黄梁木 CesA/Csls 基因家族的鉴定与表达分析

为探究黄梁木(Neolamarckia cadamba)纤维素合酶(cellulose synthase,CesA)和纤维素合酶样(cellulose-synthase-like,Csl)基因在细胞壁合成中的作用以及CesA/Csls基因对林木生长发育及抗逆的影响,利用生物信息学方法对黄梁木的CesA/Csls基因家族进行鉴定,并对该家族开展详细的生物学分析。结果表明,黄梁木中共有47个CesA/Csls家族成员,基于进化树分析将其分为8个亚家族(CesA、CslA、CslB、CslC、CslD、CslE、CslG和CslJ)。黄梁木CesA/Csls家族在基因结构、染色体分布和定位、系统发育和蛋白质序列方面具有不同的特征,表明它们通过不同的进化过程产生。启动子顺式作用元件分析表明,黄梁木CesA/Csls基因家族的启动子富含光响应、激素响应和逆境响应的元件。基因表达模式分析表明,黄梁木CesA/Csls基因具有不同的组织特异性表达模式。纤维素合酶基因超级家族研究有助于提高生物质能源、农林废弃物利用、动物饲料和工业应用等领域的效率与效果。

普通烟草CESA基因家族成员的鉴定、亚细胞定位及表达分析

纤维素合成酶蛋白(cellulose-synthase proteins,CESA)是一类质膜定位蛋白,以蛋白复合体的形式存在于质膜上合成纤维素,在细胞壁建成和植物生长发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用CESA蛋白保守域序列PF03552检索普通烟草(Nicotiana tabacum L.)蛋白序列,并通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)10个CESA蛋白序列在普通烟草基因组数据库中利用TBLASTN程序进行比对,共获得21条NtCESA基因候选序列,对这些序列进行蛋白序列理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、保守结构域及跨膜区分析和组织表达模式分析,并对NtCESA9和NtCESA14两个蛋白进行了亚细胞定位实验。结果表明:获得的21条NtCESA蛋白序列的理化性质相似;系统进化分析将21个NtCESA基因和10个At CESA基因分成5个分支,每一个分支各成员之间的进化相对保守,基因结构类似,不同分支之间的基因结构差异也较小;NtCESA蛋白结构域相对保守,都含有CESA蛋白典型的N端锌指结构、C端跨膜区和DDD-QXXRW保守功能域;组织表达分析结果表明,大部分NtCESA基因在幼苗和成熟期烟草的根、叶、胚芽和愈伤组织中都有表达,同一个分支中的基因表达模式基本一致,并且NtCESA基因参与初/次生细胞壁纤维素的合成与该基因编码蛋白的跨膜区数目存在关联,表明NtCESA基因家族成员功能上的复杂性;亚细胞定位结果证实NtCESA9和NtCESA14为质膜定位蛋白。本研究为烟草CESA基因家族功能的深入研究奠定了基础。

罗布麻CesA基因家族的生物信息学分析

植物体中纤维素是细胞壁形成的主要成分,不仅参与细胞形态的建成,调控细胞发育,还参与细胞内多种细胞信号转导途径,进而影响植物体的生长发育。纤维素合酶是植物体合成纤维素的主要酶类。为了探究CesA基因家族对罗布麻生长发育及纤维素合成的调控机理,该文通过生物信息学分析方法,从基因家族鉴定、结构分析、蛋白理化性质与多级结构预测、亚细胞定位、信号肽、进化关系和顺式作用元件等方面,对罗布麻CesA基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。结果表明:基于全基因组测序,罗布麻CesA基因家族鉴定含有15个成员,分布在罗布麻11条染色体中的8条上,其编码蛋白的氨基酸数量为730~1158,相对分子质量81280.81~130123.18 kDa,理论等电点6.18~8.83。除了AvCesA3、AvCesA5、AvCesA7、AvCesA10和AvCesA11蛋白为稳定蛋白,其余成员均为不稳定蛋白;除了AvCesA12蛋白为疏水性蛋白,其余成员均为亲水性蛋白。该家族成员包含3~14个外显子,8~15个保守基序。编码蛋白主要分布于质膜与高尔基体上,无信号肽,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主要构成元件。AvCesA15蛋白的跨膜结构域和三级结构与其他成员存在显著不同。罗布麻CesA基因进化时主要受纯化选择作用。对上游1500 bp区域顺式作用元件分析,结果显示罗布麻CesA基因受到光、温度、水分、氧气等环境因子及生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、水杨酸等植物激素调控。该研究为进一步探究罗布麻CesA基因家族的生物学功能、提高纤维品质与品种改良奠定理论基础。

白菜CesA基因家族鉴定及表达模式分析

为探究CesA基因家族在白菜生长发育及纤维素合成过程中的作用机制,该文通过生物信息学的方法,以白菜的全基因组序列为研究区域,进行理化特征、基因结构、进化特征、保守基序及结构域、顺式作用元件和组织表达等鉴定分析。结果表明:(1)共鉴定出16个编码纤维素合成酶亚基的CesA基因,该家族成员所编码蛋白的理论等电点为4.76~9.12,相对分子量为17.76~122.67 kD,长度为153~1089 aa。(2)15个基因不均匀地分布于白菜的7条染色体上,Bra036008定位于scaffold上。(3)大部分成员包含4~14个外显子,1~11个保守基序。(4)该家族具有保守的DDD-QXXRW保守功能域。(5)该家族编码蛋白主要分布在质膜上,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主,多数成员都含有CesA蛋白典型的N端、C端和跨膜区。(6)CesA基因在茎中表达量相对较高,其中Bra011865、Bra023952和Bra029874在茎、叶、花中显著表达。该研究结果为后续深入研究CesA基因功能以及白菜生长发育研究奠定了基础。

芹菜CESA基因鉴定与表达分析

纤维素是植物细胞壁的主要成分,纤维素合成酶是纤维素合成过程中的重要酶类.通过生物信息学方法对芹菜纤维素合成酶(Apium graveliens cellulose synthases A,AgCESA)基因家族进行了全基因组水平的鉴定,共获得了11个AgCESA基因家族成员,将其分为5组(Ⅰ~Ⅴ);蛋白结构域分析显示所有AgCESA蛋白都具有纤维素合酶结构域和锌指结构域,并且在不同物种中也非常保守;AgCESA基因启动子区域均存在许多与光、激素和逆境响应相关的顺式作用元件,表明该家族基因可能参与植物生长发育和抗逆防御等多种生物学进程;对组织进行表达分析显示AgCESA基因在不同组织中表达水平有明显差异,在茎中表达量最高,叶次之,在根中表达量最低.研究结果明确了芹菜中的CESA编码基因,揭示了AgCESA基因在不同组织中的表达规律,为后续深入研究芹菜AgCESA基因功能奠定了重要的理论基础.

亚麻纤维素合酶超基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】全基因组水平鉴定亚麻纤维素合酶超家族基因Ces A/Csls,并对基因的进化、基因结构及组织表达特性等进行分析,为亚麻纤维发育的机理研究奠定基础。【方法】利用Phytozome基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定亚麻纤维素合酶超基因家族成员,并进行蛋白理化特性分析;利用MEGA 5.0、GSDS、MEME等软件构建系统进化树,并进行基因结构、蛋白保守基序分析;根据RNA-Seq数据对Ces A/Csls进行表达分析。【结果】系统分析鉴定了45个亚麻Ces A/Csls超家族基因,该家族基因在scaffolds上是分散分布的,没有明显的成簇现象。Ces A/Csls蛋白主要分布于质膜上,氨基酸数目为409—1 167,分子量为47 401.1—130 578.3,等电点分布在5.43—9.08。Ces A/Csl蛋白均含有跨膜结构域,数目为2—8。根据系统进化分析将其分成Ces A与Csl两类,细分为Ces A、Csl A、Csl B、Csl C、Csl D、Csl E、Csl G共7组。基因结构分析显示,亚麻Ces A/Csls基因的长度在2.1—6.8 kb,外显子数量在2—14。保守基序分析表明,不同组间Motif组成有一定的差异,Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4、Motif 12在Ces A、Csl B、Csl D、Csl E、Csl G组蛋白中均有分布,Motif 18、Motif 20在Csl A、Csl C组蛋白中均有分布,而Motif 13、Motif 14、Motif 15、Motif 19的分布则表现出一定的组间特异性。表达谱分析结果表明,Ces A/Csls家族成员在不同发育阶段表达模式不同,部分Ces A/Csls可被Na Cl、BR和Brz诱导上调或下调表达,预示Ces A/Csls功能的多样性以及在植物发育过程中扮演着不同角色。【结论】鉴定出45个亚麻Ces A/Csls家族基因成员,分属于两类,7组,分布于scaffolds上,基因结构和蛋白基序具有组间多样性和组内保守性。不同的基因在不同发育阶段具有一定的时空特异性。Ces A/Csls中部分基因响应激素BR、Brz及Na Cl胁迫。

椰子CESA基因家族鉴定及生物信息学分析

中国加工椰糠与椰壳纤维所需的椰衣、椰壳主要从国外进口,国内原材料供给不足,市场潜力巨大,因此培育椰子高品质深加工新品种具有重要意义。本研究利用已发表的椰子基因组数据,共鉴定出10个椰子CESA基因家族成员并对其进行了基因结构分析、蛋白理化性质分析、亚细胞定位预测、蛋白质保守结构域预测、超二级结构预测分析、三级结构同源建模、蛋白跨膜螺旋预测、系统进化树构建及表达谱分析。蛋白理化性质与亚细胞定位分析显示,椰子CESA成员蛋白多为酸性蛋白,且主要定位于细胞质膜上。进化分析显示,椰子CESA基因家族成员可分为5组,组内基因同源性较高,组间差异较小,所有家族成员均含有N端锌指结构域和纤维素合酶结构域,基因结构相似。聚类及表达谱分析显示,CoCESA3、CoCESA4、CoCESA6、CoCESA8与已报道的拟南芥、水稻初生细胞壁合成相关CESA基因聚类在一起,并在成熟叶片、幼叶、胚、胚乳和愈伤组织中都有较高的表达量,其可能参与了初生细胞壁合成且在整个植物生长发育过程中发挥作用。本研究鉴定了10个椰子CESA基因家族成员并对其进行了生物信息学分析,为椰子CESA基因家族功能的进一步研究提供基础,并为高质量深加工椰子新品种的分子育种提供候选基因。

芸薹属CesA基因家族在AC基因组中的进化及其多态性分析

植物细胞壁在保持细胞完整和维持功能等方面发挥了极其重要的作用,纤维素合成酶(CesA)基因家族编码了参与细胞壁多糖生物合成的许多酶。为了系统地了解CesA基因家族在芸薹属AC基因组的基本情况及CesA多态性与抗菌核病之间的关系,本研究利用拟南芥CesA1基因AT4G32410的蛋白种子序列对白菜、甘蓝和甘蓝型油菜全基因组数据进行全基因组水平CesA鉴定(E-value=0),基因结构域特征、生化特征、进化关系等的分析。从连续3年用牙签茎秆接种菌核病的甘蓝型油菜田间抗病性鉴定试验中,筛选出高抗病和高感病材料8份,克隆其C07染色体上的CesA基因片段,记为C07-BnaCesA,并进行序列多态性与抗病关联性分析。结果显示,在芸薹属AC基因组中共鉴定到78个CesA基因,其中白菜23个,甘蓝16个,甘蓝型油菜39个(A亚基因组20个,C亚基因组19个)。基于UPGMA法CesA蛋白系统进化树在遗传距离0.24处明显分成2大类。2000 bp启动子区预测到被转录因子(TFs)结合位点最多的TFs为BBR-BPC、ERF,14个CesA没有预测到TFs结合位点,在白菜和甘蓝杂交形成油菜的进化过程中,可能发生了基因沉默。在8份材料中C07-BnaCesA基因片段共鉴定到58个SNPs。芸薹属AC基因组CesA基因在进化过程中有的比较保守,C07-BnaCesA基因片段多态性与菌核病抗性没有强的关联性。