普通丝瓜PYL基因家族鉴定及其在果实发育中的表达分析

【目的】探究普通丝瓜PYL基因在ABA处理下的表达模式,以期为深入研究其基因功能提供参考依据,也为分子抗性育种以及提高普通丝瓜品质和产量提供新思路。【方法】用生物信息学方法,对普通丝瓜PYL基因家族进行全基因组鉴定,染色体定位,以及基因结构、基因共线性、选择压力、进化亲缘关系和顺式作用元件分析,并通过qRT-PCR验证在不同浓度ABA下基因特征表达。【结果】在普通丝瓜全基因组中鉴定到11个LcPYL基因,CDS长度576~966 bp,编码蛋白均具有典型PYR_PYL_RCAR_like结构;共线性分析发现7对片段复制基因对,普通丝瓜PYL基因启动子含多个与植物激素相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;普通丝瓜果实在不同浓度外源ABA处理下:2 mg/mL ABA处理LcPYLs表达无显著变化,4 mg/mL ABA处理LcPYL5、LcPYL7、LcPYL11显著上调表达,8 mg/mL ABA处理LcPYL1、LcPYL7开花当天显著表达。【结论】对普通丝瓜PYL家族成员进行了系统的鉴定与分析,明确其分子结构特征和表达模式,其中LcPYL1、LcPYL5、LcPYL7和LcPYL11可能是与内源ABA生物合成密切相关的关键基因。

菊花脑PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

PYL(Pyrabactin resistance 1-like)蛋白作为脱落酸信号转导的核心组件,在植物生长发育和逆境胁迫响应中起到重要作用。为探究菊花脑PYL家族的功能,利用生物信息学方法鉴定菊花脑(Chrysanthemum nankingense)PYL基因家族成员,并利用RNA-Seq数据分析CnPYLs在不同组织中的表达情况。结果表明:CnPYL家族包括11个成员,分为3个亚家族,同一个亚家族的各成员蛋白结构域和基因结构高度保守,其中亚家族I基因含有2个内含子,其他2个亚家族基因没有内含子;CnPYL家族基因启动子区域顺式作用元件主要包括逆境胁迫响应元件、植物生长发育相关元件、光响应元件和激素响应元件。同时,RNA-Seq数据分析表明,PYL基因在菊花脑中的表达具有组织特异性,除CnPYL2基因在根中的表达量较低外,其他CnPYLs基因在菊花脑各组织中的表达都很高。这说明PYL作为ABA受体成员,参与了ABA调控的菊花脑各组织的生长发育过程。综上,本研究结果为深入研究CnPYLs基因的功能提供了基础信息。

5种山茶属植物PYL基因密码子偏好性分析

为了更深入地了解PYL基因的遗传和进化特征,本研究针对5种山茶属植物的PYL基因密码子使用模式进行分析。基于公布的浙江红山茶、狭叶油茶、‘云抗10号’、野生大树茶、‘铁观音’基因组数据共鉴定出55个PYL基因。系统发育结果显示,PYL基因可分为4类。共线性分析表明,PYL基因在进化过程中受到的选择压力较小,主要受到纯化选择的作用。密码子偏好指数和同义密码子使用偏差分析,59个同义密码子的使用存在显著差异。PYL基因偏好使用GCC、ATC、CTC、ACC、GTC等以G/C结尾编码疏水性氨基酸的密码子。通过ENC plot、PR2-plot、GC3-GC12分析表明,自然选择在PYL基因进化中发挥了重要作用。在异源表达时,PYL基因密码子使用频率相似性高的受体为最佳受体。本研究揭示PYL基因在山茶属植物中的密码子使用特点和进化关系,为深入理解其功能及适应性机制提供了参考依据。

枇杷PYL基因家族鉴定及表达分析

脱落酸(ABA)是调节植物生长发育与非生物胁迫的重要激素之一,ABA受体Pyrabactin Resistance 1(PYR)-like(PYL)于信号通路的顶端发挥核心调控作用,但枇杷Eriobotrya japonica的PYL基因家族尚未鉴定。本研究通过生物信息学分析鉴定出枇杷12个PYL基因家族成员,枇杷PYL蛋白分子量为10.47~29.12 kDa,且主要定位于细胞质。枇杷PYL基因家族成员分布在8条染色体上,进化树分析显示PYL基因家族包含三个亚家族,且枇杷EjPYL1与拟南芥AtPYL13亲缘关系较近。枇杷PYL蛋白含有1~6个motif,其中motif3为家族成员共有。枇杷PYL基因家族成员在物种内存在共线性,与拟南芥的物种间共线性有2对。顺式作用元件分析发现枇杷PYL基因启动子含有低温、干旱、光以及激素响应元件。枇杷幼果转录组分析表明,果肉和种子中EjPYL6和EjPYL8基因受低温诱导上调表达。该研究结果将为枇杷ABA信号转导途径的解析和抗冻新品种培育提供理论依据。

番茄脱落酸受体PYL基因家族全基因组鉴定及表达分析

脱落酸受体家族包含许多功能基因,其中PYR/PYL/RCARs(PYL)在植物生长发育和防御反应等方面发挥重要生物学功能。PYL基因表达可参与ABA通路调节,对非生物胁迫作出响应。PYL基因家族成员在其他植物中已被鉴定和研究,但在番茄中研究较少。研究首次在番茄中鉴定出20个PYL基因家族成员,分别命名为SlPYL1~SlPYL20。利用生物信息学方法,分析其理化性质、基因结构、系统发育关系、染色体定位、共线性关系和顺式作用元件等,通过顺式作用元件分析发现其含有胁迫响应元件、光响应相关元件和植物生长发育相关元件,预示PYL基因家族功能多样性。转录组数据分析表明,干旱和高温处理前后SlPYL基因表达模式不同,q RTPCR分析发现6个SlPYLs基因全部响应干旱和外源ABA处理,部分响应冷胁迫和盐胁迫。研究为提高番茄逆境抵抗能力研究提供新的候选基因。

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

作为关键信号分子,脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程,PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件,在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs(PYR/PYL/RCARs)基因在马铃薯中的进化以及表达模式,本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因,并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明,17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上,其氨基酸大小在163~231 aa之间,等电点在4.5~8.6之间,相对分子量在18.71~25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征,StPYL家族成员共分为3个亚组,motif 1存在于本家族所有基因中,说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明,StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性,且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外,其余基因存在功能分化,不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPYLs基因在马铃薯中的功能奠定了理论基础。

葡萄CYP707A基因家族的鉴定及对果实成熟的功能验证

【目的】CYP707A是细胞色素P450家族的亚家族成员,所编码的ABA8'-羟化酶是ABA分解代谢的关键酶,对植物生长发育起着重要作用。鉴定葡萄CYP707A基因家族,可为进一步研究葡萄果实成熟机理和生物育种技术提供理论依据。【方法】利用生物学信息方法分析葡萄中CYP707A家族基因的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性、系统进化关系及启动子区顺式作用元件等,并利用RT-q PCR分析VvCYP707A基因在葡萄不同品种(早熟和中熟)的时空表达模式、组织表达模式以及对外源ABA处理的响应模式,并利用果实瞬时表达技术对Vitvi07g01751进行功能验证。【结果】葡萄基因组鉴定出5个VvCYP707As基因,分布于5条染色体,其中Vitvi02g01269、Vitvi07g01751和Vitvi18g00792为片段复制基因。CYP707A基因家族高度保守,其中,基因结构和蛋白基序相似,亚细胞定位均位于内质网;VvCYP707A启动子区域富含与生长发育和激素响应相关的顺式作用元件,均含有ABA激素响应元件;通过RT-qPCR检测基因的表达模式发现,VvCYP707A基因具有时空特异性和组织特异性,主要在果实的幼果期与膨大期和茎、叶组织中高表达,其中Vitvi07g01751基因在早熟品种‘甬早红’膨大期果实中特异性高表达,且在两个品种间的表达模式一致,随着果实的成熟其表达先升高后降低。外源ABA处理下VvCYP707A分为两种表达模式,在浆果肉中外源ABA可诱导5个VvCYP707A基因高表达,在浆果皮中会显著抑制VvCYP707A基因的表达;在葡萄果实中瞬时表达Vitvi07g01751,葡萄的糖度积累缓慢,显著增加编码ABA的受体VvPYL4基因表达量,推测了Vitvi07g01751介导ABA调控葡萄果实成熟的机制。【结论】研究结果揭示了葡萄Vitvi07g01751在果实成熟中起着重要作用。

蒺藜苜蓿PYL基因家族的全基因组鉴定、表达和功能分析

脱落酸(ABA)是一种内源性激素,在调节植物的生长发育、非生物胁迫和生物胁迫反应方面发挥着重要作用。Pyrabactin resistance 1-like(PYR/PYL)蛋白在ABA信号传导途径中起核心调控作用。然而,在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)中并没有关于这个家族的细节。本研究根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的14个PYL基因,利用BLAST方法鉴定蒺藜苜蓿基因组中的PYL家族成员。结果表明,鉴定得到14个蒺藜苜蓿PYL基因家族成员,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域。预测启动子中的顺式元件发现所有蒺藜苜蓿PYL基因家族成员均含有与胁迫以及激素相关的元件。基因本体论(GO)富集分析与KEGG通路分析显示其主要参与到脱落酸信号通路及对外界刺激的反应。基因表达模式分析显示,其在逆境胁迫下表现出特定的表达模式。本研究为进一步研究蒺藜苜蓿PYL基因奠定了基础。

野生二粒小麦PYL基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达特性分析

脱落酸(ABA)是一类重要的植物内源激素,在调控植物生长发育和胁迫响应等方面发挥着关键作用。基因作为ABA的受体,在ABA信号转导过程中发挥着重要作用。为深入发掘野生二粒小麦PYL基因,本研究利用生物信息学对野生二粒小麦的PYL家族进行全基因组鉴定与分析。结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到24个PYL基因(TdPYLs),分布在1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、7A和7B染色体上,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域;系统进化分析发现,24个TdPYL基因可分为3个亚家族,同一亚家族成员间具有相似的基因结构和保守结构域;对这些PYL基因的启动子顺式元件进行预测,发现它们含有大量与逆境胁迫、光调节和ABA响应相关的元件;基于RNA-seq数据的表达特性分析发现,它们在不同组织中以及逆境胁迫下表达差异明显,并鉴定到多个与组织特异性以及胁迫响应相关的PYL基因;进一步对PYL基因的单倍型组成进行分析,发现在野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦中PYL基因的遗传变异和单倍型组成具有明显的差异,发生了显著的遗传分化。本研究为深入揭示野生二粒小麦PYL基因的调控功能及其进化机制研究提供了有益信息。

油棕脱落酸受体PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】鉴定油棕(Elaeis guineensis)脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCARs(PYL)基因家族成员,分析其表达特性,为探究ABA信号通路在油棕果肉成熟过程中的功能研究提供理论依据。【方法】以拟南芥和水稻的PYL蛋白氨基酸序列作为参考序列,通过BLASTp比对及保守结构域预测分析从油棕基因组中鉴定出PYL基因家族成员,利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、启动子顺式作用元件及编码蛋白的理化性质、保守结构域、进化关系进行分析,并采用实时荧光定量PCR对PYL家族基因在不同组织、不同发育期果实及外源ABA处理下的表达特性进行检测。【结果】从油棕基因组中共鉴定出12个油棕PYL基因家族成员(EgPYL1~EgPYL112),分布在8条染色体和1个Scaffolds上,含有1~3个外显子,开放阅读框(ORF)为564~765 bp,编码187~254个氨基酸,蛋白分子量为20.95~28.33 kD,等电点(pI)为5.26~7.95,不稳定指数为32.67~52.87,脂溶指数为73.87~87.60,总平均亲水性为-0.68~-0.17。12个PYL家族蛋白均含有特征结构域PYR/PYL/RCAR,分为3个亚族。Eg PYL1和EgPYL6基因具有共线性,EgPYL4、Eg PYL5、EgPYL9和EgPYL11基因具有共线性。EgPYLs基因的启动子上含有大量植物激素响应元件、逆境胁迫响应元件和光响应元件。EgPYLs基因在根、茎尖、叶、花和果肉中均有表达,但表达量差异较明显。EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9基因的表达量随果肉成熟度增加逐渐升高,在23周达峰值。11个Eg PYLs基因均受外源ABA诱导表达。【结论】大多数PYL基因家族成员参与油棕对ABA的响应,且部分成员(如EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9)在油棕果实发育中发挥重要的调控作用。

平榛PYL基因家族全基因组鉴定及果实发育表达分析

【目的】植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物生长发育、种子成熟及非生物胁迫响应中发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR(Pyrabactin Resistance1/PYR1-like/Regulatory Component of ABA Receptor,PYLs)作为ABA直接受体,在ABA信号转导通路中起关键作用。平榛(Corylus heteropylla)是东北地区重要的特色经济林木,其果实发育分子机制研究对于榛子实际生产具有重要意义。【方法】为明确平榛ChPYLs基因家族的进化关系,研究借助生物信息学,以课题组测序组装获得的平榛全基因组数据为基础,从中筛选获得8个ChPYLs基因,且进一步明确了各基因的基因结构及其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守结构域、模体,并以现有高通量转录组数据为基础,明确了各成员在平榛子房及胚珠发育不同时期的表达水平,并采用qRT-PCR对后者进行了验证。【结果】ChPYLs在进化上可分为3大群组,且同一物种不同成员在进化过程中可能由多次复制事件产生;基因家族各成员大多不含内含子,ChPYL4、ChPYL5和ChPYL8则含有1~2个内含子;各成员编码蛋白均含有典型的PYR_PYL_RCAR_like结构域,且ChPYL1、ChPYL7、ChPYL3和ChPYL5还含有1个保守的Bet_v_1结构域;蛋白保守模体分析结果显示,在该基因家族编码蛋白中预测得到10种保守模体,且成员间所含的模体数量存在一定差异,所含的保守模体数量在4~6个,其中所有蛋白均含有Motif 1、Motif 2和Motif 3;基于子房和胚珠不同发育时期转录组数据,结果表明基因家族成员间表达模式存在显著差异,且大部分成员在子房和胚珠发育各时期表达水平较低;在子房发育不同时期,ChPYL4和ChPYL8在不同时期均高表达,后者表达水平更高;在胚珠发育不同时期,只有ChPYL4、ChPYL6和ChPYL8有表达,且只有ChPYL8在4个时期均高表达,且呈现双峰表达模式;结合qRT-PCR结果分析发现,ChPYL4在OV1时期表达量最高,其他3个时期均低表达;ChPYL8表达呈现双峰模式,即OV2和OV4时期表达量更高。该结果与转录组数据分析结果较为一致,也进一步证明转录组数据具有较高可靠性。【结论】结果表明ChPYL4和ChPYL8在子房、胚珠发育不同时期具有表达模式特异性,故推测该ChPYL4和ChPYL8可能是研究果实发育调控的重要候选基因;该研究将为后续ChPYLs参与榛子果实发育调控功能的深入挖掘提供重要理论基础。

木薯PYL13基因克隆及表达分析

【目的】解析木薯脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCARs家族基因(MePYL13)在木薯块根采后生理性变质(PPD)过程中的功能作用,为后续探索ABA信号通路在木薯PPD中的功能及作物抗逆育种打下基础。【方法】从木薯品种SC8中克隆MePYL13基因,应用生物信息学分析方法对其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、保守结构域及二、三级结构等进行预测,对基因上游启动子进行元件分析,通过亚细胞定位观察MePYL13蛋白在植物细胞中的定位情况,并利用实时荧光定量PCR检测MePYL13基因在木薯PPD过程中的相对表达量。【结果】克隆获得的MePYL13基因编码区(CDS)长度663 bp,编码220个氨基酸,蛋白分子量23.957 kD,理论等电点(Ip)为6.74。MePYL13蛋白与巴西橡胶树(XP021654464.1)PYL家族蛋白的氨基酸序列同源性最高,为91.55%,表明MePYL13蛋白氨基酸序列具有高度保守性。从MePYL13基因启动子鉴定获得与非生物胁迫逆境相关的响应元件,包括厌氧诱导元件(ARE,AAACCA)、光响应元件(ATCT-motif,AATCTAATCC)、干旱MYB元件(MBS,TAACTG)及ABA应答元件(ABRE,AAACAGA)和分生组织表达相关元件(CAT-box,GCCACT)等;MePYL13蛋白在木薯细胞的细胞核和细胞质上均有表达。随着PPD进程的推移,MePYL13基因相对表达量整体上呈上升趋势,至PPD后期(48 h)其相对表达量是0 h时(PPD前)的16倍,即MePYL13基因受木薯块根PPD的显著诱导。【结论】MePYL13基因是PYR/PYL/RCARs家族成员,可能在木薯块根PPD过程中发挥正向调控作用,为培育木薯PPD改良品种提供了潜在基因资源。

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸(ABA)作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶(SnRK2)是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉(Sclerospora graminicola)中的调控作用,为谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染的互作研究提供参考。【方法】通过对禾生指梗霉侵染的晋谷21号谷子进行转录组测序和脱落酸含量测定,基于谷子全基因组对脱落酸信号转导通路上的PYL和SnRK2家族基因进行鉴定、分析,利用测定的转录组构建加权基因共表达网络(WGCNA),并与禾生指梗霉侵染引起的寄主内源脱落酸含量进行关联,预测脱落酸及其下游信号转导基因PYL和SnRK2在谷子与禾生指梗霉互作调控中的关键核心基因;利用qRT-PCR技术对候选基因进行验证。【结果】谷子中存在禾本科中较为保守的PYL和SnRK2家族基因各11个,且在PYL和SnRK2家族基因的启动子上均预测到脱落酸响应元件。在禾生指梗霉侵染后,寄主内源脱落酸在第一、第二时期大量积累,含量显著高于对照组,分别为22.50和18.08 ng·mL^-1,而在第三、第四和第五时期脱落酸含量下降,低于对照组。在基因共表达网络分析中,利用18535个基因共构建了34个基因共表达模块。通过对脱落酸含量和PYL、SnRK2家族基因的关联分析,预测到MEpaleturquoise和MEbrown模块为核心候选模块。利用GO功能富集和模块关键基因的挖掘共预测到1个PYL家族基因Seita.1G030500和2个SnRK2家族基因Seita.2G394500、Seita.3G03200,以及3个核心基因Seita.4G105600、Seita.6G218100和Seita.9G138400,共6个基因可能在脱落酸及其信号转导调控过程中参与谷子与禾生指梗霉的互作。对预测到的3个核心基因在水稻和拟南芥数据中进行比对,鉴定到Seita.4G105600为转导蛋白/WD40重复超家族蛋白、Seita.6G218100为WRKY57转录因子、Seita.9G138400为TIFY转录因子。qRT-PCR分析表明Seita.2G394500、Seita.4G105600和Seita.6G218100基因在谷子白发病早期表达均上调。【结论】谷子在受到禾生指梗霉侵染后脱落酸会在体内大量积累,预测到1个PYL家族基因、2个SnRK2家族基因、2个转录因子基因和1个WD40家族蛋白基因参与谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程。qRT-PCR结果表明1个SnRK2家族基因、1个WD40家族蛋白基因和1个WRKY57转录因子基因共3个基因可能在谷子脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程中发挥重要作用。

木薯MePYL8基因克隆及表达分析

脱落酸介导的核心信号通路在植物应答非生物胁迫的过程中具有重要功能,而PYL蛋白是该信号通路中ABA的受体,因此研究PYL家族基因有助于完善对该信号通路的理解。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个PYL家族基因,命名为MePYL8,该基因的开放阅读框全长为579 bp,编码193个氨基酸。对其进行序列比对表明MePYL8与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高,进化树分析显示MePYL8与拟南芥PYL8/RCAR3的亲缘关系最近。此外,利用荧光定量PCR对MePYL8进行多种处理下的表达分析,结果显示:MePYL8在转录水平受到ABA、高盐胁迫和干旱胁迫的诱导作用,同时受到氧化胁迫的抑制作用,表明MePYL8在多种非生物胁迫下的信号转导通路中可能具有重要的功能。本研究为后续深入研究该基因的功能和分子调控机制提供理论依据,为作物抗逆育种提供潜在的资源。

谷子PYR/PYL/RCAR基因家族进化及表达分析

脱落酸(abscisic acid,ABA)是植物五大激素之一,在植物的生长发育及逆境胁迫中发挥重要的作用。PYR/PYL/RCAR(pyrabactin resistance/pyr1-like/regulatory components of ABA receptor)为ABA的受体蛋白,是ABA信号传导网络中的核心组分。谷子为重要的旱作模式植物,为了解谷子PYL基因家族的进化情况,本研究采用生物信息学手段,在全基因组范围水平对谷子PYL基因家族进行了分析。利用同源比对的方法,鉴定到9个PYL基因,被分成三大类。谷子与拟南芥、水稻、高粱和玉米PYL基因的系统进化树显示,PYL基因家族在单双子叶植物分歧之后,进行了各自演化,但是在禾本科植物中,该基因家族相对更保守一些,Ks和同源性分析表明谷子的PYL基因大多数在谷子与水稻物种分歧之前就已经存在。谷子9个PYL基因分布于5条染色体上,PYL蛋白多定位于细胞质,大多为酸性亲水性蛋白,组织表达分析显示谷子PYL基因的表达具有明显的组织特异性;启动子分析结果显示,谷子只有两个PYL基因含有抗旱相关元件MBS,且每个基因只包含一个元件。这些结果将会为进一步研究谷子PYL基因的功能及作用机制提供一定的帮助。