丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶6亚基(catalytic subunits of Ser/Thr protein phosphatase 6,PP6C)是PP6全酶的催化亚基。在模式植物拟南芥中的研究表明,PP6C参与生长素极性运输、脱落酸信号转导和光信号转导途径介导的开花调控。本研究采用R...
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丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶6亚基(catalytic subunits of Ser/Thr protein phosphatase 6,PP6C)是PP6全酶的催化亚基。在模式植物拟南芥中的研究表明,PP6C参与生长素极性运输、脱落酸信号转导和光信号转导途径介导的开花调控。本研究采用RT-PCR方法克隆了ZmPP6C基因,分析了蛋白结构特征与同源蛋白间的进化关系,利用定量PCR的方法分析了ZmPP6C基因对不同光质、黑暗到各种光质转换、长日照和短日照处理,以及胁迫处理下的表达模式,结果如下:1.蛋白磷酸酶6亚基的氨基酸序列在进化上高度保守。序列分析表明,ZmPP6C基因开放阅读框为912个核苷酸,编码303个氨基酸残基,包含PP2A的催化亚基PP2Ac结构域;系统进化树分析表明,PP6C蛋白在进化上较为保守,无论是单子叶植物还是双子叶植物,氨基酸序列高度相似,可达91%。并且与高粱的PP6C蛋白相似性更高,高达99.67%。***6C基因在玉米叶片中表达量较高,并且响应不同光质处理。对玉米自交系B73的ZmPP6C基因进行器官特异性表达分析表明,其表达量在成株期叶片中最高,是根中的7.9倍,在茎、雄花、叶枕、叶鞘和花柄中的表达量相对较低;ZmPP6C能够响应不同光质处理,且受远红光和红光的影响较大。ZmPP6C的表达量在黑暗转入远红光30分钟达到峰值,然后迅速下降,直到24 h一直保持较低的水平;转入红光15分钟达到峰值,迅速下降后缓慢上升,直到24 h达到黑暗的7.2倍。***6C基因转录丰度能响应长日照和短日照处理,暗示其可能通过光信号转导通路来调控植物开花。在长日照条件下,玉米ZmPP6C的表达在长日条件下的光照和黑暗阶段各有一个明显的表达高峰,分别出现在进入光照阶段后10 h和进入黑暗阶段5 h时。在短日照条件下,ZmPP6C基因的表达丰度波动起伏较大,最高峰值发生在进入黑暗后10 h,次高峰值发生在进入光照后8 h时。***6C基因转录丰度受胁迫处理的调节。在高渗透、盐渍和淹水胁迫过程中,ZmPP6C基因的表达水平先降后升。B73幼苗在200 m M NaCl胁迫处理12 h、24 h和48 h时,ZmPP6C的转录丰度是未处理的0.8倍、1.1倍和2.6倍。B73幼苗在20%PEG6000处理20 h时,ZmPP6C基因的表达水平与未处理的相当;48 h时,ZmPP6C的表达水平上升到未处理的的4.5倍。淹水处理处理5 d和7 d,ZmPP6C的表达分别上升到未处理的1.3倍和4.1倍;然后恢复正常温室生长条件3 d和7 d,ZmPP6C的表达上升到未处理的3.0倍和6.9倍。表明ZmPP6C基因参与了玉米胁迫的应答。
高温条件下,生物体普遍的反应是产生热激蛋白,它在针对高温对农作物减产和品质下降时起着至关重要的作用。生物体在高于正常生长温度5°C时就会迅速合成一些热激蛋白在体内,而调控这些热激蛋白和其他热激诱导因子表达的调控因子-热激转录因子(Heat shock transcription factor,HSF),对提高作物耐热性能具有重要作用。目前,在拟南芥、水稻、杨树、大白菜、玉米和苹果等模式植物中对部分的HSF基因进行了研究和报道,这为我们分析杨树、拟南芥、水稻、和葡萄四种被子植物HSF基因家族的分子进化提供了条件。本研究利用生物信息学软件和在线网站等全基因组数据库,对这四种被子植物的相关基因鉴定分析、系统进化树、基因结构和保守基序、基因复制事件、种间/种内的微共线性分析、复制时间和选择压力分析、表达谱分析以及表达模式分析等方面全面展开研究,获得主要结果如下:1.拟南芥和水稻的HSF基因分别在Arabidopsis Information Resource和Rice annotation database网站上下载,杨树和葡萄用模式植物拟南芥标准HSF蛋白序列为搜索条件,在Phytozome网站中进行搜索下载,随后通过ClustalX比对,Pfam和SMART筛选和验证,最终确定杨树有30个HSF基因,葡萄有10个HSF基因。2.对来自四个物种中的87个HSF基因,基于OD结构域不同,将其划分为A、B和C三个亚族。其中,A亚族又可以划分为A1-9九个小亚族,B亚族被划分为B1-5五个小亚族。3.对这四种被子植物中20对同源基因对的内含子/外显子进行分析,位于同一亚族的相邻基因,由于其亲缘关系较近,都有着相似的基因结构,即相同的内含子数目和外显子长度。其中,只有两对同源基因(OsHsf-08/-21 and PtHsf-16/-20)的结构不同,可能是由于内含子在长期进化过程中的获得或丢失导致的。利用MEME在线网站对HSF蛋白的保守基序进行分析,再结合Pfam和SMART对HSF的保守基序进行分析。基序1是HSF最常见的核心基序。4.通过四种被子植物内的微共线性分析,说明了HSF基因家族的扩张主要通过大规模复制事件,而并非串联复制。18组(31个)同源基因对参与了片段复制事件。其中,13对来自杨树基因组,4对来自水稻基因组,1对来自拟南芥基因组,而葡萄中并没有旁系同源关系的HSF基因区段。5.拟南芥、水稻以及葡萄的基因组中包含的HSF基因区段与杨树HSF基因的复制区段具有广泛的共线性,共形成了15组直系同源基因组。可能杨树在经历两轮远古基因复制事件后,73.3%的远古复制基因被保留下来。水稻有32%的基因被保留,拟南芥仅有9%,而葡萄的复制基因全部丢失了。6.选择压力分析表明在被子植物进化过程中,纯化作用依旧发挥着主要作用,但在个别基因部分编码区域依然存在着强烈的正向选择,这些拥有正向选择的基因可能导致物种功能的进化。7.微阵列数据分析结果显示,大多数HSF基因在不同组织中都有着明显的特异性表达。其中,7组片段复制基因对有着相似的表达模式,仅有两组(PtHsf-19/-17和PtHsf-23/-27)复制基因对的表达模式略有不同。8.利用qRT-PCR技术对杨树HSF的全基因家族进行热激处理、冷胁迫处理和氧化胁迫处理三种诱导表达模式进行分析。结果表明,大部分HSF基因都受这三种胁迫的诱导。PtHsf-10受到强烈的热激诱导表达,为此我们克隆了PtHsf-10的全长基因,构建其表达载体转化拟南芥,为进一步开展其功能的研究奠定基础。
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