棉花CAD基因家族的生物信息学分析

苯丙烷代谢是植物重要的次生代谢途径之一,其代谢产物在植物的生长发育中发挥着重要作用。肉桂酸脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)是苯丙烷代谢途径的关键酶之一,在棉花纤维品质形成中起着十分重要的调节作用。为了更好地了解CAD基因家族在二倍体雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)、四倍体陆地棉(AD1)和海岛棉(AD2)基因组中的数量和分布情况,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉全基因组中分别鉴定出16、16、28和25个CAD基因家族成员,进一步分析了这些CAD家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系及CAD基因在陆地棉不同器官组织中的表达等。结果表明,4个棉种全基因组分别编码16、16、28和25个CAD基因。亚细胞定位将这些棉花CAD基因的表达产物均定位于细胞质。雷蒙德氏棉有14个CAD成员基因分布在5条染色体上,亚洲棉有13个CAD成员基因分布在5条染色体上,陆地棉28个CAD成员基因、海岛棉25个CAD基因分别分布在10条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,CAD基因结构较为复杂,均含有内含子和外显子;功能结构域分析发现,有棉花CAD蛋白具有高度保守的ADH_N和ADH_zinc_N 2个功能域;根据系统发育分析结果,将CAD基因家族分成3个亚类。大部分CAD基因在陆地棉的不同器官中均有表达,部分在棉花纤维中表达量较高。分析结果为进一步研究棉花CAD基因家族各成员的功能奠定了理论基础。

陆地棉CAD基因家族的进化和表达分析

【目的】对陆地棉CAD基因家族成员进行进化和表达分析,了解其在棉纤维发育中的作用。【方法】应用生物信息学方法,从棉花基因组中筛选出21个CAD基因,并对CAD的基因结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析。利用深度表达数据分析CAD基因在棉纤维发育各时期的表达。对比观察拟南芥cad5突变体和野生型根毛表型。【结果】同源性高的CAD基因复制对之间有相似的基因结构;片段重复和串联重复是CAD基因扩增的主要方式。进化分析可知,CAD基因可分为七个亚组,且功能相近的基因聚类在相同亚组。利用深度测序表达数据分析可知,CAD基因在棉纤维各个发育时期均有表达。对比拟南芥cad5突变体和野生型根毛发现,突变体相比于野生型有更长的根毛。【结论】CAD基因参与了棉纤维的发育的过程,并对棉花纤维发育起到一定的调控作用。

杨树肉桂醇脱氢酶基因序列和表达模式分析及CAD4酶活性检测

应用生物信息学方法从杨树基因组数据库中筛选出19个杨树肉桂醇脱氢酶基因,它们聚为3类。序列分析表明,杨树CAD基因家族主要通过全基因组加倍和串联复制的方式进行扩张。杨树和拟南芥CAD家族共6对旁系同源基因,在较强的净化选择压力下进化。19个基因在杨树不同组织中均有表达,表达量较高的是PoptrCAD17、PoptrCAD4、PoptrCAD10和PoptrCAD7,其他基因表达相对较少,相同亚类的CAD基因表达变化趋势接近。从毛白杨中克隆得到PoptrCAD4,体外表达的CAD4酶催化活性很强,具有明显的松柏醇底物偏好。