西葫芦CCD基因家族鉴定及其在果实发育中的表达

类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenase,CCD)是类胡萝卜素氧化裂解途径中的关键酶,在植物生长发育、香气形成及胁迫响应等过程中均发挥着重要作用。该研究运用生物信息学方法从西葫芦全基因组中鉴定出13条具有完整RPE65保守结构域的CCD基因,为进一步解析CCD基因家族在西葫芦中的功能奠定基础。结果表明:(1)聚类分析显示,13个西葫芦CCD基因编码的蛋白可分为CCD1、CCD4、CCD7、CCD8、NCED、CCD1-like共6个亚组,且CCD8和CCD7亚组与其他家族成员的遗传距离较远。(2)顺式作用元件预测分析发现,CCD基因启动子中含有光信号、激素、环境胁迫和生长发育响应元件。(3)转录组数据分析显示,CCD家族基因具有组织表达特异性,其中3个CCD基因在组织中不表达,CpCCD1基因在叶和果实中显著高表达。(4)在果实发育过程中,8个CCD基因呈现上调表达,2个CCD基因呈现下调表达,其中CpCCD1、CpCCD4a、CpCCD4b、CpCCD8a这4个CCD基因在果实膨大生长期或成熟期出现显著高表达,推测它们可能在西葫芦果实发育过程中具有重要的调控作用。

西红花CCD家族基因序列分析及表达特性

西红花苷属于脱辅基类胡萝卜素化合物,是中国传统珍贵药材西红花(藏红花)的主要活性成分。CCDs(类胡萝卜素裂解双加氧酶)是催化玉米黄质形成西红花苷等脱辅基类胡萝卜素的重要酶,为了解西红花CCD家族基因的差异,本研究从NCBI数据库中检索获得11个西红花CCD家族基因,对基因序列及表达特性进行分析。结果表明,西红花CsCCD家族基因包括CCD1、CCD4、CCD7、CCD8 4个亚基因家族,各个亚家族的基因序列较为保守、编码的蛋白质三维结构存在差异。通过表达分析发现不同CsCCD基因在不同花器官中的表达特性存在明显差异,这一结果与通过转录组测序得到的CsCCD基因表达水平相符。推测不同CsCCD基因在西红花苷合成过程中的功能存在差异。

西红花苷的生物合成及CCD家族基因研究进展

西红花苷属于脱辅基类胡萝卜素化合物,是中国传统珍贵药材西红花(藏红花)的主要活性成分。为解析西红花苷合成途径及明确参与该途径的基因功能,本文系统综述了西红花苷的结构特征、生物合成过程及前体物质、西红花苷合成过程中类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)家族基因(CCD1、CCD4、CCD7、CCD8)的功能及表达特征等方面的研究进展。指出了西红花苷合成途径及关键基因现阶段研究中存在的问题,认为随着分子生物学技术的发展,更多参与西红花苷合成途径的基因将被挖掘鉴定,有助于明确西红花苷合成途径。

毛果杨类胡萝卜素裂解双加氧酶基因家族全基因组水平鉴定及其干旱与盐胁迫响应分析

CCD基因编码的类胡萝卜素裂解双加氧酶催化胡萝卜素共轭双键裂解形成脱辅基类胡萝卜素及其衍生物,研究表明CCD基因在植物生长发育与逆境胁迫响应中发挥着重要作用。然而,目前尚无木本模式植物毛果杨(Populus trichocarpa)PtrCCD的研究报导,本研究发现其在盐胁迫和干旱胁迫下的表达量存在明显差异,据此拟从分子水平上揭示该基因家族成员功能。本研究从全基因组水平对毛果杨PtrCCD基因家族成员数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征和启动子顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明:PtrCCD家族由11个基因组成,可分为CCD4和CCD8两个亚族,分别包括9个和2个基因;PtrCCD家族存在5对Ka/Ks均远小于1的旁系同源基因;PtrCCD家族编码蛋白均含有5个共有保守结构域Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 9和Motif 11,且处于同一进化分支的基因编码蛋白序列高度保守;PtrCCD家族基因启动子区含有大量非生物胁迫和激素响应元件,其中PtrCCD8a启动子含有5种类型、16个元件。PtrCCD家族基因表达特性分析表明:PtrCCD家族基因在根、茎和叶中表达量存在明显差异,并且多数成员在茎部表达量要高于其他2个部位;干旱胁迫不同时间下,处于同一进化分支的基因表达模式基本相同,不同分枝的基因表达量存在明显差异;NaCl胁迫不同时间下,PtrCCD家族各基因在根、茎和叶中表达量不同、但均表现出先上升后下降再上升的变化趋势,处于同一进化分支的基因表达模式基本相同。PtrCCD家族基因在干旱和盐胁迫情况下具有不同程度的响应能力,进一步表明该基因家族在非生物胁迫中具有重要作用。