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。

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。

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。

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。

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.