植物SUS基因家族的系统进化及其在玉米中的干旱诱导表达分析

利用生物信息学方法从50个物种内鉴定出283个蔗糖合酶(SUS)家族成员,对鉴定出的SUS家族成员进行系统发育分析、共线性分析、蛋白理化性质和亚细胞定位分析,以及干旱胁迫下玉米SUS基因在不同组织的表达模式分析,综合全面地分析了SUS基因家族的进化规律。系统发育树分析表明:SUS家族可划分为SUSⅠ、SUSⅡ、SUSⅢ三个亚家族,SUSⅢ内部双子叶植物进化枝明显分为两个拓扑结构相似的进化枝;亚细胞定位结果显示SUS蛋白主要在细胞质和细胞核中发挥作用,且SUSⅢ成员的理化性质与SUSⅠ、Ⅱ之间差异明显;共线性结果表明:SUSⅠ、Ⅱ中的共线性基因分别聚成一个独立的亚群,SUSⅢ的共线性基因聚成两个亚群;RNA-seq数据表明:玉米SUS基因Zm00001d045042、Zm00001d029087、Zm00001d029091、Zm00001d014876在干旱胁迫下呈现差异表达,该表达模式分别与各亚家族的基因结构模式较为一致。综合上述研究,推测出植物SUS基因的进化轨迹,即在蕨类植物到种子植物进化过程中分化出SUSⅢ,在被子植物分化以前出现SUSⅠ和SUSⅡ,且SUSⅢ在双子叶植物中具有继续分化的趋势。

萝卜全基因组SUS基因家族成员的鉴定与分析

利用生物信息学方法,对萝卜全基因组SUS基因家族成员进行鉴定与表达分析,结果表明:1)从萝卜基因组中鉴定出7个SUS基因家族成员,且每个家族成员均包含3个保守基序,外显子数量为11~14个。2)根据进化树聚类结果,7个SUS基因家族成员可分为3大类,即SUSⅠ、SUSⅡ和SUSⅢ,它们分别包含2个、2个和3个SUS基因家族成员。3)这7个SUS基因家族成员分布在4条染色体上,7号染色体上分布有3个SUS基因家族成员,9号染色体上分布有2个SUS基因家族成员,3号和4号染色体分别有1个SUS基因家族成员。4)萝卜SUS基因家族成员启动子包括参与激素响应、参与环境响应和抗性、参与厌氧诱导及分生组织表达的顺式作用元件。5)RsSUS1基因的2个拷贝(即Rsa10035816和Rsa10021071)在萝卜不同组织和不同发育时期的表达量均较高。以上研究为萝卜SUS基因家族成员的生物学功能分析提供了基础。

玉竹蔗糖合成酶(SUS)基因家族的鉴定、表达分析及PoSUS1基因的克隆

多糖是玉竹的质量标志物,在免疫调节、抗肿瘤等方面具有显著的药理作用。作为多糖合成的关键酶之一,蔗糖合成酶(sucrose synthase,SUS)一直是揭示植物多糖合成的重要研究内容。基于转录组序列信息,本研究利用生物信息学手段对玉竹SUS基因家族及其成员进行鉴定,并利用荧光定量PCR(qPCR)对其成员表达模式进行分析。结果表明:玉竹转录组共获得8个具有ORF序列的PoSUS基因家族成员,其编码蛋白质含有111~310个氨基酸,分子量为12.81~35.43 kDa,其理论等电点为5.83~9.18。系统进化树分析表明,8个PoSUS基因家族成员可分为3个亚家族,其中第Ⅲ亚家族基因成员数目最多。亚细胞定位预测显示大多数PoSUS蛋白定位在叶绿体。基因表达模式分析表明,PoSUS1和PoSUS6基因在多糖积累的根茎组织中表达量最高,且高多糖种质HN1中PoSUS1和PoSUS2表达量显著高于低多糖种质AH2。此外,本研究还从种质HN1和AH2克隆得到PoSUS1基因CDS序列,其编码蛋白在2份种质间存在3处氨基酸差异,且这些差异位于PoSUS1蔗糖合成酶结构域。本研究结果为深入研究玉竹SUS基因功能奠定基础,也为玉竹药用品质形成分子机制研究提供理论依据。

基于羊草种子转录组中PGM及SUS基因家族鉴定与分析

羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.)是多年生优质饲草,具有适口性好、产量高、饲用价值高等特点。此外,由于羊草具有较强的抗性,因而能够改善土地贫瘠等劣势环境,是保护中国草地生态的重要建群种。为促进羊草种子萌发,探究萌发机理,本研究以无菌水处理羊草种子为对照,外源添加GA3为处理条件,基于前期转录组数据分析,确定了蔗糖和淀粉代谢通路中的PGM及SUS基因在种子萌发过程中有着显著作用。采用生物信息学的分析方法分别分析了两个基因家族的成员鉴定、保守结构域以及进化树,并结合FPKM值对PGM及SUS基因进行表达模式分析。结果表明:基于羊草种子转录组数据筛选出PGM及SUS基因家族的成员均为7个,PGM基因的分子量大小在15471.3~67912.9 Da,等电点数值大小在4.45~6.31,呈弱酸性。羊草种子中PGM家族均为亲水稳定蛋白。而SUS基因的分子量大小在30421.5~110262.9 kD,等电点除LcSUS1、LcSUS5、LcSUS7偏中性外,而其余的4个基因则偏弱酸性。LcSUS4、LcSUS6为稳定亲水蛋白,其余的为不稳定亲水蛋白。羊草种子中PGM及SUS基因家族在蔗糖和淀粉代谢通路中起到促进蔗糖和淀粉合成的基因酶作用。对羊草种子表达模式分析发现,GA3处理羊草种子PGM及SUS基因家族的基因通过不同表达量的正负调控蔗糖和淀粉通路来共同作用促进羊草种子萌发。

玉米蔗糖合成酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】蔗糖合成酶(SUS)是植物进行蔗糖代谢的关键酶之一,控制着植物体内糖分的合成和运输,在植物的生长发育和代谢活动中具有重要作用。【方法】本研究利用玉米基因组数据库平台,以生物信息学手段对玉米SUS基因家族进行成员鉴定和分析。【结果】①玉米SUS家族共有5个成员,它们分别分布在第1.4.9号染色体上。氨基酸大小为802~849 aa,除ZmSUS5为弱碱性以外,其余均表现为弱酸性。②基因二级结构分析显示,该家族蛋白主要结构为a-螺旋,大部分为不稳定蛋白,且具有弱疏水性。③亚细胞定位预测结果显示,ZmSUS蛋白均定位在叶绿体。④进化分析显示ZmSUS可分为3个亚家族(SUSⅠ~SUSⅢ),且位于同一组的成员其氨基酸序列一致性以及内含子/外显子分布模式相似度都很高。⑤基因启动子分析分析显示ZmSUS家族蛋白在玉米的生长发育以及逆境胁迫方面都起着重要的作用。⑥组织表达特异性分析发现,ZmSUS1和ZmSUS2在胚和胚乳中大量表达;ZmSUS5在所有被检测的组织中表达量很低;ZmSUS3及ZmSUS4在被检测的组织中均有较高的表达量。【结论】这些结果表明ZmSUS1和ZmSUS2可能参与了种子的发育过程,ZmSUS3、ZmSUS4可能参与玉米生长发育的多个阶段。本研究为后续对玉米SUS家族基因的功能研究以及对蔗糖代谢调控的应用提供了理论参考。

辣椒属蔗糖合酶基因家族的鉴定及表达

蔗糖合酶(sucrose synthase,SUS)是植物蔗糖代谢关键酶之一,在植物生长发育和抵御逆境胁迫中具有重要的作用。辣椒基因组的公布为挖掘和鉴定SUS提供了机遇。本研究基于已经公布的5个辣椒基因组数据信息,利用信息生物学方法对辣椒蔗糖合酶基因家族成员进行鉴定,分析其染色体定位、系统进化关系及表达模式。结果表明:5个辣椒基因组共编码25个SUS蛋白,每个辣椒种均编码5个成员;编码氨基酸长度在787~972 aa之间,等电点范围位于5.85~8.26之间,分子量大小为87.96~110.27kD;染色体定位发现一年生栽培辣椒5个SUS基因(Capanasus1~Capanasus5)分布于4条染色体上,其中Capanasus3和Capanasus5基因位于三号染色体;系统进化树将SUS基因分为3个不同的区组(SUSⅠ~SUSⅢ),这与模式植物拟南芥分类相一致;通过RNA-seq分析发现,2个SUS基因(Capanasus1和Capanasus2)在花、果皮和种子发育中高度表达,而在叶片中表达量很低,剩下3个基因(Capanasus3,Capanasus4和Capanasus5)在所有组织(花,叶,果皮和种子)发育中表达量较低,甚至不表达。进一步研究发现3个SUS基因(Capanasus1,Capanasus2和Capanasus3)受到多种激素(ABA,GA,IAA和JA)的诱导,而剩下的Capanasus4和Capanasus5基因几乎没有变化;此外,在逆境处理条件下,辣椒SUS基因(Capanasus1,Capanasus2和Capanasus3)呈现显著的差异表达,而Capanasus4和Capanasus5基因的表达量没有显著变化。这些结果为进一步深入研究辣椒SUS基因的功能提供了理论依据。