铁皮石斛CLE基因家族鉴定与功能分析

CLE多肽是一类小分子分泌蛋白,参与植物的生长发育和细胞间通讯,在维持干细胞的增殖与分化中发挥关键调控作用。为研究兰科药用植物铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)中CLE基因家族成员的功能,从铁皮石斛叶、根、茎、花苞、果实的组织中提取RNA,反转录成cDNA,通过半定量PCR检测CLE家族基因成员在各组织中的表达情况。结果表明:在铁皮石斛基因组中鉴定出17个CLE成员,它们均拥有保守的12氨基酸CLE基序。半定量RT-PCR结果表明,CLE基因家族成员在根、茎、叶、花、果实中展示不同的组织表达谱,尤其是CLE 19635在花苞和果实中特异性表达,CLE 22175在果实中特异性表达。用体外合成的CLE多肽处理拟南芥,结果显示,CLE合成肽参与拟南芥根的发育,其中,CLE05351对根生长有促进作用,CLE18468对根影响不明显,其他CLE多肽均对根的生长有抑制作用。mPS-PI染色并未发现根尖分生组织结构模式受到CLE合成肽的影响。此外,CLE 02038过表达的拟南芥T 2代纯合系具有短根表型,与CLE合成肽处理结果一致。研究结果为进一步挖掘CLE家族在铁皮石斛附生根中的作用及其信号调控网络奠定了基础,并为铁皮石斛理想根系的育种提供了潜在靶基因。

陆地棉CLE基因家族的鉴定及GhCLE13参与调控棉花抗旱性的功能分析

CLAVATA3/Embryo surrounding region-related(CLE)小肽家族是植物中最大的小肽激素家族,在植物中广泛存在,且参与植物多个重要的生命活动。本研究对陆地棉CLE基因家族进行了鉴定,并对GhCLE基因家族成员进行基因结构、启动子顺式作用元件、蛋白质理化性质、系统发育的分析;通过RNA-seq数据构建了GhCLE基因家族成员在陆地棉各组织的表达谱及干旱处理下的表达模式,并筛选在棉花根系特异表达且受干旱诱导的CLE基因;最后通过VIGS技术对筛选出的GhCLE基因进行了抗旱功能的验证。结果显示,在陆地棉全基因组共鉴定出40个GhCLE基因,GhCLE基因结构较为简单,32个GhCLE基因没有内含子,所有基因编码的蛋白序列均包含12 aa的CLE结构域;GhCLE基因启动子区域包含多种光诱导响应、胁迫响应、激素响应和发育相关的顺式作用元件;GhCLE基因在陆地棉多个组织均有表达,筛选出了1个根系特异表达且受干旱诱导的GhCLE13-D-2基因。通过VIGS技术和MDA含量的测定和比较验证了GhCLE13-D-2基因提高棉花的抗旱性的功能。本研究为CLE小肽在植物抗逆方面的深入研究以及棉花种质创新提供了新的理论依据。

棉花CLE多肽家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

【目的】CLE(CLAVATA3/Embryo surrounding region-related)多肽是一类小分子分泌蛋白,在植物生长发育过程中,对于维持分生组织细胞增殖与分化间的平衡起到重要的信号转导和调控作用。CLE家族是迄今为止报道的最大的植物多肽分子家族,也是近十年来研究最为热门的植物多肽激素。尽管CLE基因家族在拟南芥和水稻等模式植物中取得较多的研究进展,但在棉花中有关CLE多肽基因家族的研究尚属空白。通过对CLE多肽家族的鉴定及演化研究,可以为进一步挖掘棉花中的功能多肽及其信号转导研究提供一定的理论基础。【方法】本文以亚洲棉(Gossypium arboreum L.)、雷蒙德氏棉(G. raimondii Ulbrich)、陆地棉(G. hirsutum L.)和海岛棉(G. barbadense L.)为研究对象,利用生物信息学方法和已鉴定的拟南芥CLE基因序列,在棉花基因组中进行同源比对,并对4个棉种中的CLE家族成员进行全基因组鉴定和分析。【结果】共得到148个棉花CLE候选基因。陆地棉和海岛棉中CLE基因数量都分别是亚洲棉和雷蒙德氏棉的2倍。聚类分析将所有CLE基因分为5个亚组。Ka/Ks分析表明大部分基因都经历了负选择作用,有11对基因经历了显著的正选择作用。转录组数据分析发现,除海岛棉中的GbCLE39、GbCLE13、GbCLE43,陆地棉中GhCLE34、GhCLE9以及亚组棉中的GaCLE4外,大部分CLE基因在棉花组织中的表达量较低,这与多肽在植物体内含量较低相一致。CLE核心保守基序分析发现了12个棉花特有的多肽,其中有2个多肽来源于受到强烈正选择作用的基因,因此在后续研究中可以对其进行进一步深入分析。【结论】本文利用生物信息学、比较基因组学等方法,首次对棉花的CLE基因家族进行了鉴定和分析,对于进一步挖掘棉花中的功能多肽及其信号调控网络研究提供了一定的理论基础。