金柑磷酸蔗糖磷酸酶的基因克隆、表达与蛋白结构分析

磷酸蔗糖磷酸酶(SPP)是植物蔗糖生物合成最后一步催化反应的关键酶,对调控植物生长发育不同时期的蔗糖合成过程有重要作用。为探索金柑(Fortunella crassifiolia Swingle)SPP基因及其编码蛋白的序列特征及其在果实发育过程的表达特性,本研究以四倍体品种脆蜜金柑(F.crassifiolia Swingle cv.Cuimi)为试验材料,采用反转录PCR和cDNA末端快速克隆(RACE)方法从金柑果肉中克隆SPP基因,对其进行生物信息学和原核表达分析,并检测果实发育不同时期该基因在果肉中的表达量。结果表明,FcSPP基因的cDNA序列全长1638 bp,最长开放阅读框(ORF)为1191 bp,编码396个氨基酸,理论等电点为6.57,为稳定的亲水性蛋白,二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成。FcSPP蛋白含有S6PP和S6PP_C保守结构域,属于植物磷酸蔗糖磷酸酶家族成员。系统进化分析结果显示,FcSPP蛋白与甜橙SPP同源性最高,在进化树上与拟南芥等双子叶植物SPP划归为一类。此外,本研究构建了FcSPP基因的原核表达载体,诱导表达获得纯化的FcSPP蛋白,分子量鉴定为45.96 kDa。定量分析结果表明,脆蜜金柑果实发育4个时期FcSPP基因相对表达量呈逐步上升趋势,果实膨大期、成熟期的果肉组织中该基因表达量显著高于初果期和生长期(P<0.05)。本研究为解析金柑果实蔗糖生物合成的分子机制及调控蔗糖生物合成相关基因的研究提供了理论基础。

辣椒蔗糖磷酸合成酶和磷酸蔗糖磷酸酶基因家族鉴定及表达

蔗糖磷酸合成酶(SPS)和磷酸蔗糖磷酸酶(SPP)是植物蔗糖合成的重要酶,在调控蔗糖合成及其积累等方面有重要作用。辣椒基因组测序的完成及转录组数据的公布为鉴定和探究辣椒SPS和SPP基因的多样性提供了机会。本研究利用生物信息学方法对辣椒SPS和SPP基因进行鉴定,并从染色体定位、系统发育关系和表达模式分析其特征。结果发现,两个辣椒共含有4个SPS和SPP基因,每个辣椒种均编码2个成员,SPS编码的氨基酸长度和分子量约是SPP的2倍,等电点范围6.12-8.16和5.96-6.26之间。染色体定位发现辣椒SPS和SPP基因均定位在不同的染色体上。系统发育树的构建来自7个物种,结果表明SPS和SPP都可以分为4个亚族。表达谱分析显示,基因呈现差异表达,其中Ca-LZSPS1和Ca-LZSPP2呈现广谱性表达;进一步研究发现,SPS和SPP基因都受到3种激素(ABA,IAA,SA)不同程度的诱导;此外,在逆境胁迫下,辣椒SPS相比SPP更容易受到环境诱导,而SPP基因则在叶中主要参与热调控机制,在根中更多的参与冷调控机制。这些结果阐明了辣椒SPS和SPP基因的表达特性,为进一步研究辣椒中蔗糖的合成与积累提供理论依据。

植物磷酸蔗糖磷酸酶家族基因鉴定及序列和进化分析

磷酸蔗糖磷酸酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成途径中的关键酶;二磷酸尿苷葡萄糖和6-磷酸果糖为底物,蔗糖磷酸合成酶催化生成磷酸蔗糖,磷酸蔗糖在磷酸蔗糖磷酸酶作用下水解形成蔗糖。为了系统梳理SPP在植物基因组中的状况,我们对SPP基因进行了全面的挖掘、鉴定和进化分析,并重点分析该基因在番茄中的表达。首先,针对SPP的基因序列,挖掘得到2个蛋白结构域;其次,对该基因进行全面鉴定,构建其进化树,可发现SPP是从高等植物开始登陆的;最后,将番茄CDS序列比对到各探针,从数据库中提取组织中的表达数据,表明野生型番茄的表达量较高。本研究为磷酸蔗糖磷酸酶提供了基因信息,为植物中蔗糖合成途径的作用机理及其进化机制提供了基础研究。

蔗糖磷酸合成酶研究的新进展

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是高等植物体内控制蔗糖合成的关键酶之一,它主要通过异构调节和磷酸化修饰在酶水平调节蔗糖合成。本文简要介绍SPS家族的成员、SPS蛋白上的3个磷酸化位点,以及SPS的生物学功能、SPS与磷酸蔗糖磷酸酶的关系等。

小麦TaSPP基因的克隆及表达分析

为明确磷酸蔗糖磷酸酶基因(SPP)的表达特征和生物学功能,进一步了解SPP参与蔗糖生物合成的调控机制。以小麦抗旱品种晋麦47的cDNA为模板克隆出3个位于第5同源群上的TaSPP同源基因,分别命名为TaSPP-5A、TaSPP-5B和TaSPP-5D。并利用生物信息学对小麦TaSPP的理化性质、基因结构、顺式作用元件、系统进化树和蛋白保守结构域等进行分析,通过qRT-PCR分析基因TaSPP的表达模式。结果表明,TaSPP-5A、TaSPP-5B、TaSPP-5D都包含8个外显子和7个内含子,TaSPP-5A和TaSPP-5D编码422个氨基酸,TaSPP-5B编码413个氨基酸。系统进化分析显示,小麦TaSPP基因与小麦的近缘物种在进化上处于同一分支,相似度较高。qRT-PCR表达分析结果显示,TaSPP基因在根、茎秆、旗叶、叶鞘、颖花、种子中均表达,其中在旗叶和茎秆中表达量较高;ABA、PEG-6000、NaCl和IAA胁迫均能诱导TaSPP基因的表达,表明小麦TaSPP基因可能在逆境胁迫过程中发挥重要作用。

藜麦SPP基因家族全基因组鉴定及表达模式分析

为明确CqSPPs基因家族的进化关系,以公开的藜麦基因组数据库为基础,鉴定出4个CqSPP基因,并进一步明确了各成员结构及其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守结构域、模体和启动子。以现有高通量转录组数据为基础,明确了各成员在藜麦不同组织中的表达水平,并采用qRT-PCR对各成员在苗期不同逆境下的表达水平进行了检测。CqSPPs分布于4个不同的染色体上,将其命名为CqSPP1~CqSPP4,其蛋白氨基酸数目在399~623之间,分子量介于45.24~70.77 kDa之间,理论等电点在5.64~6.93之间,同时表现出明显的亲水性。亚细胞定位预测显示除了藜麦SPP2蛋白预测结果为不确定外,其余蛋白主要定位在叶绿体上。蛋白保守模体分析结果显示,在该基因家族编码蛋白中预测得到10种保守模体,其中所有蛋白均含有8个排列顺序相同的模体。系统发育分析显示,植物中SPP基因家族可以分为5个组,其中CqSPP基因处于其中的2个组,并且与拟南芥SPP基因亲缘关系最近。启动子分析显示,各成员在启动子区域存在多种响应非生物胁迫的顺式转录元件。表达分析显示CqSPP1在各组织中均明显表达,而CqSPP4在各组织中表达量较低。在受到不同胁迫时,SPP基因家族的响应情况各不相同。结果表明CqSPPs有4个成员,且受多种非生物胁迫诱导表达,推测其可能在藜麦响应非生物胁迫过程中发挥了重要作用。

玉米SPP基因家族的全基因组鉴定及表达分析

磷酸蔗糖磷酸酶(sucrose-phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖生物合成途径中的关键酶,其主要作用是将蔗糖-6-磷酸水解成蔗糖。本研究利用生物信息学手段从玉米基因组中鉴定了2个SPP家族基因,命名为ZmSPP1和ZmSPP2,并从系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和表达模式等方面分析了该基因家族的特征。结果发现,ZmSPP基因在基因结构上存在明显差异,但其编码蛋白的理化性质高度相似,并且均含有S6PP结构域和S6PP_C结构域。表达谱分析显示,ZmSPP在玉米各组织中均有表达,但ZmSPP1的表达水平显著高于ZmSPP2,这暗示ZmSPP1可能在玉米蔗糖-6-磷酸水解过程中扮演重要作用。进一步分析授粉阻断后的叶片RNA测序数据,结果表明阻断授粉可以抑制玉米叶片中ZmSPP1基因表达,但不影响ZmSPP2基因表达。本研究将为进一步解析玉米ZmSPP基因的功能提供重要依据。