玉米ACO基因家族生物信息学及表达模式分析

【目的】对玉米1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶ACO基因家族进行全基因组鉴定,分析其在玉米不同器官和不同发育时期以及响应外源激素和病菌侵染中的表达模式,为明确玉米ACO基因家族功能打下基础。【方法】利用生物信息学方法,在玉米B73自交系基因组中鉴定ACO,对其基因结构、蛋白质理化性质、家族成员间的亲缘关系以及保守基序进行分析,利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)技术分析ZmACO基因家族的表达模式。【结果】除ZmACO11外,ZmACO家族成员均具有Fe2+离子结合位点和底物抗坏血酸结合位点。系统发育分析显示,ZmACO_(2)与ScACO在同一分支,亲缘关系较近,Bootstrap值达98。基因表达分析表明,ZmACO_(2)、5、9、15、20、35在各发育时期均活跃表达,且在叶片中呈优势表达,因此选择上述6个基因进行下一步检测。喷施乙烯利后,上述6个基因的表达均有所波动,其中ZmACO_(2)的表达量受影响较大,变化幅度在8倍左右。在乙烯利处理的0—24 h内这6个基因的表达量存在波动,但在处理后24 h,6个基因的表达量均接近0。水杨酸处理后,ZmACO5的表达量受影响较大,变化倍数在2倍左右。其他基因的表达量在处理后24 h均接近0。ZmACO9、35在3—12 h的表达量存在波动,ZmACO_(2)、15、20表达量呈下调趋势。在响应生物胁迫方面,接种玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)后,ZmACO5、9的表达量变化幅度最大,在接种后第10天,这两个基因的表达量分别升至对照组的50和60倍。接种玉米小斑病菌(Cochlibolus heterostrophus)后,ZmACO5的表达量变化幅度较大,变化倍数在40—90倍。接种立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)后,ZmACO5、35表达量变化幅度最大,在病菌接种的第3天达到200倍。【结论】ZmACO_(2)、5、20、35在玉米生长发育过程中表达变化最活跃;施加外源乙烯利和水杨酸可以对ZmACO的表达水平造成显著影响。病菌侵染玉米后ZmACO的表达水平产生显著变化,与生物胁迫应答关系密切。

莲ACOs基因家族的全基因组鉴定和表达分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACOs)是乙烯合成通路的限速酶,对于研究乙烯在调控高等植物生长发育过程中的作用具有重要意义.本研究从子莲(Nelumbo nucifera)"太空莲36号"基因组中鉴定出8个NnACOs基因,即NnACO、NnACOlike、NnACO1X1、NnACO1X2、NnACO1X3、NnACO1like、NnACO5和NnACO5like.其编码蛋白都含有Fe(II)(His_(177)-X-Asp^(179)-Xn-His^(234))和抗坏血酸(Arg^(244)-X-Ser^(246))特异性的结合位点,以及ACOs酶活必需的保守性氨基酸位点(Lys^(297)和Arg^(300)).进一步分析了NnACOs外显子的剪切方式、系统进化关系和保守性基序,对NnACO进行同源模型.RT-PCR结果表明,NnACO和NnACOlike基因主要表达于莲的花和地下茎.在莲开花和地下茎膨大过程中,NnACO和NnACOlike表达量随之升高.此外,低温胁迫也可诱导NnACO和NnACOlike的表达.该研究为未来阐明NnACOs在调控莲的生长发育和抗逆方面的作用奠定了理论基础.

玉米ACO家族的全基因组鉴定与表达分析

为培育玉米抗虫品种,采用生物信息学的方法对玉米ACO基因家族进行成员鉴定和分析。结果表明:玉米ACO基因家族成员有8个,等电点4.97~5.49。ACO基因分布在第2,4,5,7及10号染色体上。二级结构显示,该家族蛋白结构主要以α-螺旋、β-折叠和不规则卷曲为主。根据氨基酸序列相似性,玉米、拟南芥和水稻中的ACO蛋白可分为3个亚族:ACOⅠ~ACOⅢ,同族成员基因结构分布及氨基酸序列有很高的相似度。基因保守基序分布显示,ZmACOs蛋白均含有motif6-motif4-motif2-motif1-motif8分布的5段保守基序。基因启动子作用元件分析显示,玉米ACO基因启动子元件类型可分为激素应答元件和胁迫应答元件两大类。受粘虫取食后,除ZmACO2外,其它玉米ACO家族基因表达量均升高,其中ZmACO6和ZmACO7在取食前后表达量差异最明显,推测其参与了玉米的抗虫响应。

旱柳、杞柳ACO基因家族的全基因组鉴定及表达分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase,ACO)是植物中乙烯生物合成途径的限速酶。以ACO蛋白的保守结构域特征为基础,在旱柳(Salix matsudana)和杞柳(Salix integra)的全基因组测序结果中分别鉴定出42和33个ACO蛋白;并运用系列生物信息学方法分析其进化关系、基因结构、理化性质与表达模式等。结果表明:该家族成员可分为10个组,每组的保守基序特征与进化树基本一致。ACO基因含有3~6个外显子,编码238~438个氨基酸,蛋白质理论PI值在5.03~9.52之间,分子量为9.794~48.537 ku;染色体定位显示旱柳ACO基因分布在19条染色体上,部分基因串联重复形成基因簇。热图结果发现ACO基因家族成员在速生性强、弱品系中的表达水平具有差异性。