芸豆GH3基因家族鉴定及进化与表达分析

【目的】探究芸豆中PvGH3家族成员的特征及在非生物胁迫响应中的作用,为深入研究其基因功能提供参考依据,也为芸豆抗逆新品种的选育提供新的基因资源。【方法】通过生物信息学的方法对芸豆GH3基因家族进行全基因组鉴定,用荧光定量PCR(qRT-PCR)检测PvGH3基因在不同逆境胁迫下的表达。【结果】在芸豆中鉴定出19个PvGH3基因,其中17个基因不均匀分布于8条染色体上,其余2个基因定位于scafford上无法精确定位;可分为3个亚族,各亚族间的成员有相似的基因结构和保守基序;各成员间存在3个旁系同源基因对,与拟南芥GH3间有15个直系同源基因对;含有光、激素、胁迫及生长发育相关顺式元件;19个PvGH3在响应干旱(6%PEG)、盐(100 mmol/L NaCl溶液)和低温(4℃)逆境胁迫应答方面均上调表达。【结论】在芸豆中鉴定出19个PvGH3基因,通过qRT-PCR证明这19个PvGH3基因能不同程度地响应非生物胁迫,可为PvGH3的抗逆功能分析提供理论依据。

烟草糖苷水解酶GH3基因家族鉴定与表达分析

糖苷水解酶GH3基因家族在植物的糖代谢和生长发育中起着重要作用,而烟草GH3基因家族目前尚未见相关鉴定和分析研究报道。本研究采用生物信息学方法在烟草基因组中鉴定GH3家族基因,并对其在不同组织中及逆境条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在普通烟草K326的基因组中共鉴定出35个GH3基因,其中23个被定位在14条染色体上,存在6对共线性基因;GH3家族蛋白均为热稳定性蛋白,其基因上游启动子区均包含多个激素和胁迫响应元件。转录组数据表明,GH3家族基因大多数在烟苗茎尖高表达,少部分在根和茎中高表达,表达量受光照时间影响;烟苗受到干旱胁迫后GH3家族成员都有不同程度的响应。挑选4个NtGH3基因进行qRT-PCR分析,结果表明,NtGH3-5、NtGH3-19、NtGH3-22、NtGH3-26可能参与响应低温以及ABA处理。这可为深入了解烟草GH3基因家族及其功能提供依据。

植物GH3基因家族的生物信息学分析

植物生长素在植物的生长发育过程中至关重要,GH3基因家族是植物生长素早期应答的成员。本研究采用比较基因组学的方法,利用已经分离的拟南芥GH3(Gretchen Hagen3)蛋白为检索序列,在全基因组水平上搜索拟南芥、水稻、葡萄、白杨和苜蓿的GH3基因的同源序列。最终确定了59个GH3候选基因,其中拟南芥19个,水稻14个,葡萄9个,白杨14个,苜蓿3个。对同源序列作进一步的多序列联配、MEME、ESTs和系统发生表达分析,结果表明:GH3基因家族的基本特征在单双子叶植物分离之前就已经形成;GH3结构域在蛋白质间较保守,可以分为3个亚家族,其中个别蛋白发生了基序丢失;59个同源蛋白中的40个成员找到了ESTs的证据,且表达部位多样,不同成员之间的表达部位存在差异。该研究结果将为植物的GH3基因家族的研究提供参考。

普通丝瓜GH3基因家族全基因组鉴定及表达分析

以普通丝瓜[Luffa cylindrica(L.)Roem.]为试验材料,基于其全基因组,对生长素酰胺合成酶基因(gretchen hagen 3,GH3)家族成员进行鉴定和生物信息学分析,并分析其在普通丝瓜长果品种、短果品种中的表达情况。结果表明,普通丝瓜全基因组中共存在14个GH3基因家族成员,暂命名为LcGH3.1~LcGH3.14,蛋白序列长度为515~843aa,相对分子量在58.366~96.406 ku之间,LcGH3.8、LcGH3.14为碱性蛋白,其他LcGH3蛋白均为酸性蛋白。LcGH3.1为稳定蛋白,其他LcGH3均为不稳定蛋白。14个LcGH3蛋白均是亲水蛋白,其中LcGH3蛋白主要含有10个基序(Motif),14个LcGH3蛋白均含有Motif 1、Motif 4、Motif5、Motif6、Motif7和Motif 9保守基序。系统进化树分析结果表明,14个LcGH3蛋白聚类在GroupⅡ、GroupⅢ2类。在普通丝瓜长果品种、短果品种商品果中,共有6个GH3基因家族成员存在差异表达,其中LcGH3.1、LcGH3.2、LcGH3.5在短果品种中的相对表达量高于长果品种,LcGH3.8、LcGH3.12、LcGH3.13在短果品种中的相对表达量低于长果品种。推测LcGH3基因家族与普通丝瓜果实发育相关,且与果长密切相关。

N末端改造提高GH11家族木聚糖酶热稳定性的研究进展

木聚糖酶具有重要的工业应用价值,在食品、饲料、造纸等领域有着良好的发展前景。不同应用领域对木聚糖酶的酶学性质具有不同要求,耐热性是木聚糖酶在实际生产过程中最有应用价值的性质之一;因此,许多研究者致力于木聚糖酶耐热性机制的研究。研究发现GH11家族木聚糖酶的热稳定性与其N末端区域密切相关,可以通过N末端改造的策略有效提升GH11家族木聚糖酶的热稳定性。本文主要综述了影响GH11家族木聚糖酶热稳定性的因素、N末端改造提升木聚糖酶热稳定性的技术和方法,并对耐热木聚糖酶的应用前景进行展望,以期为GH11家族木聚糖酶的耐热性研究提供一定的参考。

植物GH3基因家族的功能研究概况

植物GH3基因是一种典型的植物生长素原初反应基因,此类基因与植物的生长发育密切相关。GH3基因在植物生长素信号途径、光信号途径以及植物的防卫反应中起着重要作用。植物GH3蛋白具有植物生长素氨基酸化合成酶活性,这有助于维持植物生长素的动态平衡。该文介绍拟南芥等植物中GH3基因的生物学功能研究概况和最新进展,为植物GH3基因家族的进一步研究提供参考。

大白菜GH3基因家族全基因组鉴定及表达分析

生长素酰胺合成酶(GH3)基因家族是生长素早期应答基因家族之一,在植物生长素信号转导过程中发挥重要作用。基于大白菜全基因组数据对大白菜GH3家族进行全基因组鉴定及生物信息学分析,结果表明,在大白菜基因组中共鉴定到45个包含GH3结构域的BrGH3家族成员;BrGH3家族成员编码氨基酸数在286~826之间,分子量介于32.06~90.77 KD之间;系统进化分析将BrGH3家族分为4类;基因结构分析发现该家族成员外显子数为2~10个;蛋白保守基序(motif)分析表明,除了BrGH3.2和BrGH3.18外,BrGH3家族成员都含有10个Motif;41个BrGH3成员在10条染色体上均有分布,4个基因未定位到染色体上;共线性分析发现29个基因参与片段复制事件,存在5个串联重复;启动子顺式作用元件分析表明,BrGH3成员含有大量光、激素、逆境和生长发育等响应元件。基于大白菜结球野生型和不结球平塌突变体结球前期叶片不同部位转录组数据,分析BrGH3差异表达,结果表明,其中BrGH3.28和BrGH3.41基因在大白菜突变体叶片不同部位的FPKM值均高于野生型,为野生型的1.22~4.83倍,且BrGH3基因家族在LF亚基因组中优势表达,初步推测BrGH3基因家族成员参与调控大白菜叶球发育。本研究为进一步研究BrGH3基因家族的功能和大白菜叶球发育机理提供参考。

家蚕GH18家族几丁质酶的系统进化和BmChi的时期表达分析

昆虫GH18家族几丁质酶主要参与昆虫蜕皮、细胞增殖和免疫等生理过程。为了系统开展家蚕GH18家族基因的研究,通过多物种几丁质酶的系统进化分析鉴定了8个家蚕GH18家族成员,并根据含有糖苷水解酶18(Glyco_18)催化结构域和几丁质结合结构域的不同将其分为6类,其中,各物种的CHT5具有典型几丁质酶结构。家蚕GH18家族成员中,BmChiR-1具有5个Glyco_18催化结构域和6个几丁质结合结构域,其它7个成员均只有1个Glyco_18催化结构域,BmCHT12还有1个ChitnaseA_N端结构域。8个家蚕GH18家族成员的基因分布在7条染色体上。通过半定量RT-PCR调查家蚕CHT5基因Bm-Chi在家蚕各发育时期的转录表达模式,该基因在蜕皮、化蛹、羽化等发育时期均有高水平表达,推测BmChi在蚕体旧表皮几丁质的降解过程中发挥重要作用。

棘孢木霉GH11家族木聚糖酶的异源表达及酶学性质

从棘孢木霉(Trichoderma asperellum)中克隆得到一个糖苷水解酶(glycoside hydrolase,GH)11家族木聚糖酶基因TaXyn11A,并在大肠杆菌中进行了异源表达。该基因含有一个672 bp的开放阅读框,编码223个氨基酸,编码的蛋白与来自哈茨木霉C4(Trichoderma harzianum)的GH11家族木聚糖酶xynⅡ(NCBI accession No.B5A7N4.1)的同源性为85.2%。粗酶液经Ni-NTA亲和层析一步纯化得到电泳级纯酶(TaXyn11A),该酶分子质量为24.2 kDa。研究了纯酶的酶学性质,结果表明:TaXyn11A为酸性中温木聚糖酶,最适pH值和最适温度分别是5.0和50℃,在pH值为4.0~10.0时和45℃及以下保持稳定,45℃时半衰期为14.3 h。EDTA、Mn2+和Cr3+对该酶有激活作用,而SDS和CTAB对该酶有抑制作用。底物特异性及水解特性分析表明:TaXyn11A可特异性水解燕麦木聚糖、小麦阿拉伯木聚糖、榉木木聚糖和桦木木聚糖等木聚糖底物,比酶活力分别为989.6、727.6、706.0、484.5 U·mg^-1,水解12 h后,产物以聚合度为2~6的低聚木糖为主。这些优良的酶学特性使TaXyn11A在低聚木糖生产中具有潜在应用价值。

茶树GH3基因家族的鉴定及表达分析

Gretchen hagen 3(GH3)属于植物生长素早期响应基因,通过调控生长素的稳态对植物的生长发育起着重要作用。然而,关于茶树GH3基因家族的研究尚缺乏系统报道。本文通过生物信息学的方法,在茶树全基因组数据中鉴定获得20个茶树GH3家族基因(CsGH3),并对其蛋白的理化性质、基因结构、保守基序等进行分析。理化性质分析结果表明,CsGH3基因家族编码的氨基酸分子量为27.5~87.1 kD,理论等电点为4.80~8.49,蛋白质不稳定性指数为32.40~49.58;基因结构分析结果表明,除CsGH3.16没有内含子外,其他CsGH3s都具有2~6个内含子;保守结构域分析结果显示,CsGH3家族主要含有10个Motif,编码的蛋白序列均含有Motif 1、Motif 2、Motif 4和Motif 6保守基序;系统进化树分析结果显示,茶树GH3基因家族可以分为两个亚家族,每个亚族所含基因数分别为11个和9个;启动子元件分析结果显示,GH3基因的启动子元件类型主要有激素响应元件、光响应元件、胁迫响应元件以及生长发育相关元件四大类;对茶树GH3基因在8个组织中的表达分析结果显示,20个基因在不同组织中的表达量呈现较大差异,表明这些基因可能在茶树不同的发育阶段起到重要作用。本文为进一步解析单个CsGH3基因的生物学功能提供参考。

嗜热小孢根霉GH134家族甘露聚糖酶基因的克隆表达及在果汁加工中的应用

本研究从浓香大曲中筛选出1株嗜热真菌HBFH10,经鉴定为小孢根霉(Rhizopus microsporus)。利用兼并引物,从菌株HBFH10中获得1个新型甘露聚糖酶基因(RmMan134),该基因全长552 bp,无内含子,编码183个氨基酸和1个终止密码子。Rm Man134酶蛋白分子由1个信号肽序列(1~19 aa)和GH134家族的催化区组成。经异源表达后,重组Rm Man134的最适反应温度为50℃,最适反应pH值为6.0,具有较强的热稳定性和pH值稳定性。Rm Man134成熟蛋白分子质量约为18.5 kDa,存在糖基化修饰。经动力学性质测定,以魔芋胶为底物时,该酶的V_(max)为57.1μmol/(min·mg),K_(m)为0.66 mg/mL。重组酶Rm Man134对橙汁的澄清效果最为明显,澄清度提高了23.8%,其次苹果汁提高了11%,桃汁提高了7%左右。除此之外,添加重组酶使得葡萄汁的出汁率提高了7%左右。综上所述,甘露聚糖酶Rm Man134在果汁加工中具有较好的应用前景。

糖苷水解酶GH97家族成员PspAG97A的催化机制分析

糖苷水解酶GH97家族是一个特殊的家族,同时拥有反转和保留两种催化类型成员,其两种催化类型如何分化目前还不清楚。对GH97家族成员PspAG97A的催化机制进行分析,通过高效液相色谱法检测水解产物异头物的构型,根据在不同酶反应时间所检测到的α-葡萄糖与β-葡萄糖的比例变化,证明PspAG97A执行反转催化机制。通过结构分析与定点突变等方法尝试对PspAG97A的催化类型进行改造,将PspAG97A与同一家族成员Bt GH97b(保留型)活性中心进行叠加比较,仿照保留类型的催化装置对相关位点G407、E377及E456进行单点突变和联合突变。结果显示突变酶活力相比野生型显著下降,并分析了相关位点的作用。研究加深了对PspAG97A催化机制的认识,为GH97家族两种催化类型进化关系的研究奠定基础。

海岛棉GH9基因家族成员鉴定及分析

植物GH 9基因在细胞壁的生物合成和重塑中起着重要作用,对海岛棉GH 9基因进行全基因组鉴定与分析,挖掘其在棉纤维发育中的作用。从海岛棉全基因组中鉴定到53个GH 9基因,分析其理化性质、基因结构、染色体分布、进化历程、棉纤维发育过程中表达模式及转录调控。结果表明,53个GbGH 9 s分为A、B、C三组,定位在22条染色体上;多倍化事件是海岛棉GH 9基因家族扩张的主要驱动力,基因复制后经历严格的选择约束;A组多个成员在棉纤维发育整个时期尤其是次生壁加厚期高表达,C组多个成员在棉纤维起始和伸长期优势表达,B组具有相对复杂的表达模式,生长素和乙烯可能在GbGH 9 s的转录调控中发挥重要作用。此外,通过回交将GbGH 9B6导入陆地棉可提高棉纤维强度。海岛棉GH 9基因家族成员的鉴定及分析有助于明确其进化和功能,为后续研究提供重要参考。

谷子GH5基因家族全基因组鉴定和表达分析

糖苷水解酶5(GH5)属于最大的糖苷水解酶家族,在细胞壁合成与降解过程中发挥重要作用。为解读谷子GH5基因家族特性,通过生物信息学方法对谷子进行全基因组扫描,鉴定并分析谷子GH5家族成员。结果表明,谷子具有18个GH5基因(命名为SiGH5-1~SiGH5-18),不均匀分布在8条染色体上。SiGH5蛋白具有保守结构域,叠合比对发现不同物种GH5蛋白结构高度保守。多物种系统发育树分析表明,GH5蛋白具有种属特异性特点。基因结构分析发现,同一分支的GH5蛋白具有相似的基序分布,GH5成员具有外显子改组现象。表达谱分析发现,谷子GH5家族基因属诱导型表达,其中,SiGH5-8、SiGH5-17在谷子各器官和非生物胁迫过程中均具有较高表达量。启动子分析鉴定到大量激素类响应元件,暗示GH5家族成员通过响应植物内源激素发挥调控作用。

狗头枣果皮GH9基因家族鉴定及不同发育期的表达与纤维素含量分析

为了明确糖苷水解酶9(glycoside hydrolase 9,GH9)基因家族在枣果皮发育过程中的作用,该研究以狗头枣果实为材料,对其幼果期(StageⅠ)、青果期(StageⅡ)、膨大期(StageⅢ)、白熟期(StageⅣ)、半红期(StageⅤ)、全红期(StageⅥ)6个不同发育阶段的果皮纤维素含量、细胞组织结构、GH9基因家族的生物信息学以及基因表达进行分析。结果表明:(1)在枣果实发育过程中,果皮纤维素含量在StageⅠ~StageⅢ略有增加,于StageⅢ达到最高(217.33 mg/g),随后快速显著下降并于StageⅥ降至最低(98.51 mg/g),较StageⅢ下降了54.7%。(2)在枣果皮发育过程中果皮细胞在未着色时期紧密排列,在着色后明显皱缩且排列松散;番红-固绿染色后,从StageⅠ到StageⅣ枣果皮角质层细胞和表皮细胞的细胞壁颜色由蓝绿色逐渐变为浅蓝进而转为粉色,胞内几乎没有颜色,说明狗头枣果皮细胞壁的纤维素含量从StageⅠ到StageⅣ逐渐减少。(3)枣果实转录组测序发现,与StageⅠ相比,StageⅡ~StageⅥ分别检测到1090、2039、3300、4594和7855个差异表达基因;GO富集分析表明,在枣果实发育初期差异表达基因富集在与纤维素降解密切相关的水解酶活性分子功能中。(4)从枣基因组中鉴定到30个GH9基因家族成员,根据系统发育关系分为GH9A、GH9B和GH9C共3个亚族,其中GH9A亚族最大共有19个成员。(5)基因表达模式分析显示,所鉴定的30个GH9基因中有17个基因在果皮发育的StageⅠ~StageⅢ均有表达且表达量高,而在StageⅣ~StageⅥ表达量低;荧光定量PCR验证结果显示,8个差异表达基因的表达量均随枣果实发育进程逐渐快速降低,其变化趋势与枣果皮纤维素含量变化趋势一致,也与转录组测序结果的表达水平的变化趋势一致。研究推测,GH9基因家族在枣果皮发育过程中具有降解植物细胞壁的作用。

在堆肥过程中添加外源菌剂对GH3真菌家族β-葡萄糖苷水解酶微生物群落的影响

添加外源菌剂能够有效加快牛粪堆肥中纤维素的降解。在牛粪堆肥过程中添加外源菌剂,与同一条件下的自然堆肥做对比,研究菌剂对堆肥中GH3真菌家族β-葡萄糖苷水解酶菌群的影响。结果表明,菌剂组堆肥能更快地进入高温期且持续20 d高温(自然堆肥为14 d),β-葡萄糖苷水解酶活性高于自然堆肥组。此外,菌剂组GH3家族微生物多样性要略低于自然堆肥组。设计用于扩增配糖水解酶3家族(GH3)标记基因的通用简并引物,利用PCR-DGGE方法,并且将检测结果测序来研究两种堆肥处理中GH家族菌群变化情况。根据16S rRNA基因序列构建系统发育树,共检测出7条不同时期的优势菌条带。通过BLAST对比测序,可知在堆肥不同时期中GH3家族优势菌种分别为木霉属和曲霉属。

GH79家族糖苷水解酶分子进化关系和蛋白结构研究

GH79家族的糖苷水解酶在碳水化合物改性、细胞免疫识别和信号传导等方面具有广泛的生理活性和重要的应用前景。然而,目前GH79家族的多样性催化机理仍不清楚,识别底物的结构基础和分子机制尚不清晰。本文总结了近几年GH79家族的研究进展,系统分析了GH79家族酶的来源与分布,通过对酶的序列特征、分子进化关系、蛋白结构解析等方面进行深入阐述,旨在为后续的GH79家族的蛋白质工程和功能催化机制的解析奠定基础。

棉花GH9家族的全基因组鉴定与分析

糖苷水解酶GH9基因家族在纤维素的生物合成、修饰以及器官脱落和果实成熟过程中发挥着重要的作用。利用生物信息学的方法对棉花GH9基因家族进行了分析,结果发现,棉花与同属于双子叶的拟南芥GH9基因家族亲缘关系最近;棉花、水稻、拟南芥及杨树等物种的GH9跨膜结构域均具有一段保守的跨膜基序;GH9C具有保守的CBM_49纤维素结合结构域。通过对棉花GH9基因共表达分析发现,A亚类基因在叶片以及开花20 d后的纤维中表达量较高,B亚类基因在各个组织中均有表达,C亚类基因在叶片、茎、开花10 d后的纤维以及柱头中表达量较高。研究可为深入解析棉花GH9家族成员的功能及作用机制奠定基础。

龙眼GH3家族成员的全基因组鉴定及表达分析

为探究龙眼GH3基因家族结构特征及表达模式,基于龙眼基因组及转录组数据库对DlGH3基因家族进行鉴定.共鉴定出10个DlGH3家族成员,分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),均含有GH3保守结构域.启动子序列预测显示,DlGH3含多个与激素响应、光响应、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件.转录组数据和qRT-PCR的表达谱分析显示,DlGH3在体胚发生早期的表达模式存在差异,DlGH3.5在胚性愈伤组织中的表达量极高,DlGH3.3和DlGH3.6在花、花芽和根中特异性表达;DlGH3不同成员在蓝光、白光和黑暗处理下的表达趋势存在差异.此外,在外源IAA、2,4-D、MeJA、GA3、ABA和SA处理下,DlGH3成员的表达均被不同程度诱导.因此,DlGH3在进化中具有较高的保守性,可能参与调控龙眼体胚发生、外源激素响应、龙眼开花和根的生长等发育过程.

灰盖拟鬼伞GH9家族内切葡聚糖酶的生物信息学分析

真菌能够诱导分泌纤维素酶,其中GH9家族蛋白是其中具有内切葡糖酶活性的纤维素酶成员之一.本研究利用生物信息学方法,分析了灰盖拟鬼伞GH9蛋白(Cc_GH9)的编码基因序列、基本理化性质、信号肽、亚细胞定位、跨膜螺旋、二级结构、三级结构、磷酸化位点、O-糖基化修饰位点、功能结构域、系统进化以及基序分析,为该基因后续的生理功能研究奠定基础,也为灰盖拟鬼伞纤维素酶的开发提供新思路.结果表明:Cc_GH9基因含有10个内含子,编码基因全长1770nt,编码589个氨基酸.Cc_GH9的N端前21个氨基酸为信号肽序列,为分泌性蛋白,定位于胞外,是稳定亲水性蛋白,在556~578位氨基酸为跨膜螺旋部分,属于跨膜蛋白.二级结构中以无规则卷曲和α-螺旋为主,在29个丝氨酸(S)上、17个苏氨酸(T)上和17个酪氨酸(Y)上可能发生磷酸化修饰,在182位丝氨酸(S)处可能发生O-糖基化修饰,含有Glyco_hydro_9保守结构域,与拟鬼伞Coprinopsis marcescibilis的GH9蛋白亲缘关系最近,包含3个基序.