茶树PAL、C4H与4CL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】分析茶树PAL、C4H和4CL基因家族成员的基本特征,探索它们与苯乙醇樱草糖苷含量性状之间的因果关系,对于深入研究PAL、C4H和4CL基因家族在茶树上的生物学功能具有重要意义。【方法】基于生物信息学方法及转录组测序技术,分析PAL、C4H和4CL基因成员在茶树基因组中的分布、理化性质、基因结构、系统发育关系、启动子顺式作用元件与表达特性,以及探索茶树PAL、C4H和4CL基因成员在苯乙醇樱草糖苷含量差异显著的茶树新品系(高糖苷和低糖苷品系)新梢中的表达差异。【结果】7个CsPAL、4个CsC4H与4个Cs4CL基因分布在9条染色体上。所有CsPAL均只有1个内含子;除CsC4H4外,其他CsC4H成员均含有2个内含子;Cs4CL成员均含有多个内含子。系统进化分析表明,它们与杨树PAL、C4H和4CL蛋白的亲缘关系较近。基因结构和保守基序分析显示,亲缘关系较近的基因,其基因结构和保守基序的组成也较为相似。启动子顺式作用元件预测发现,CsPAL、CsC4H与Cs4CL基因成员的启动子区域内含有多种顺式元件,包括逆境胁迫响应、生长发育相关以及激素响应等多种顺式元件。转录组分析发现,大多数CsPAL、CsC4H与Cs4CL的成员表现为组织特异性表达,且会受到激素、低温、干旱及高盐的诱导。CsPAL7、CsC4H4与Cs4CL3在苯乙醇樱草糖苷含量明显差异的品系中存在表达差异,CsPAL7在高糖苷品系中的表达量要大于低糖苷品系,CsC4H4与Cs4CL3在低糖苷品系中的表达量均显著高于高糖苷品系,推测这3个家族基因的表达可能对茶树新梢中苯乙醇樱草糖苷的形成起不同的作用。【结论】本研究为PAL、C4H和4CL基因的功能分析提供了有用的信息,其家族成员可作为茶树分子育种的候选基因。

龙眼体胚发生早期4CL基因家族鉴定与功能分析

为了解龙眼4-香豆酸:辅酶A连接酶(Dl4CL)基因家族的分子特性及生物学功能。采用生物信息学分析方法进行龙眼4CL基因家族的成员鉴定,蛋白结构域及特性、分子进化树、体胚发生过程和组织器官中的表达规律分析以及可能互作的miRNA预测。结果显示,Dl4CL基因家族包含43个成员,分为6个亚家族;不同亚家族成员的基本理化性质包括等电点、相对分子量、氨基酸个数及信号肽有所差别;Dl4CL蛋白均属于非分泌型蛋白,具有多个保守的motif;各成员基因结构特性与进化树中家族成员亲缘关系的远近有关;Dl4CL启动子序列包含大量光响应元件、厌氧诱导响应元件及MYB结合位点,推测Dl4CL家族成员可能参与龙眼生长发育过程中黄酮类物种的生物合成以及色素的积累;Dl4CL可能参与不同胚胎发育过程和不同组织器官的形态建成;43个Dl4CL成员共有10个受miRNA调控,并且不同成员受不同的miRNA靶向调控,推测Dl4CL可能通过与miRNA互作参与体胚发生、响应环境胁迫等过程。研究表明,Dl4CL在龙眼体胚发生早期除了参与木质素的合成之外,还可能参与色素合成、组织器官特异表达等多种生物代谢途径,表现其生物学功能的复杂性。

番茄4CL基因家族鉴定和氮素处理下的表达分析

探究番茄4CL基因家族的基本理化性质、分子进化特性和其在不同浓度氮素下的表达模式。对番茄4CL基因家族成员进行全基因组鉴定,采用生物信息学方法对其进行分析,并在不同浓度氮素处理下进行qPCR验证。在番茄中共鉴定出6个4CL基因家族成员,全部成员均为稳定蛋白,有5个成员呈酸性,编码的氨基酸数在538-957之间,二级结构以无规则卷曲为主,三级结构除Sl4CL04以5bsw.1.A为模型,其他成员均以5bsr.1.A为模型。番茄4CL基因家族内含子数量在5-11之间,12个Motif在Sl4CL中排序及位置都非常保守,具有较高的同源性。启动子顺式作用元件分析发现MYB作用元件的分布最多,在不同浓度氮素处理下,6个基因表达量均有显著差异。对Sl4CL03构建过表达载体,亚细胞定位结果显示位于过氧化物酶体、叶绿体和细胞质。番茄4CL家族进化具有保守性和特异性,能够在氮素处理时进行相关机理调节。

辣椒4CL基因家族成员的鉴定与生物信息学分析

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase,4CL)基因家族调控植物木质素代谢、参与类黄酮和其他次生代谢产物合成。为了解辣椒Ca4CL基因家族的分子特性及生物学功能。本研究基于辣椒的全基因组测序结果鉴定4CL基因家族,并进行生物信息学分析。结果共鉴定获得8条辣椒4CL基因,不均匀的分布于基于3、7、11和12号染色体,其中Ca4CL06和Ca4CL08未锚定;辣椒Ca4CL的外显子数目在5~6之间,基序分析结果保守;分析顺式作用元件发现,在辣椒Ca4CLs上游2000 bp序列中存在多个响应元件,包括光、Me-JA、厌氧诱导、低温等响应元件。辣椒4CL基因家族表达分析发现Ca4CL01在根、茎、叶、果皮(开花期后25 d,绿果期,转色期,转色10 d)、胎座(转色期,转色5 d,转色10 d)中均无表达,其余Ca4CLs表达具有较强组织特异性,Ca4CL04在叶、根、果皮等时期高表达。本研究为进一步分析Ca4CLs基因在生长发育、胁迫等条件下的功能和相应的信号转导途径提供了理论依据。