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基因家族研究进展

生长素在植物的整个生长发育过程中都具有重要的作用,其早期响应基因可归为3类:Aux/IAAs、GH3s、SAURs。通过功能基因组学的研究,特别是对相关突变体的分子遗传学与分子生物学的研究,使我们对这些基因家族的作用机理的理解更为深入。以下综述了植物GH3基因的结构、功能及表达调控模式,重点介绍了由GH3介导的生长素信号途径与其他信号转导途径之间的互作和GH3基因与植物逆境胁迫适应的关系。

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。

辣椒GH3基因的电子克隆与生物信息学分析

利用电子克隆技术获得1个辣椒GH3同源基因的cDNA序列,采用生物信息学方法,对该基因所编码的氨基酸从理化性质、分子进化、跨膜结构域、高级结构等多角度进行分析。结果表明,该基因cDNA全长2 140 bp,其开放阅读框为1 791 bp,编码595个氨基酸。编码蛋白含32个磷酸化位点,无信号肽,无跨膜区域,是定位在叶绿体上的亲水性蛋白。通过氨基酸序列比对发现,辣椒GH3蛋白与拟南芥、大豆、烟草、番茄等植物中的GH3蛋白同源性较高。为该基因的基因功能研究提供了理论依据。

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。

拟南芥GH3基因家族启动子序列分析

GH3基因家族是植物生长素早期响应基因家族之一.拟南芥10个GH3基因启动子序列分析表明:GH3基因的转录起始位点一般在起始密码子上游65～145bp之内,TATA box大多分布在(-24)～(-40)bp区域.MDB和MatInspector分析显示,AtGH3s基因的上游调控区域普遍存在组织和器官特异性表达元件、激素响应元件以及环境响应元件,表明GH3基因的表达受到多因素调控;同时,基因芯片数据显示AuxREs对生长素的响应非常重要,但也可能存在其他的生长素响应元件.

高山红景天GH3基因克隆及序列分析

参照已知植物GH3的氨基酸序列,通过比较找出相对保守的氨基酸序列设计简并引物,通过RT-PCR和RACE法得到高山红景天GH3的3'端,其长度838bp,编码200个氨基酸的602 bp位于GH3的开放阅读框内和一段长36bp的3'非编码区(3'UTR)。序列比较结果表明,GH3推导的氨基酸序列与已公布的几种植物GH3氨基酸序列有较高的序列同源性。

枣GH3基因家族的鉴定与表达分析

【目的】为了对枣GH3基因家族进行全面分析并对家族成员的功能进行研究。【方法】本研究对枣GH3基因家族进行鉴定并对其理化性质、基因结构、启动子元件、表达模式等进行了系统分析。【结果】基于枣基因组数据共鉴定得到19个枣GH3基因家族成员,每个家族成员均包括了GH3蛋白保守结构域,编码氨基酸长度在149~629 aa。等电点在5.21~8.90,不稳定系数范围在34.34~56.54,大部分成员为酸性的稳定蛋白均被定位在细胞质上。二级结构表明α-螺旋和无规则卷曲占比最高。系统进化树分析将19个枣GH3基因分成了3大类,每个类别中所包括的枣GH3基因家族成员数量差别不大。通过分析基因信息和蛋白特征发现motif3和motif6保守度最高,基因结构都较为简单,包括2到5个外显子且均有UTR组成。启动子元件分析表明,枣GH3基因可能受光照、茉莉酸甲酯和无氧诱导等多种因素的调控。染色体定位表明,19个ZjGH3基因中有4个(ZjGH3-16、ZjGH3-17、ZjGH3-18和ZjGH3-19)未被定位到枣的12条染色体上,其他的15个家族成员被定位到枣的Chr4、Chr8、Chr9、Chr10、Chr11和Chr12染色体上,同时分析到有8对基因存在基因复制事件。通过分析ZjGH3基因在‘壶瓶枣’果实发育期的表达情况表明,可将19个ZjGH3基因分成3大类,分别为在H1(白熟期)表达量最高、H2(半红期)表达量最高和H3(全红期)表达量最高。【结论】本研究共鉴定出19个枣GH3基因,其中ZjGH3-16和ZjGH3-17在果实发育中起重要作用。

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。

凤梨草莓和森林草莓GH3基因家族的鉴定与表达分析

Gretchen Hagen 3 (GH3)基因家族是一类生长素早期响应基因,在植物的生长发育及抗逆响应中发挥重要作用。本研究从凤梨草莓(Fragaria×ananassa)和森林草莓(F. vesca)基因组中分别鉴定出24个FaGH3基因和9个FvGH3基因。FaGH3基因分布于20条染色体上;FvGH3基因分布于6条染色体上。FaGH3基因大小差异较FvGH3大,但其二级结构相似。FaGH3主要分布于细胞质和细胞核, FvGH3主要分布于细胞质、细胞核和叶绿体。除了FaGH3.22为碱性蛋白,其余凤梨草莓和森林草莓GH3蛋白均为酸性亲水性蛋白。系统进化分析发现24个FaGH3和9个FvGH3可以分为3个亚家族,其中FvGH3.4和FvGH3.6为森林草莓中唯一的共线性基因,而凤梨草莓中存在大量片段重复和个别串联重复;凤梨草莓和森林草莓GH3基因成员之间主要存在正选择效应且无显著的密码子偏好性。顺式作用元件分析发现凤梨草莓和森林草莓GH3基因主要包含光响应元件、激素响应元件、胁迫响应元件及生长发育相关元件。qRTPCR结果分析表明, FaGH3和FvGH3基因在干旱胁迫下主要进行上调表达,在盐胁迫下主要进行下调表达,而在IAA处理下既存在上调表达,也存在下调表达。综上所述,凤梨草莓GH3基因家族的基因大小差异较森林草莓的大,其保守性相对较弱;FaGH3基因和FvGH3基因对PEG、NaCl和IAA处理均存在不同程度地响应。

植物GH3基因家族生物学功能研究进展

植物生长素早期响应基因GH3编码的酰胺合酶催化生长素、茉莉酸及苯甲酸衍生物与氨基酸结合,形成相应的氨基酸复合物。当植物体内生长素浓度过高时,GH3蛋白催化生长素与氨基酸结合,形成的复合物作为生长素贮存库。当生长素浓度过低时,生长素-氨基酸复合物被蛋白水解酶水解为生长素,重新参与生长素信号通路,从而调控植物体内生长素动态平衡。当植物受到生物或非生物胁迫时,GH3蛋白催化茉莉酸和水杨酸与氨基酸结合,参与植物胁迫响应。该文从GH3蛋白结构、GH3基因家族分类及其生物学功能方面总结了双子叶模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、单子叶模式植物水稻(Oryza sativa)及其它植物中GH3基因的研究进展,为植物GH3基因家族的深入研究提供参考。

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.

甘肃高山细毛羊及其杂种羊GH基因第3内含子多态性与生长性状的相关性

为给甘肃高山细毛羊生长标记候选基因的筛选提供参考依据,研究了绵羊GH基因第3内含子突变对甘肃高山细毛羊生长性状可能产生的影响。采用PCR-SSCP技术检测甘肃高山细毛羊及其与特克赛尔、邦德和澳洲美利奴羊的杂交品种GH基因第3内含子多态性,分析GH基因第3内含子突变对羔羊初生重、3月龄重、断奶重及日增重的影响。结果表明,甘肃高山细毛羊及其杂种羔羊GH基因第3内含子第98 bp处有一个C〉T突变,共有AA、AB和BB 3种基因型,甘肃高山细毛羊和对照组杂种羊的GH基因第3内含子PIC值均为0.25-0.50,为中度多态。其中BB型为优势基因型。等位基因存在与缺失对体重及日增重的关联分析表明,存在等位基因B的甘肃高山细毛羊的3月龄重、断奶重及日增重均显著或极显著高于缺失等位基因B的个体（P〈0.05或P〈0.01）,缺失等位基因A的特甘细绵羊在初生重、断奶重及日增重方面显著高于存在等位基因A的个体（P〈0.05）。邦甘细绵羊中,存在等位基因B的个体3月龄重、断奶重、日增重均显著高于等位基因B缺失个体。相关性分析表明,甘肃高山细毛羊不同基因型与初生重间关联度不显著,BB型甘肃高山细毛羊3月龄重和断奶重均显著高于AA型（P〈0.05）,AA型甘肃高山细毛羊日增重与BB型也显著相关（P〈0.05）。对照组中,特甘细羊BB型的初生重、断奶重及日增重均显著或极显著高于AA型特甘细（P〈0.05或P〈0.01）。邦甘细、澳甘细不同基因型与体重及日增重均无相关性（P〉0.05）。结果显示GH基因第3内含子可作为甘肃高山细毛羊生长标记候选基因。

甘蔗ScGH3.8基因的克隆、表达及蛋白纯化

Gretchen hagen 3(GH3)基因编码酰基酰胺合成酶,属于植物生长素早期响应基因,通过催化生长素和茉莉酸等激素与氨基酸的偶联反应,使激素失活或激活来维持植物体内激素的动态平衡,从而调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫。本研究采用RT-PCR克隆甘蔗(Saccharum officinarum)GH3基因,获得长1 776 bp具有完整开放阅读框的基因序列,命名为ScGH3.8。生物信息学分析表明,ScGH3.8基因编码591个氨基酸,具有GH3高度保守结构域、无跨膜结构和信号肽,亚细胞定位于细胞质,属酸性蛋白。系统进化分析表明,ScGH3.8与南荻(Miscanthus lutarioriparius)、高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)的GH3进化关系最近,属于同一进化分支。逆境胁迫表达分析表明,ScGH3.8同源基因Sspon.03G0024250-1A、Sspon.03G0024250-2C、Sspon.03G0024250-3D、Sspon.03G0037250-1B受干旱和甘蔗花叶病毒胁迫诱导表达;Sspon.03G0024250-1A受甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)胁迫诱导表达。通过构建pRSF-ScGH3.8原核表达载体,将其转入大肠杆菌BL21(DE3)菌株并诱导表达,发现重组蛋白最佳表达条件为37℃, 0.5 mmol/L的IPTG诱导2 h。利用亲和层析法对重组蛋白进行纯化获得ScGH3.8蛋白,相对分子质量为64.59 kDa。这些结果为进一步探究ScGH3.8基因在甘蔗发育和抗逆性中的功能提供理论参考和数据支持。

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase,GH)3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多为亲水性稳定蛋白质,有良好的商业开发潜力;绝大部分GH3基因家族成员的转录量在纤维素诱导下呈上调,与胞外β-葡萄糖苷酶活性变化相一致,说明其在纤维素降解中发挥重要作用,这为天然木质纤维原料的资源化利用和纤维素降解工程菌的构建提供了重要的理论依据。

大豆GH3家族三个成员对20种农药的转录响应

植物GH3基因家族具有生长素(IAA)等植物激素的氨基酸化合成酶活性,参与调节IAA等的动态平衡,在植物生长发育和抗逆性方面具有重要作用。为了明确大豆GH3基因家族成员对主要农药的响应特点,用qRT-PCR分析了20种不同作用机制的农药对该家族XM003518758、XM003521754和XM003543231在60 min内的诱导特点。结果表明,XM003518758基因的表达受草甘膦、氰戊菊酯轻微抑制,受2甲4氯等其余18种农药诱导上调但不超过2.5倍。所有测试的20种农药均不抑制XM003521754基因的表达,而最大诱导表达量达10倍以上。2甲4氯、乙草胺、百草枯、氰戊菊酯和戊唑醇对XM003543231诱导表达超过50倍,而其余15种测试农药对XM003543231的表达无抑制效应。而大豆XM003521754基因只受2甲4氯、二氯喹啉酸和多菌灵的显著诱导上调。