P5CR基因的进化及其在木薯中的表达分析

吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)催化脯氨酸合成途径的最后一步反应,在植物逆境胁迫响应中起重要作用。采用生物信息学方法从木薯(Manihot esculenta Crantz)等45个已完成基因组测序的植物中共鉴定出54条P5CR序列,分析其在不同物种的分布和序列特征;用MEGA软件构建Neighbor-joining系统进化树;采用实时荧光定量PCR技术分析MeP5CR在不同组织和胁迫处理下的表达特性。P5CR在内含子长度上差别较大,而在氨基酸长度、外显子数目、等电点和分子量等方面差别不大。在大多数植物(如木薯)中,P5CR有且仅有1个拷贝,表明P5CR在进化上比较保守,且是单基因起源。然而,在某些植物(如大豆、苹果等)中存在2-3个拷贝,说明在物种进化的过程中P5CR发生了多次重复事件,并将它们归纳为3种进化模式。表达分析表明,MeP5CR在叶片、须根和储藏根中表达量最高,而在叶柄和茎中的表达量最低。MeP5CR表达量受低温胁迫诱导、但被干旱胁迫抑制。MeP5CR在转录水平参与木薯干旱和低温胁迫响应。

木薯MeP5CS和MeP5CR基因克隆及其干旱胁迫下的表达分析

在不同浓度(0、20%、30%、40%、50%)PEG处理下考察木薯(Manihot esculenta Crantz)叶片中脯氨酸含量的动态变化。从木薯中分别克隆了Me P5CS和Me P5CR基因,对其序列进行生物信息学分析,并分析了Me P5CS和Me P5CR基因在20%PEG胁迫处理下各组织中的表达。结果表明,脯氨酸含量受渗透胁迫快速诱导,在一定范围内随PEG浓度升高而明显升高,表现出较好的相关性。序列分析表明,Me P5CS基因c DNA全长2 217 bp,编码738个氨基酸,含有P5CS保守结构域;Me P5CR基因c DNA全长828 bp,编码275个氨基酸,含有P5CR保守结构域,它们分别与麻风树和蓖麻中的P5CS、P5CR亲缘关系较近。Me P5CS和Me P5CR基因在转录水平受到渗透胁迫的调控。

甘蓝型油菜P5CR同源基因的克隆表达及其多态性分析

【目的】克隆油菜菌核病抗性相关基因,进一步为油菜抗病分子标记开发以及通过分子标记辅助育种途径选育抗菌核病油菜新品种提供理论基础。【方法】以高抗、高感菌核病油菜为研究材料,对甘蓝型油菜A03、C03染色体上的P5CR(Pyrroline-5-carboxylate reductase,吡咯林-5-羧酸还原酶)同源基因进行特异PCR扩增,克隆和测序及表达分析。利用DNAMAN软件对测序结果进行序列比对,寻找抗、感材料中的差异SNP位点,并分析这些位点与油菜菌核病抗性的关系。利用qPCR技术分析A03及C03染色体上P5CR同源基因在抗、感菌核病油菜材料中接种核盘菌前及接种后6 h、12 h、24 h、48 h的表达。【结果】C03染色体上的P5CR同源基因全长1457 bp,该基因在抗、感菌核病油菜材料中共有7个SNP位点,其中3个SNP位点可能与抗病性相关;A03染色体上的P5CR同源基因全长1526 bp,在抗、感菌核病油菜材料中该基因共有15个SNP位点,其中2个SNP位点可能与抗病性相关。A03及C03染色体上的P5CR基因在抗病材料接种后24 h表达量显著升高。【结论】油菜P5CR基因上存在多个可能与菌核病抗性相关的位点且在抗病材料接种后表达升高,表明P5CR可能参与油菜对菌核病的抗性反应。本研究为进一步揭示甘蓝型油菜菌核病抗病机理及油菜抗菌核病分子标记开发奠定基础。

芸薹属AC亚基因组中P5CR基因家族鉴定与生物信息学分析

P5CR基因是广泛存在于生物中的管家基因,对生物响应逆境应答起着非常重要的作用。以拟南芥P5CR基因(AT5G 14800.1)的CDS序列为种子序列,鉴定了芸薹属A(白菜组)、C(甘蓝组)亚基因组P5CR基因家族,并进行生物信息分析。共鉴定到8个P5CR基因,都由7个外显子组成,氨基酸数目为276~440个,均为稳定蛋白,亚细胞定位分析发现均分布于细胞质中。α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构元件,以丝氨酸和苏氨酸蛋白磷酸化为主。启动子区最多的顺式作用元件为光响应元件,其次为茉莉酸甲酯反应元件。系统发育将其分为三大亚类,其中亲缘关系最近的为白菜的Bol034305与甘蓝型油菜的GSBRNA2T 00140419001。保守结构域长约105个氨基酸,为高度保守motif。研究结果表明芸薹属AC亚基因组中的P5CR为高度保守蛋白,可能涉及多个响应元件的调节。

油菜P5CR基因克隆及其多态性分析

P5CR(pyrroline-5-carboxylate reductase,吡咯林-5-羧酸还原酶)是真核生物中存在的一种重要管家蛋白,脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸和谷氨酸的中间代谢产物P5C(Δ1-pyrroline-5-carboxylate,吡咯啉-5-羧酸)在细胞质中被P5CR还原成为脯氨酸,生物在受到逆境胁迫时脯氨酸大量积累,油菜菌核病严重影响了油菜(Brassica napus L.)的产量和品质。本研究通过对油菜P5CR基因的多态性研究,探索该基因与菌核病抗性之间的关系。利用对油菜菌核病高抗和高感的14份极端材料,克隆在油菜A10和C09染色体的同源基因上的P5CR基因,分别记为A10-BnaP5CR和C09-BnaP5CR,分析P5CR基因多态性与抗病关联性。结果显示,A10-BnaP5CR和C09-BnaP5CR基因具有P5CR保守结构域。A10-BnaP5CR基因上的多态性位点与菌核病抗性关联性不强,C09-BnaP5CR基因的多态性位点可能与菌核病抗性关联。C09-BnaP5CR基因内一段序列为A10-BnaP5CR片段插入,引起前者ORF改变,可能是导致C09-BnaP5CR基因失活,抗病性丧失。研究推测C09-BnaP5CR基因可能与油菜对菌核病抗性相关。

植物脯氨酸及其合成酶系研究进展

脯氨酸在植物渗透调节中起着举足轻重的作用,本文就植物在胁迫逆境条件下脯氨酸的自然分布、合成、积累过程及合成酶分子生物学研究现状进行综述,并对已在GenBank中登录的脯氨酸基因家族成员进行了汇集整理。

水杨酸对干旱胁迫下凤仙花生长、生理特性及相关基因表达的影响

为探讨凤仙花对干旱胁迫的应答机制及水杨酸(SA)对凤仙花抗旱性的影响,以凤仙花幼苗为试材,研究外源SA不同浓度水平(0、1、2 mmol/L,分别记为SA0、SA1、SA2)对不同基质含水率(95%、75%、55%,分别记为WW95、WW75、WW55)下凤仙花幼苗生长发育、叶绿素含量、抗氧化酶活性、渗透调节物质及相关合成基因的影响。结果表明,随着干旱程度加剧,凤仙花植株地上部、根系生长参数及光合色素含量随之受到显著影响,在此基础上外源施用SA减轻了干旱胁迫带来的不利影响,并增加了植株水分利用及水势,且SA2处理整体优于SA1处理。与WW95处理相比,干旱胁迫处理(WW75、WW55)提高了植株丙二醛(MDA)、H_(2)O_(2)含量及CAT、SOD、APX活性,而SA施用处理(SA1、SA2)条件下脯氨酸含量呈相反趋势。此外,轻度和中度干旱(75%、55%)下,与SA0处理相比,SA2处理的P5CS基因相对表达量分别显著提高91.51%、4.58%,P5CR基因则分别显著上调47.65%、54.87%。综上,干旱胁迫下外源施用2 mmol/L水杨酸可有效改善凤仙花的生长发育,保护光合色素,提高抗氧化酶活性,上调P5CS、P5CR基因表达及促进脯氨酸合成,从而降低干旱胁迫导致的脂质过氧化和氧化损伤。

植物吡咯啉-5-羧酸还原酶--潜在的除草作用靶标

吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)是广泛存在于原核和真核生物中的一种重要的看家蛋白,其主要功能是催化脯氨酸生物合成中由吡咯啉-5-羧酸(P5C)转化为脯氨酸的反应。简要介绍了P5CR在植物脯氨酸合成过程中的作用,酶的提取与纯化,并综述了以此酶为靶标的各种抑制剂。