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。

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。

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。

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。

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。