HMA基因家族在芸薹属AC基因组中的进化分析

为研究芸薹属AC基因组重金属转运ATP酶(HMA,heavy metal transporting ATPase)参与的金属转运机制,利用白菜、甘蓝和甘蓝型油菜全基因组数据对HMA基因进行全基因组水平鉴定,并分析其在芸薹属AC基因组中的进化。结果显示,在芸薹属AC基因组中共鉴定到50个HMA基因,其中白菜14个、甘蓝13个、甘蓝型油菜23个(A亚基因组11个,C亚基因组12个),并且HMA基因在三个物种中均存在不均匀加倍的现象。这50个基因分属于P_1B-1、P_1B-2、P_1B-4三个亚族,在蛋白保守序列分布、蛋白理化性质、基因结构和启动区顺式作用元件等方面不同亚族之间各有差异,但同一亚族的基因在组织表达特异性方面也存在较大的差异。还发现Bra003110、Bol030251、BnaA10g06240D、BnaC09g28870D,BnaC09g11230D、BnaC04g20290D、BnaA09g10950D和Bra027641几个与At HMA5同源的基因,在多个方面较At HMA5发生了较大的变异,可能会导致这些基因在芸薹属作物中延伸出不同于At HMA5的功能。在芸薹属AC基因组HMA基因中发现的GICCSME和GICCPSE新变异类型,不同于拟南芥中的GICC(T/S)SE功能位点,也可能导致相应的基因出现新的功能变异。本研究为从芸薹属AC基因组中选择特异性金属离子转运的HMA基因提供生物信息学参考,对进一步解析芸薹属植物中HMA基因参与的金属离子转运机制具有重要的指导意义。

芥菜HMA家族基因鉴定及其在镉胁迫下的表达分析

芥菜(Brassica juncea)对多种重金属具有富集能力。重金属ATP酶(heavy metal transporting ATPase,HMA)在植物转运重金属过程中具有重要的作用。基于基因组和转录组数据,对芥菜HMA家族基因成员进行了全基因组鉴定。芥菜基因组中包含27个HMA基因,其编码的蛋白质中有6个不稳定指数大于40,有22个为疏水性蛋白;这些基因聚类为P-1B-1、P-1B-2和P-1B-4等3个亚家族;27个HMA蛋白均为膜蛋白,都具有E1-E2ATPase和hydrolase结构域;芥菜HMA蛋白都含有8~15个保守基序,不同亚族因具有独特的保守基序结构从而转运重金属的种类不同;在芥菜HMA基因启动子区域中与生长发育有关的顺式作用元件TGA和与逆境响应相关的顺式作用元件ABRE、MBS、LTR、TC广泛分布;在镉胁迫下,BjuA033764、BjuB019118、BjuB035256、BjuB045293等基因在叶片中表达量明显上调,BjuA003596、BjuB040613、BjuA025022等基因在根系中表达量明显上调,说明其参与了芥菜对镉胁迫的响应。

基于全基因组的三七HMA基因家族鉴定与生物信息学分析

三七[Panax notoginseng (Burk.) F.H.Chen]作为中国重要的药用植物,具有较强的金属元素吸收富集特性,重金属ATP酶(heavy metal transporting ATPase,HMA)家族已被证明参与了众多二价金属离子的吸收转运,然而目前在三七中还没有关于金属元素吸收转运相关研究。本研究从三七全基因组中鉴定了10个HMAs基因家族成员(PnHMAs),PnHMA1~PnHMA3属于铜(Cu)/银(Ag)亚组,PnHMA4~PnHMA10属于锌(Zn)/钴(Co)/镉(Cd)/铅(Pb)亚组;PnHMAs均被预测定位于质膜或叶绿体上,PnHMA10与其他成员间蛋白理化性质差异较大;不同亚组成员间基因结构、蛋白结构域和保守基序模式与系统发育的多样性密切相关,它们均具有不同的金属离子转运相关功能,但具体转运的离子存在差异;片段复制和串联重复可能是PnHMAs家族基因在三七基因组中扩增和进化的主要原因之一;组织表达特异性表明,PnHMA6和PnHMA10在芦头中高表达,PnHMA7在主根中高表达,PnHMA3和PnHMA5在茎中高表达,PnHMA1、PnHMA2和PnHMA9在叶中高表达,PnHMA3、PnHMA4和PnHMA8在花中高表达;Cd胁迫下,PnHMAs在三七根部上调表达。密码子偏好性和异源表达适配受体分析发现,PnHMAs基因家族偏好使用以A/T结尾的密码子,且自然选择是其密码子偏好性的主要影响因素,酿酒酵母可作为其异源表达适配受体。本研究为今后三七金属元素候选基因的筛选和功能研究提供了前期生物信息学基础。

毛果杨HMA基因家族的生物信息学分析

重金属转运ATP酶（heavy metal transporting ATPase,HMA）是一种通过水解ATP跨膜运送重金属阳离子的转运蛋白,属于P-ATPase家族中一个亚类。不同HMA蛋白对重金属离子的转运具有选择性,在植物修复重金属污染土壤方面起着重要作用。依据毛果杨全基因组测序的结果,以及HMA基因蛋白的序列和功能特征,从毛果杨基因组中鉴定了13个HMA基因家族成员,分属于Zn亚类（Zn2＋/Co2＋/Cd2＋/Pb2＋P1B-ATPase）和Cu亚类（Cu＋/Ag＋P1B-ATPase）两个亚家族,主要分布于1、3号染色体上。生物信息学分析表明,毛果杨HMA基因的氨基酸序列一致性介于21.3%~89.3%,且具有保守的基序CPC、HP、DKTGT、TGEx、GDG、PxD和CxxC等。蛋白理化特征分析显示,多数毛果杨HMA蛋白稍偏酸性,结构稳定性较好,蛋白脂溶指数高,稍具疏水性。密码子偏好性分析显示,毛果杨HMA蛋白14个氨基酸中存在16个高频密码子,另有1个终止密码子为高频密码子,显示出毛果杨的种属特征。研究结果展示了毛果杨HMA基因家族的基本信息和特点,为深入研究毛果杨HMA基因的功能搭建了基础平台。

植物重金属转运蛋白研究进展

土壤中的有毒重金属不仅对植物有害,也可通过食物链危害人类和动物的健康.重金属转运蛋白在植物吸收、抵抗重金属的复杂机制中起着关键作用.植物重金属转运蛋白分为吸收蛋白和排出蛋白,其中,吸收蛋白转运必需重金属进入细胞,同时也会因为必需重金属的缺乏或离子之间的竞争而运载有毒重金属;排出蛋白是一类解毒蛋白,可将过量的或有毒的重金属逆向转运出细胞,或区室化于液泡中.目前,细胞内多种重金属转运蛋白基因的转录水平与重金属离子积累之间的联系已被揭示,并分离克隆出诸多相关蛋白家族成员.本文综述了近年来发现并鉴定的主要重金属转运蛋白的金属亲和性、器官表达特异性及细胞内定位等的研究进展.