和随机卷曲构成。(2)将GND基因进行原核表达,获得47.23kD的外源表达蛋白G6PDH。(3)随干旱胁迫程度加剧,GND在转录水平的表达量和G6PDH活性均逐渐增加。研究结果为进一步探讨干旱胁迫条件下发菜GND表达调控奠定了基础。

草莓G6PDH基因片段的克隆与序列分析

根据不同植物G6PDH同源基因的保守区设计合成简并引物,采用PCR技术从草莓基因组中分离出一个DNA片段并克隆到pMD18-T载体中。序列测定和分析表明,该片段长717 bp,与拟南芥等植物的G6PDH基因的核酸序列具有83%-87%的同源性。结果表明,克隆的片段为草莓G6PDH基因片段。

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因的Candida tropicalis过量表达及其对木糖醇合成代谢的影响

研究葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因g6pd过量表达对Candida tropicalis木糖醇生物合成代谢的影响。克隆Candida tropicalis CT16的g6pd基因,并将其与表达载体pYES-pgk重组连接,构建重组载体pYES-pgk-g6pd,LiAc/ssDNA/PEG方法转化导入C.tropicalis CT16,筛选阳性转化子,实现g6pd基因的过量表达。结果表明:发酵62 h,阳性转化子C.tropicalis SYG5的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力提高了300%,发酵液中木糖醇质量浓度达到79.90 g/L,较野生型对照菌株的木糖醇产量提高了12.41%,木糖醇产率提高了44.94%。因此,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶在C.tropicalis木糖醇的合成代谢途径中发挥重要作用,增强g6pd基因的表达,可以明显提高菌体NADPH供应量和还原力,有利于木糖醇的生物合成。

甜瓜属野生种Cucumis hystrix Chakr.胞质葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因的克隆与启动子结构分析

根据植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH,EC1.1.1.49)氨基酸保守区域,设计简并引物,采用RT-PCR技术克隆得到甜瓜属野生种Cucumis hystrix Chakr.(2n=24)G6PDH基因cDNA片段;随后基于该序列设计特异引物,PCR方法筛选野生种BAC文库,获得2个BAC阳性单克隆。测序后获得了G6PDH基因全序列及其上游启动子序列,GenBank登录号:JQ771576。序列分析显示:G6PDH基因全长约6.5 kb,由15个外显子和14个内含子组成;内含子序列均符合5'-gt-ag-3'结构。外显子拼接后获得了G6PDH基因的开放阅读框(ORF)序列,序列全长1 551 bp,编码516个氨基酸,与黄瓜基因组网站公布的G6PDH基因核苷酸序列和氨基酸序列同源性分别为98.71%和99.03%。野生种G6PDH氨基酸序列N端缺少转运肽序列,确定为野生种胞质G6PDH。氨基酸序列与烟草、马铃薯、荷兰芹、猕猴桃、拟南芥、大豆、小麦、玉米、葡萄、杨树等植物胞质G6PDH同源性高达77%以上。系统发育树分析发现,甜瓜属胞质G6PDH与茄科植物最先聚类,植物胞质G6PDH在分子进化水平上与物种进化相符。启动子结构分析表明:序列含有启动子基本元件TATA-box、CAAT-box,还含有丰富的光响应元件,与环境胁迫响应相关的不同顺式作用元件,促进高水平转录的5UTR Py-rich stretch元件和提高表达的CAT-box元件等。

尼泊尔黄堇G6PDH基因的克隆和生物信息学分析

为了深入发掘该基因在尼泊尔黄堇生态适应和次生代谢物积累中的作用机制,本研究依据转录组中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)基因的注释信息,应用聚合酶链式反应(PCR)技术克隆了尼泊尔黄堇G6PDH基因,通过生物信息学方法进行相关分析。结果表明:克隆的G6PDH基因的开放阅读框(ORF)为1581 bp,编码526个氨基酸。系统进化树分析表明尼泊尔黄堇G6PDH蛋白氨基酸序列与博落回、罂粟等具有很高的相似度,尤其与同是罂粟科的博落回相似度最高,相似度达到91%。通过一系列生物信息学分析发现,ChG6PDH蛋白分子量为59.83 kD;理论等电点为6.37;该蛋白为不稳定、亲水性、非分泌性蛋白,无跨膜结构域;二级结构中具体α-螺旋(40.11%)和β-折叠(6.08%)、无规则卷曲(40.87%)以及延伸链(12.93%)结构,预测得到的三级结构中具有典型的NADPH结合位点。该基因的成功克隆和预测结果将为进一步研究ChG6PDH基因在尼泊尔黄堇生长发育、逆境适应和次生代谢物积累等方面中的功能提供帮助。

紫花苜蓿G6PDH基因的克隆与超表达载体构建

为了研究G6PDH在紫花苜蓿抗低温胁迫中的作用,以‘青大1号’紫花苜蓿为材料,利用基因克隆、RACE技术获取‘青大1号’紫花苜蓿葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)基因,并进行生物学信息分析和超表达载体的构建。结果显示,成功克隆了一个紫花苜蓿G6PDH基因,该基因c DNA全长2 260 bp,含有1个长度为1 752 bp的开放阅读框,编码583个氨基酸。MsG6PDH与鹰嘴豆、大豆、羽扇豆等序列一致性达到88%以上;在进化上,Ms G6PDH与同为豆科植物的绿豆、野大豆、大豆亲缘关系最近。经预测,Ms G6PDH蛋白二级结构中,α-螺旋占37.91%,β-折叠占5.66%,无规则卷曲占40.31%,并预测得到其三级结构。分析MsG6PDH编码的氨基酸序列得知,Ms G6PDH蛋白分子量为65.71 k D;理论等电点为8.25;不稳定系数为44.54,为不稳定蛋白,并且属于亲水性蛋白。此外,还同时成功构建了该基因的植物超表达载体pPZPY112-MsG6PDH。本研究将为明确G6PDH在紫花苜蓿响应低温的信号转导途径中的作用提供理论依据。

高等植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的研究进展

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是植物戊糖磷酸途径中的一个关键性调控酶。其主要生理功能是产生供生物合成需要的NADPH及一些中间产物;此外还参与各种生物和非生物胁迫的应答反应。文中主要从葡萄糖-6-磷酸脱氢酶同工酶与调节机制等方面探讨了其生物学功能,再从胁迫耐受、基因克隆、酶的缺失和替代等方面的研究进行综述,并对已发表的高等植物中的G6PDH氨基酸序列进行聚类分析,为今后该酶的研究提供参考。