割手密SnRK2基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫表达分析

【目的】探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因。【方法】以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析。【结果】在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上。SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227~580,分子质量为25683.53~64695.8 kD,等电点为4.62~8.94,且均为亲水性蛋白。系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7~9个为主。SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件。割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性。所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫。【结论】割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据。

三浅裂野牵牛SnRK2基因家族的鉴定和表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶SnRK可分为SnRK1、SnRK2和SnRK3共3个亚族,其中,SnRK2是一类仅存在于植物中的蛋白激酶,已在多种植物中得到了鉴定,其在植物生长发育、胁迫响应和信号转导中发挥了重要作用。为探究三浅裂野牵牛中SnRK2基因家族的成员并推测其功能,利用拟南芥SnRK2蛋白序列,通过生物信息学方法筛选并鉴定ItfSnRK2基因家族成员,对各成员的特征进行分析,采用转录组数据分析ItfSnRK2各成员在不同组织和非生物胁迫下的表达谱。结果发现,三浅裂野牵牛中共有7个ItfSnRK2基因,分别位于6条不同的染色体上,依据染色体排列顺序依次命名为ItfSnRK2.1~ItfSnRK2.7,它们均含有保守的激酶结构域和调节结构域。进化树分析结果显示,ItfSnRK2分为3个亚家族。基因结构分析显示,同一亚家族的成员具有相似的基因结构和保守基序组成。表达谱分析则揭示了ItfSnRK2基因具有组织表达的特异性,ItfSnRK2.2、ItfSnRK2.3、ItfSnRK2.4和ItfSnRK2.5的表达受非生物胁迫诱导,可能与抗性调节有关,以上结果为进一步了解SnRK2基因在甘薯逆境胁迫响应和信号转导中的具体功能提供了重要线索,也为甘薯的抗逆性改良提供了潜在的基因资源。

薄壳山核桃 SnRK2 基因家族鉴定及表达分析

通过生物信息学方法从薄壳山核桃〔Carya illinoinensis(Wangenh.)K.Koch〕全基因组中鉴定出SnRK2基因家族成员,并对该基因家族成员编码蛋白的理化性质及基因的结构、保守基序、共线性关系、顺式作用元件和表达模式进行了分析。结果表明:从薄壳山核桃全基因组中鉴定出13个SnRK2基因,命名为CiSnRK2.1至CiSnRK2.13,编码氨基酸残基数为336~366,理论等电点均小于pI 7,且所有编码蛋白为亲水蛋白。13个CiSnRK2与10个拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕SnRK2的氨基酸序列高度保守,包含相同的结构域,如脱落酸(ABA)诱导调节结构域。13个CiSnRK2分为3组,薄壳山核桃与山核桃(C.cathayensis Sarg.)的SnRK2亲缘关系较近;每组中的CiSnRK2具有相似的保守基序和基因结构。13个CiSnRK2基因存在12对共线关系,Ka/Ks分析结果表明CiSnRK2基因进化过程主要受到正选择。CiSnRK2基因的启动子包含丰富的环境胁迫类及激素类响应元件,其中激素类响应元件以ABA响应元件最多。多数CiSnRK2基因在薄壳山核桃不同组织中有不同程度表达,其中CiSnRK2.5、CiSnRK2.8、CiSnRK2.9和CiSnRK2.12的表达水平较低,CiSnRK2.2、CiSnRK2.3和CiSnRK2.13的表达水平较高。经100μmol·L-1 ABA处理24 h后,除CiSnRK2.2、CiSnRK2.3、CiSnRK2.6外,其余10个基因表达水平均上调。综合分析表明:薄壳山核桃SnRK2基因家族成员具有SnRK2基因家族的基本特征;该基因家族成员在不同组织中的表达特性存在差异,部分CiSnRK2基因的表达呈现组织特异性;ABA处理后部分CiSnRK2基因的表达水平显著上调,由此推断这些基因可能参与薄壳山核桃的ABA诱导响应过程。

小麦SnRK2家族基因鉴定及进化分析

SnRK2是一种植物特异性的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物生长发育和胁迫耐受信号传递过程中发挥着至关重要的作用。为探索SnRK2在小麦抗逆中的作用,基于最新的小麦基因组信息,采用blastp和hmmer两种方法在普通小麦中共鉴定到30个SnRK2基因家族成员。系统发育分析表明,SnRK2基因在普通小麦及其祖先物种的进化过程中高度保守。利用RNA-seq数据分析小麦SnRK2基因在不同组织以及不同胁迫条件下的表达模式,结果表明,小麦SnRK2基因家族成员在不同组织以及不同胁迫条件下表达量均存在差异,且具有显著的组织特异性。通过qRT-PCR进一步验证6个小麦SnRK2基因的表达模式,发现不同基因之间的表达量存在明显差异,推测小麦SnRK2基因家族的部分成员出现功能分化。随后,利用已发表的六倍体小麦重测序数据,分析不同小麦群体中SnRK2基因的核苷酸多样性(P_(i))和分化指数(F_(st)),并解析单倍型,推测Ta-5B-SnRK2.28基因的AA单倍型为优异等位变异。通过同源建模预测小麦SnRK2蛋白的三维结构,发现小麦SnRK2蛋白结构在进化上高度保守。

植物SnRK2基因家族的研究进展

蔗糖非酵解型蛋白激酶2(SnRK2)是一类在植物中普遍存在的蛋白激酶,属于Ser/Thr类蛋白激酶,在多种信号转导中均能发挥作用。为了研究SnRK2蛋白激酶在植物抗逆中的作用,分析了SnRK2基因家族的特点及研究历程,归纳了SnRK2基因在调控植物叶片气孔孔径,响应干旱胁迫、盐胁迫以及响应种子萌发和发育等方面的功能,指出SnRK2基因在多种信号转导中均能发挥作用,可以有效提高植物的抗逆能力。SnRK2基因在种子萌发和发育过程中具有重要意义,本研究为今后SnRK2分子机理研究和植物品种培育提供了参考依据。

三个新的玉米SnRK2基因的鉴定和特征分析

利用比较基因组学的方法从玉米的基因组中鉴定出三个新的SnRK2基因,并对这三个基因的外显子-内含子结构、蛋白基序、遗传进化以及上游顺式调控元件进行了分析,为进一步研究它们在玉米逆境应答中的功能和利用它们进行玉米分子育种奠定了基础。

两个新的黄瓜SnRK2基因的鉴定及特征分析

植物SnRK2基因在非生物逆境应答中具有重要功能,但有关黄瓜SnRK2基因的研究尚缺乏报道。笔者通过对黄瓜基因组的重新挖掘,发现了2个新的SnRK2基因,分别与拟南芥的SnRK2.4和SnRK2.10同源。本试验对2个新的黄瓜SnRK2基因的结构特征及顺式调控元件进行了全面分析,为进一步研究其在黄瓜逆境应答中的功能奠定了基础。

苹果MpSnRK2.4基因的克隆及转化

【目的】从常用苹果砧木楸子中克隆MpSnRK2.4基因,并将其转化番茄(Lycopersicon esculentum)品种Micro-Tom,为研究其功能奠定基础。【方法】以楸子幼叶为材料,通过RT-PCR扩增获得MpSnRK2.4基因的完整开放阅读框序列;利用Gateway技术构建pGWB411-SnRK2.4植物过表达载体,通过根癌农杆菌介导法将此载体转入Micro-Tom番茄中,通过卡那霉素筛选和转基因番茄RT-PCR鉴定,获得阳性转基因株系,利用qRT-PCR技术研究不同转基因株系中MpSnRK2.4基因的表达水平。【结果】成功克隆到长度为1 220bp的MpSnRK2.4基因片段,该基因包含长1 026bp的完整开放阅读框,编码341个氨基酸残基。通过在线软件分析发现,该基因的gDNA序列包含8个内含子,9个外显子;预测编码蛋白MpSnRK2.4的分子质量为38.475ku,理论等电点(pI)为6.06。系统进化树分析表明,MpSnRK2.4与水稻OsSAPK3蛋白的亲缘关系最近,序列比对显示MpSnRK2.4蛋白与已知的其他植物SnRK2s蛋白序列具有较高的同源性。转基因植株PCR鉴定结果表明,MpSnRK2.4基因已成功转入番茄植株中,经qRT-PCR发现,不同转基因株系的MpSnRK2.4基因表达量存在差异,其中株系1的表达水平最高。【结论】克隆获得了MpSnRK2.4基因全长序列,并得到了10个含有该基因的Micro-Tom番茄转基因株系。

碱茅PutSnRK2基因表达、克隆及其蛋白纯化

从NaHCO_3逆境胁迫下碱茅(Puccinellia tenuiflora)的cDNA文库中克隆得到PutSnRK2基因全长cDNA。PutSnRK2基因序列中存在1 077bp的开放阅读框,编码358个氨基酸,预测蛋白分子量为41.11kDa,等电点为5.63。实时荧光定量PCR分析表明,在NaHCO_3、NaCl、ABA和PEG胁迫下,PutSnRK2基因在碱茅叶、根中均受到显著诱导(P<0.05)。同时用pGEX-6p-3载体构建了PutSnRK2基因的原核表达载体,将其转化大肠杆菌BL21(DE3),经诱导表达纯化得到GST-PutSnRK2融合蛋白,为后续试验分析PutSnRK2蛋白的激酶活性、验证蛋白间的相互作用等研究奠定了基础。

“SH6”苹果矮化中间砧SnRK2基因的克隆及生物信息学分析

[目的]研究SnRK2基因在调控非生物胁迫方面的生物学功能。[方法]从苹果矮化中间砧“SH6”中分离得到3种SnRK2基因,运用多种生物学工具分析其序列特征。[结果]序列分析表明,SnRK2的CDS序列长度:SnRK2.6为956 bp,SnRK2.7为1013 bp,SnRK2.8为1072 bp,分别编码318、337和357个氨基酸的蛋白质;SnRK2蛋白无明显的疏水性,主要定位于细胞质;3种SnRK2序列相似性较高,都具有PKc_like超级家族和S_TKc家族特有的结构。[结论]这3种SnRK2基因可能在苹果非生物胁迫方面发挥重要作用。

甜瓜SnRK2基因家族的鉴定与特征分析

蔗糖非发酵型蛋白激酶2(Sucrose non-fermenting-1-related protein kinase2,SnRK2)是一类具有丝氨酸/苏氨酸特定结构域的蛋白质磷酸化酶,在ABA信号介导和非生物胁迫应答方面起到重要作用。以甜瓜为研究对象,使用生物信息学分析方法,对甜瓜SnRK2基因家族进行鉴定及相关特征分析,包括构建系统发育进化树,以及基因理化性质、基因结构及保守结构域、染色体定位、共线性分析、基因的上游顺式作用元件及转录组数据热图分析等,为甜瓜SnRK2基因的功能分析和研究奠定一定的理论基础。结果表明,在甜瓜基因组中共鉴定出9个SnRK2基因家族成员。主要定位在细胞骨架中,以α-螺旋和不规则卷曲为主,分子质量为31.49~75.02 ku,等电点为4.42~6.21。其可分为3个亚族,分布在4条染色体上。启动子分析结果显示,在甜瓜SnRK2基因的调控序列中有多个植物激素和逆境胁迫相关响应元件。组织表达分析结果表明,有些甜瓜SnRK2基因在不同组织中呈组成型表达,有些基因则具有显著的组织特异性。

太子参SnRK2I基因的克隆及在水分胁迫条件下的响应

目的:获取太子参蔗糖非酵解型蛋白激酶2(SnRK2)基因,分析该基因在水分胁迫条件下的响应情况。方法:基于对SnRK2基因的同源性及太子参转录组数据库的分析,以不同水分胁迫处理的太子参鲜品为材料,利用基因克隆技术克隆得到太子参SnRK2基因序列,采用实时荧光定量PCR技术分析该基因与水分胁迫的相关性。结果:从太子参中克隆得到1条PhSnRK2I基因,cDNA全长为1 261 bp,编码305个氨基酸,分子量为47.27 kDa。该蛋白具有与SnRK2家族相似的ATP结合位点和Ser/Thr激酶活化环。实时荧光定量PCR分析结果表明,PhSnRK2I在土壤相对含水量为86%和44%时表达量较高。结论:成功克隆得到太子参PhSnRK2I基因序列,分析结果表明PhSnRK2I在中度水分胁迫下响应最积极,在太子参水分胁迫信号转导中发挥着重要作用。该研究可为进一步研究太子参PhSnRK2I基因在水分胁迫响应过程中的调控机理研究提供实验基础。

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。

水分胁迫下马铃薯SnRK2基因的表达模式与生理响应

以"大西洋"和"陇薯3号"两个品种盆栽苗为试验材料,研究了水分胁迫下马铃薯(Solanum tuberosum)StSnRK2基因家族的表达特征及其与植株生理指标变化的相关性。结果表明:在发生严重水分胁迫时,"陇薯3号"和"大西洋"的抗氧化酶活性、MDA含量、相对电导率和脯氨酸含量均较对照显著提高,但增长幅度在品种间存在差异;StSnRK2基因家族的8个成员的相对表达量在"大西洋"和"陇薯3号"之间也存在明显差异,StSnRK2.1、StSnRK2.2和StSnRK2.3在两个品种中均表现为水分胁迫后相对表达量显著高于对照的趋势;StSnRK2.7的相对表达量与对照无显著差异,而StSnRK2.4在"陇薯3号"的相对表达量是对照的9.5倍,是8个基因成员在受水分胁迫后相对表达量最高的一个基因;StSnRK2.1、StSnRK2.2、StSnRK2.3、StSnRK2.4和StSnRK2.6的相对表达量均与部分生理指标呈极显著正相关,StSnRK2.5和StSnRK2.8两个基因的相对表达量与部分生理指标呈极显著负相关,StSnRK2.7基因的相对表达量与生理指标无显著相关性。

葡萄SnRK2家族基因的鉴定与表达分析

以‘宝石无核’（Ruby Seedless）葡萄试管苗为材料,采用RT-PCR技术,克隆得到8个葡萄Sn RK2家族基因。序列分析发现,该家族基因蛋白结构在N端相对保守,而在C端极其特异;聚类结果表明葡萄Sn RK2基因家族可以分为3个亚家族;对这8个基因所编码的蛋白质进行分析发现,其富含酸性氨基酸,且均为亲水蛋白;基因组结构分析发现Vv Sn RK2.2和Vv Sn RK2.8含有10个外显子,其他6个均含9个外显子;对蛋白二级结构分析发现8个基因编码的蛋白主要以α–螺旋、β–转角和不规则卷曲为主;亚细胞定位预测,8个基因主要定位于细胞质中。顺式作用元件分析表明,除Vv Sn RK2.1、Vv Sn RK2.2、Vv Sn RK2.6外,其他基因顺式作用元件包含ABRE、DRE/CRT、LRTE中的一个或多个。定量PCR分析表明,Vv Sn RK2的表达存在组织差异性,Vv Sn RK2.7在根中表达水平最高,是叶片的3.8倍,Vv Sn RK2.8在茎中表达水平最高,是叶片的5.0倍。0～–4℃处理后,表达水平下调幅度最小的为Vv Sn RK2.2,Vv Sn RK2.7下调幅度较大,Vv Sn RK2.8的表达水平为0;30℃处理后Vv Sn RK2.2和Vv Sn RK2.5上调表达,分别为对照的3.8倍和3.6倍;Vv Sn RK2.1和Vv Sn RK2.2与盐胁迫调节紧密相关,Vv Sn RK2.5与干旱胁迫调节密切相关。

木薯MeSnRK2-1基因克隆及表达分析

蔗糖非发酵型蛋白激酶SnRKs在植物应对非生物胁迫的过程中具有非常重要的功能。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个SnRK2家族基因,命名为MeSnRK2-1,对其进行了序列比对和进化树分析,并利用荧光定量技术对该基因在多种处理下的表达模式进行分析。结果表明,该基因的开放阅读框全长为1 062 bp,编码354个氨基酸,进化树分析显示MeSnRK2-1与橡胶树和麻疯树中的同源蛋白亲缘关系较近。此外,荧光定量结果表明MeSnRK2-1在转录水平受到高盐胁迫、H2O2和低温的诱导作用的同时也受到了ABA和甘露醇的抑制作用。这些结果表明MeSnRK2-1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。本研究为后续深入探索MeSnRK2-1的功能以及木薯的逆境生理提供理论和物质基础。

盐胁迫下玉米毛状根再生植株SnRK2基因的表达

玉米(Zea mays L.)属禾本科玉蜀黍属,是世界第一大粮食作物.本研究以玉米毛状根再生植株为植物材料,通过对盐胁迫下玉米毛状根再生植株SnRK2基因表达量进行半定量PCR分析,探究盐胁迫对玉米毛状根再生植株SnRK2表达的影响.结果发现,不同处理下玉米毛状根再生植株的SnRK2基因表达含量均高于对照,盐胁迫对玉米毛状根再生植株的SnRK2基因表达影响较小,但显著降低对照组玉米SnRK2基因的表达.本研究为后续探究玉米毛状根再生植株的耐盐机制提供理论支持.

植物SnRK2基因家族研究进展

蔗糖非依赖1蛋白激酶2(SnRK2)激酶家族,是众多应答渗透压胁迫的蛋白激酶家族之一。本综述主要介绍了SnRK2蛋白激酶家族的研究进展,包括分子结构、活性调控、下游的靶标基因及其生理学功能等。总结了近年来Sn RK在联系植物中特有的代谢和胁迫应答、调控ABA和SOS信号转导途径及ABA依赖的植物生长等方面研究所取得的进展,试图为深入开展植物环境胁迫机制研究提供参考。