‘月月粉’月季PP2C家族基因鉴定及非生物胁迫响应分析

利用生物信息方法从月季‘月月粉’(Rosa chinensis‘Old Blush’)基因组中共鉴定出69个PP2C家族成员,其编码氨基酸的长度在122~1082 aa之间,等电点介于4.03~9.34,大部分蛋白呈亲水性。系统进化树分析将其分为12个亚族,同一亚族内基因结构和保守基序具有较高的相似性。基因片段复制事件是PP2C家族基因扩张的主要原因。启动子顺式作用元件分析表明约85%的月季PP2C含有逆境应答元件、激素应答元件等,推测其在响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用。月季PP2C基因的表达具有组织和发育时期特异性,且部分基因参与干旱和高温胁迫响应过程,其中3个A亚族基因在干旱胁迫中响应明显,1个A亚族基因和2个G亚族基因在高温胁迫中响应明显。通过qRT-PCR分析11个不同亚族PP2C基因在月季失水胁迫和ABA处理下的表达模式,发现6个A亚族基因(RC0G0099200、RC1G0458700、RC1G0569200、RC2G0066800、RC2G0089100和RC5G0571100)和1个G亚族基因(RC3G0083700)的表达量显著升高,表明这些基因可能受ABA诱导并参与植物失水胁迫响应。

葡萄PP2C家族基因的鉴定与表达分析

参考拟南芥(Arabidopsis thaliana)的PP2C基因注册序列,从葡萄(Vitis vinifera)全基因组中鉴定得到PP2C家族基因27个,分为10个亚族A、C^I、K、L。编码氨基酸181~1 084个,理论等电点4.46~8.98。亚细胞定位分析表明,葡萄PP2C基因家族主要在细胞质、叶绿体和细胞核中表达。二级结构主要以α–螺旋和不规则卷曲为主。葡萄PP2C基因芯片表达谱分析发现,该家族成员在葡萄不同组织中响应不同的逆境胁迫。qRT-PCR分析表明,葡萄试管苗在100和50 mmol·L^(-1) ABA、10% NaCl和10%PEG单独处理6 h后VvPP2C02的诱导表达量最高,分别是对照的11倍、8倍、14倍和13倍。

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs(2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A^I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号为Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。

枳PP2C基因家族的鉴定及表达分析

【目的】鉴定枳(Poncirus trifoliata)PP2C基因家族,并分析其在不同组织的表达模式以及对低温、高温和干旱胁迫的响应。【方法】利用生物信息学方法在枳基因组中鉴定PP2C基因家族,分析其理化性质、染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序、基因复制及启动子顺式作用元件等,并采用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)方法检测PtrPP2C基因家族成员在不同非生物胁迫处理下的表达情况。【结果】枳中共鉴定出可聚类为10个亚族的53个PP2C基因,命名为PtrPP2C1~PtrPP2C53,其编码蛋白的氨基酸数介于235~1184 aa之间,分子质量为25.90~127.95 ku;这些基因分布于枳的10条染色体上,均具有保守的PP2C蛋白结构域。PtrPP2Cs启动子上存在大量的植物激素、胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。转录组数据分析结果显示,不同组织中PtrPP2Cs的相对表达量存在明显差异,总体上分为特异性表达和普遍性表达。qRT-PCR结果显示,在低温、高温和干旱胁迫处理条件下的12 h内,与对照相比分别有10、8和9个基因均持续上调表达;其中,PtrPP2C29较明显,其在(4±1)℃低温处理下的相对表达量是对照的56.8倍,在(38.0±0.5)℃高温处理下的相对表达量与对照相比显著上调,是对照的195.1倍,在干旱处理条件下的相对表达量是对照的5.1倍。【结论】从枳基因组中鉴定出53个PP2C基因家族成员,具有明显的组织表达特异性,并参与多种非生物胁迫应答。研究结果为进一步探究枳PP2C基因家族提供了参考。

工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析

目的:2C类蛋白磷酸酶(PP2C)参与植物多种信号转导途径。其通过负调节丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路参与植物多种胁迫响应和代谢产物合成的调控。对工业大麻PP2C(CsPP2Cs)基因家族进行全基因组鉴定及表达分析,以期为研究CsPP2Cs在工业大麻生长发育过程中的生物学功能提供参考。方法:利用MEGA-X构建系统发育树,利用ExPASy、WoLF PSORT、MEME、Batch-CD-Search、PlantCare、TBtools分别对CsPP2Cs蛋白理化性质、亚细胞定位、保守基序、蛋白结构域、CsPP2Cs基因启动子顺式作用元件和与拟南芥PP2Cs(AtPP2Cs)基因的共线性进行预测和分析。通过转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)对CsPP2Cs基因表达进行分析和验证。结果:从工业大麻全基因组中共鉴定出52个具有保守结构域的PP2Cs,基因编码蛋白长度244~1089个氨基酸不等,相对分子质量在26.76~122.53 kDa,亚细胞定位主要分布于细胞核、细胞质和叶绿体。系统进化树将52个CsPP2Cs分为10个亚族和5个未分组成员。共线性分析发现,工业大麻与拟南芥存在7对同源基因。顺式元件预测显示光响应元件和脱落酸元件居多。基因表达热图显示,相同基因在各组织中存在差异表达。对部分基因进行Real-time PCR验证,进一步证实了转录组数据的准确性。同时,可变剪切分析表明部分CsPP2Cs基因在进化过程中存在可变剪切本。结论:从全基因组层面对CsPP2Cs进行了分析和预测,提示CsPP2Cs可能广泛参与工业大麻的多种生物学过程,为进一步研究CsPP2Cs功能奠定了基础。