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。

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。

PYR/PYL/RCAR蛋白介导植物ABA的信号转导

脱落酸(ABA)在各个植物生长发育阶段以及植物对生物与非生物胁迫的响应过程中都发挥着重要的作用。最近研究表明,在ABA信号转导途径中有3种核心组份:ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白、负调控因子2C类蛋白磷酸酶(PP2C)和正调控因子SNF1相关的蛋白激酶2(SnRK2),它们共同组成了一个双重负调控系统——PYR/PYL/RCAR—|PP2C—|SnRK2来调控ABA信号转导及其下游反应,且3种核心组份在植物体内的结合方式受时空和生化等因素的影响,通过特定组合形成的ABA信号转导复合体介导特定的ABA信号反应。文章就PYR/PYL/RCAR蛋白介导的植物ABA信号识别与转导途径的分子基础及其调控机制,以及PYR/PYL/RCAR—PP2C—SnRK2参与的ABA信号调控网络等研究进展做一概述,并对该领域今后的研究进行了展望。

葡萄PYL基因家族的鉴定与表达分析

【目的】通过分析葡萄(Vitis vinifera L.)PYL基因在非生物胁迫条件下的响应情况,丰富PYR/PYL/RCAR(Pyrabactin Resistance/Pyr1-Like/Regulatory Components of ABA Receptor)在ABA信号和启动信号转导中的功能。【方法】利用生物信息学方法,筛选葡萄中的PYL基因,并对其进行生物信息学及非生物胁迫下的响应分析。【结果】从葡萄基因组中共鉴定出6个PYL基因,Vv PYL家族无染色体偏好性,Vv PYL5无内含子结构;除Vv PYL4外均富含酸性氨基酸,该家族成员主要定位于细胞质中,并有多个保守位点。10%(ω)PEG和100μmol·L^(-1)ABA处理6 h后,Vv PYL1和Vv PYL2表达水平与对照相比差异显著,分别为对照的1.3~1.8倍。50μmol·L^(-1)ABA处理6 h后,Vv PYL1表达水平与对照差异显著,为对照的1.5倍;400 mmol·L^(-1)Na Cl、10%PEG、50μmol·L^(-1)ABA和100μmol·L^(-1)ABA处理24 h后,Vv PYL1和Vv PYL2的表达水平显著高于对照,为对照的1.2~2.2倍,400 mmol·L^(-1)Na Cl处理24 h后,Vv PYL6的表达水平显著高于对照,为对照的1.6倍。【结论】克隆得到葡萄的6个PYL基因,高度保守,分为3个亚组;能够响应不同非生物胁迫。本研究为葡萄PYL基因在逆境应答中的功能研究提供了基础。

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。

烟草脱落酸受体基因NtPYR1和NtPYL9的克隆及表达模式分析

为揭示烟草脱落酸(ABA)受体基因NtPYR1和NtPYL9的生物学功能,以拟南芥PYR1和PYL9基因为探针,在NCBI中通过同源比对查找普通烟草表达序列标签(Expressed sequence tag,EST)序列,将EST序列进行拼接并设计特异性引物,从普通烟草红花大金元c DNA文库中克隆出NtPYR1和NtPYL9基因,其开放阅读框长分别为678 bp和564 bp,分别编码225个和187个氨基酸。NtPYR1和NtPYL9蛋白都具有一个保守的疏水性结构域,同属于PYR/PYL/RCAR ABA受体基因家族,NtPYR1和NtPYL9与番茄同源蛋白的相似性分别达到79.10%和95.24%。遗传聚类分析结果显示:NtPYR1和NtPYL9与番茄和马铃薯同源基因的遗传进化距离最近,说明PYR1和PYL9在茄科植物中较为保守。定量PCR对烟草不同组织表达模式分析表明,NtPYR1和NtPYL9在烟草不同组织中均有表达,分别在子叶和须根中的表达量最高。NtPYR1和NtPYL9表达均受ABA抑制,同时受H2O2诱导,说明两基因可能参与烟草的抗逆生理过程。

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。

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。

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。

植物脱落酸受体PYR/PYL/RCAR的研究进展

脱落酸(Abscisic acid,ABA)是一种重要的植物抗胁迫激素,其受体的筛选和鉴定为植物中ABA信号转导通路的阐明奠定了重要基础。目前发现了几种ABA受体,大多数都受到质疑,但PYR/PYL/RCAR被普遍认为是真正的ABA受体蛋白。简略介绍了发现PYR/PYL/RCAR之前ABA受体的研究概况,重点介绍了目前国内外对于PYR/PYL/RCAR蛋白的研究进展。

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。

小麦ABA受体基因TaPYL9的克隆和表达分析

为了了解小麦ABA受体基因TaPYL9(Pyrabactin resistance like 9)在非生物胁迫下的功能,通过同源克隆法获得小麦TaPYL9基因,对其进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测该基因在ABA、NaCl和PEG处理下的表达情况。结果表明,TaPYL9 cDNA全长1173 bp,开放阅读框618 bp,编码1个包含205个氨基酸残基的不稳定的亲水蛋白,该蛋白以α-螺旋为主,含有1个由2个α-螺旋和7个β-折叠组成的PYL螺旋手柄结构;TaPYL9蛋白与山羊草AsPYL9-like蛋白亲缘关系最近,与拟南芥AtPYL9蛋白属于同一亚族;TaPYL9蛋白和AsPYL9-like蛋白保守基序相同,与拟南芥13个PYL中的AtPYL9蛋白的保守基序相似性最高;TaPYL9在ABA、NaCl和PEG处理下总体上表达量上升。综上,TaPYL9为小麦ABA受体蛋白,对ABA敏感,可能参与小麦高盐和干旱胁迫应答的调控。

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。

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。

植物脱落酸PYR/PYL/RCAR受体

脱落酸(abscisic acid,ABA)对植物生长发育、生物与非生物胁迫的应答具有重要作用。近年研究发现ABA在植物体中引起的信号通路源于其受体的参与,以ABA受体及ABA信号通路为基础的研究成为新的研究热点。本文简略介绍了ABA受体的研究进展概况,重点介绍细胞内ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白对ABA信号感知和下游转导的研究进展,最后总结了PYR/PYL/RCAR介导的ABA信号通路。

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。

植物激素脱落酸受体及其信号转导途径研究进展

脱落酸是广泛存在于植物体的多功能激素,通过与体内受体及随后的复杂信号网络互作进而调节植物生长发育、抵御环境胁迫。脱落酸受体的筛选和鉴定一直备受关注,并已取得较大突破,其信号转导机制也再次成为人们研究的热点。对脱落酸受体的鉴定以及介导的信号转导途径方面最新进展进行了综述并展望,以期对相关研究领域提供参考。

植物激素脱落酸信号转导研究进展

植物激素脱落酸(ABA)是一种类异戊二烯,其合成和代谢过程都是在环境因素的严格控制之下完成的。ABA不仅在植物适应环境改变中发挥了核心作用,而且也调节植物生长发育的各个阶段,例如种子的休眠和幼苗发育的早期。近年来,在鉴定ABA信号转导通路方面的研究取得了重大的进展,尤其是在鉴定ABA受体和ABA信号感知传导的分子生化机制方面取得了众多的突破性进展。介绍了ABA受体鉴定以及ABA信号转导的最新研究进展。

植物激素——脱落酸(ABA)的细胞信号转导机制

植物激素脱落酸(ABA)参与从种子萌发到植物开花、结果和衰老等多个生长发育过程。研究ABA细胞信号转导的分子机制对进一步阐明其功能具有重要的意义。通过介绍FCA(Flowering Control Locus A)、Mg离子螯合酶H亚基(ABAR/CHLH)、G蛋白偶联受体(GCR2)、GTG1/GTG2(GPCR-type G-Proteins1/2)和PYR1/PYL/RCAR在ABA信号传导途径中的作用模式,阐述了其能够接受ABA信号并激活相关下游组分,从而完成其生理功能。