植物中SWEET基因家族研究进展
WRKY家族基因功能的研究进展
WRKY家族基因功能的研究进展鹿宏丽⑺，3付嘉智⑺，3武鹏雨1'2'3龙国辉张锐!-2-3（1.新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆阿拉尔843300；2.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300；3.南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆阿拉尔843300）摘要：WRKY转录基因对于植物生长发育以及植物抗逆性具有重要的作用。
本文分析了WRKY转录基因的结构，综述了WRKY基因在植物细胞器构成、木质素合成、果实成熟、抗逆等方面的功能，为后期验证WRKY转录基因家族成员在植物生长发育过程的功能研究提供借鉴，同时也为WRKY基因家族功能的明晰提供思路。
关键词：WRKY转录因子；基因调控；功能研究中图分类号：S-3文献标识码：A刖言植物的生长离不开转录因子对基因的调控，WRKY 转录因子存在于高等植物各个生长发育过程中，因整个WRKY基因家族都具有保守的由WRKYCQK氨基酸残基形成的序列而得名。
WRKY基因对植物生长发育、休眠、调控木质素生物合成以及抗逆等过程起到重要调控作用[l]o随着分子技术水平的不断提升，越来越多该基因家族成员被鉴定并进行了克隆和表达。
第1个被克隆的WRKY家族的成员是甘薯中的SPF1[2]o多数植物鉴定得到的WRKY基因家族成员的数量一般在50~90左右，但如苹果、杨树WRKY基因家族成员相对较多，超过100个[3-12]o WRKY转录因子具有特殊的DNA结合域，含有1个或2个由60个氨基酸组成的WRKY保守序列，该序列N端含有由色氨酸、精氨酸等7个氨基酸残基组成的WRKY七肽，C端是具有C2 H2型或C2HC型锌指结构[13]o虽然绝大多数植物中WRKY基因家族成员该序列是绝对保守的，但近年来发现有些植物WRKY基因家族部分成员的WRKY保守序列中出现了N端保守序列氨基酸残基的缺失、替换或C端锌质结构的缺失[4]o除此之外，WRKY转录因子作为转录因子还含有核信号定位区（NLS）、转DOI：10.19754/j.nyyjs.20210615003录调控区、亮氨酸拉链以及各种氨基酸富集区等结构域[14]o以WRKY保守序列作为依据，可将植物WRKY基因家族分为3种类型。
植物蔗糖转运蛋白研究进展
植物蔗糖转运蛋白研究进展作者：张清胡伟长张积森来源：《热带作物学报》2016年第01期摘要蔗糖转运蛋白（SUT）在植物的生长代谢中调控蔗糖的运输和分配，并通过蔗糖信号影响其它代谢途径。
植物蔗糖转运蛋白结构较为保守，属于12次跨膜的膜蛋白基因家族。
对已完成基因组测序的10个单子叶和8个双子叶植物的蔗糖转运蛋白聚类分析表明，该基因家族可以分为5个亚族，SUT1、SUT2、SUT3、SUT4、SUT5，其中SUT2和SUT4为单、双子叶所共有的基因，SUT1为双子叶特异，而SUT3、SUT5为单子叶特异。
单、双子叶蔗糖转运蛋白是由2个祖先基因进化而来。
SUT的组织分布和遗传转化研究表明，SUT参与植物蔗糖运输与贮存、非生物胁迫响应、胚乳发育等，且SUT家族成员之间存在功能差异。
SUT2的表达受SnRKs调控，而SUT4表达则调控部分生物钟相关基因，同时筛部移动信号等也调节SUT的表达。
本文综述了植物蔗糖转运蛋白基因分类、生理功能及其在不同水平上的调控等方面的研究进展，为更好的理解蔗糖转运蛋白对植物生长发育的影响及其分子机制提供参考。
关键词蔗糖转运蛋白；单双子叶植物；基因进化；基因功能；基因家族中图分类号 Q946.1 文献标识码 AAbstract Sucrose transporters（SUT）regulate the sugar distributions in tissues and influence several plant metabolic pathways by using sucrose as the signal. Plant sucrose transporters are conservative proteins containing 12 transmembrane protein domains. Phylogenetic analysis of the whole sucrose transporter families from 10 monocotyledon and 8 dicotyledon demonstrates that the gene family could be separated into two groups for five subfamilies（SUT1， SUT2， SUT3，SUT4， SUT5）. The results suggested that sucrose transporters of monocotyledon and dicotyledonwere originated from two different ancient genes. In addition， the genes in SUT2 and SUT4 subfamilies exist in both monocotyledon and dicotyledon， and SUT1 specifically exists in the dicotyledon， while， the SUT3 and SUT5 are monocotyledon-specific. SUT families play roles in the process of transportation and storage of sucrose， abiotic stress response and the development of endosperm as well， and the gene members of SUT families present diverse functions in plant. In addition，the expression level of SUT families is proved to regulated by the long-range signal；furthermore， the gene network for two of members， SUT2 and SUT4， have been investigated in the families， showing that the expression level of SUT2 is regulated by SnRKs， while， SUT4 regulated some of biological clock related genes. In this paper，we reviewed the progresses on different aspects of SUT genes， such as classification，physiological function and regulation at different levels，providing details about their the effects on plant growth and development.Key words Sucrose transporters；Monocotyledonous and dicotyledonous plants；Gene evolution； Gene function；Gene familiesdoi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.031蔗糖作为一种非还原糖，是大多数高等植物的主要光合同化产物。
MicroRNA-34家族的功能及应用研究进展
MicroRNA-34家族的功能及应用研究进展
吴家玮;余少政
【期刊名称】《中国临床医学》
【年(卷),期】2022(29)5
【摘要】MicroRNA-34(miR-34)家族包括miR-34a、miR-34b、miR-34c,与人体正常发育及多个器官功能的维持密切相关。
MiR-34的表达受抑癌基因p53和长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)的调控,其表达失衡会导致一系列疾病的发生发展。
MiR-34与肿瘤发生发展密切相关,主要通过阻碍细胞周期、诱导细胞凋亡与自噬、抑制上皮-间充质转化、阻止细胞迁移与侵袭等机制,发挥抑癌作用。
MiR-34在心脏保护中也发挥着重要作用。
MiR-34功能的发挥主要涉及NF-κB、Notch等多个信号通路,基于miR-34表达的调控有利于部分疾病的控制和转归,是潜在的临床诊治靶标,具有广阔的临床应用前景。
因此,本文就miR-34家族的功能及应用进展进行综述,以期为后续研究提供参考。
【总页数】10页(P875-884)
【作者】吴家玮;余少政
【作者单位】上海大学生命科学学院非编码RNA与癌症实验室
【正文语种】中文
【中图分类】R73-3
【相关文献】
1.植物防御素基因家族结构、功能及调控研究进展
2.植物SWEET基因家族结构、功能及调控研究进展
3.SIRTUIN基因家族的生物学功能及其在畜禽肉质性状上的研究进展
4.转录因子KLF家族的结构、功能及调控机制研究进展
5.非协调-5同源物家族成员在肿瘤发生发展过程中生物学功能及临床应用价值研究进展
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甘薯近缘二倍体野生种TPS_家族全基因组鉴定及表达分析
山西农业科学2022，50（5）：605-612Journal of Shanxi Agricultural Sciences doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2022.05.01doi甘薯近缘二倍体野生种TPS家族全基因组鉴定及表达分析梁璇，李鹏，杨哲，贾小云，王文斌（山西农业大学生命科学学院，山西太谷030801）摘要：为了解析六倍体甘薯的海藻糖-6-磷酸合成酶（Trehalose-6-phosphate synthase，TPS）基因家族的结构和功能，为甘薯的分子遗传改良提供候选基因，利用生物信息学方法对甘薯的2个近缘二倍体野生种三浅裂野牵牛（Ipomoea trifida）和三裂叶薯（Ipomoea triloba）进行TPS家族成员鉴定并构建系统进化树，后对其理化性质、结构域、染色体定位、组织表达模式及不同胁迫下的表达模式进行分析。
结果显示，全基因组鉴定得到了10个ItfTPS和10个ItbTPS，二者高度同源，聚类结果一致，其中TPSⅠ包含2个基因，TPSⅡ包含8个基因，除Itf/ ItbTPS3与水稻亲缘关系更近外，其余基因与拟南芥的亲缘关系更近；Itf/ItbTPS基因编码842~940个氨基酸，均为酸性蛋白，多位于细胞核和细胞质中。
结构分析发现，TPSI中Itf/ItbTPS1、Itf/ItbTPS2的motif数分别为7个和8个，外显子数分别为17个和18个；TPSII类均含有10个motif，且外显子数量多为3个；此外，所有Itf/ ItbTPS家族成员均含有PF00982和PF02358保守结构域，且染色体定位一致，说明TPS在进化过程中具有保守性。
表达模式分析显示，Itf/ItbTPS8无差异表达而Itf/ItbTPS7、ItbTPS1均不表达，Itf/ItbTPS3在根中特异高表达且低温胁迫后表达量升高；低温胁迫后ItfTPS5和高温胁迫后ItbTPS5的表达量降低，可能通过调控海藻糖合成来抵御温度胁迫。
基因工程表达甜味蛋白的研究进展
施天元，曹国强. 基因工程表达甜味蛋白的研究进展[J]. 食品工业科技，2023，44（2）：453−459. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020262SHI Tianyuan, CAO Guoqiang. Research Progress in Gene Engineering Expression of Sweet Proteins[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(2): 453−459. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020262· 专题综述 ·基因工程表达甜味蛋白的研究进展施天元*，曹国强（黑龙江省金象生化有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040）摘 要：甜味蛋白作为一种天然甜味剂，热量低，甜度大，食用安全。
但其由于受到原材料生长条件还有保质期等诸多限制，导致其生产成本较高。
基因工程表达生产甜味蛋白可以提高其稳定性，扩大生产规模，降低其生产成本，并且更有针对性的改良其性能。
但在应用基因工程生产甜味蛋白的研究中，也遇到了很多问题，包括甜味蛋白无法正确折叠及缺乏翻译后修饰导致的甜味丧失，还有因非植物提取导致的缺少食品安全认证，无法得到大众认可等。
本文首次系统地分析了基因工程在生产甜味蛋白的应用及相关热点问题，为未来基因工程改造甜味蛋白提供理论资料。
关键词：基因工程改造，甜味蛋白，天然甜味剂，稳定性，产量本文网刊:中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1002−0306（2023）02−0453−07DOI: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020262Research Progress in Gene Engineering Expression of Sweet ProteinsSHI Tianyuan *，CAO Guoqiang（Heilongjiang Jinxiang Biochemical Company, Harbin 150040, China ）Abstract ：Sweet protein as a kind of natural sweeteners, has low calories, high sweetness, and safety to eat. However, due to the raw material growth conditions, short expiry date and other restrictions, resulted high production costs. Gene engineering expression and production of sweet protein can improve its stability, contribute to expand the production scale,reduces production costs, and improve its performance more specifically. However, the research of applying genetic engineering to produce sweet protein, encountered many problems, including the loss of sweet taste due to improper folding and lack of post-translational modification, and the lack of food safety certification due to non-plant extraction, which cannot be recognized by the public. This paper systematically analyzes the application of genetic engineering in sweet protein production and related hot issues for the first time, and provides theoretical data for the future genetic engineering transformation of sweet protein.Key words ：gene engineering modification ；sweet protein ；natural sweetener ；stability ；production甜味蛋白作为一种由植物提取的蛋白质，具有甜度大、热量低、安全无毒等特点，早在上世纪就受到了广泛的关注[1−2]。
水稻糖代谢相关酶和糖类转运蛋白编码基因的鉴定和表达分析
水稻糖代谢相关酶和糖类转运蛋白编码基因的鉴定和表达分析王义杰; 张绍杰; 赖艳; 胡永峰【期刊名称】《《湖北农业科学》》【年(卷),期】2019(058)022【总页数】10页(P185-193,197)【关键词】水稻(Oryza satiνa L.); 糖代谢; 糖类转运蛋白; 产量形成【作者】王义杰; 张绍杰; 赖艳; 胡永峰【作者单位】荆楚理工学院/植物种质资源开发与利用研究所湖北荆门 448000【正文语种】中文【中图分类】S511; Q78水稻（Oryza sativa L．）是中国主要的粮食作物之一，提高水稻产量是育种学家主要的育种目标，水稻子粒淀粉的积累是水稻的产量形成的基础，子粒淀粉合成的原料来源于叶片光合作用的产物，将叶片等可输出光合产物的器官称为“源”器官，而子粒等消耗或者储藏光合产物的器官称为“库”器官，连接源库器官的系统称为“流”，源流库协同作用是提高水稻产量的重要生理基础［1］。
植物体内光合产物的形成、运输以及在子粒中淀粉合成的过程已有一定的研究基础。
通过光合作用的卡尔文循环在叶片叶绿体中形成磷酸丙糖，磷酸丙糖被运输至细胞质中用于合成蔗糖［2］。
在双子叶植物中磷酸丙糖可在叶绿体中暂时合成淀粉［3］，但在水稻中淀粉的暂时储存是发生在叶鞘和茎中，在抽穗之前蔗糖被运输至叶鞘和茎中用于暂时合成淀粉，抽穗之后淀粉分解用于合成蔗糖，然后运输至子粒合成淀粉［4］。
蔗糖是植物运输光合产物的主要形式，叶肉细胞产生的蔗糖通过共质体和质外体两种途径短距离运输到源端韧皮部，装载到筛管-伴胞复合体中，然后在筛管中进行长距离运输，在库端韧皮部卸载，并通过共质体和质外体两种途径进入库器官［1］。
蔗糖可通过蔗糖转运蛋白直接进入细胞质分解，也可在细胞外分解为单糖后由单糖转运蛋白转运进入细胞质，单糖最终被运输至子粒的质体中用于淀粉的合成［2］（图 1）。
图1 水稻源库器官的糖代谢与运输部分参与糖代谢的酶和糖类转运蛋白的编码基因已相继被鉴定出来。
甜瓜SWEET基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析
浙江农业学报!"#$!%&'"()#(&$*+,*-'$.%*./'/!!"!#!#$"%#$&$(&)&<"#*++,$--.../012345/62寿伟松!何艳军!沈佳!等/甜瓜NR D D [基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析&7'/浙江农业学报!!"!#!#$"%#$&$(&)&<"#/89:$&";#(<(-1/=>>2/&""'?&$!';!"!!"('#收稿日期 !""<?!#基金项目 浙江省第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"&&&C!&#"&#$'"$!"#"#(浙江省农业"蔬菜新品种选育#新品种选育重大科技专项"!"!&\"!"<$?#?!#(国家自然科学基金"#&C%!&#"#作者简介寿伟松"&(%!+#!男!浙江绍兴人!硕士!副研究员!主要从事西甜瓜育种与栽培,D ?E F =G $>*H V.>I0F F >/F 6/62甜瓜X Y!!?基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析寿伟松 何艳军 沈K 佳 许昕阳"浙江省农业科学院蔬菜研究所!浙江杭州#&""!&#摘K 要 糖外排转运子">VS F ]>.=G G W `W 2+VF G G 35W W 4,H ]+W ^+]F 2>,H ]+W ]!NR D D [#是一类新型的糖转运蛋白!其在植物生长发育%植物与病原体互作以及植物胁迫耐受性方面都起着重要作用,基于甜瓜中还未有该家族基因的相关报道!本研究开展\E NR D D [的全基因组鉴定和生物信息学分析,通过同源性搜索!总共鉴定到&%个甜瓜9C 4^M M D 基因,这些基因分布于甜瓜C 条染色体上!具有典型的g +T #->F G =`F 结构域,系统发育树将拟南芥%黄瓜和甜瓜的NR D D [蛋白分为'个进化分支!其中亚族%是甜瓜和黄瓜独有的亚族,基因启动子区域的顺式作用元件显示!9C 4^M M D 含有许多与植物激素和应激相关的调节元件!暗示了9C 4^M M D 在参与调节甜瓜生长发育以及环境适应性方面有重要作用,基因表达量分析表明!大部分9C 4^M M D 基因在花"雌花和雄花#和根中高表达!部分9C 4^M M D 基因在果实发育时期表达量较高,此外!a T O ?NW J 结果暗示!9C 4^M M D 基因可能参与对尖孢镰刀菌和白粉病菌侵染的抗性响应,本研究为今后探究\E NR D D [蛋白在甜瓜生长发育过程以及响应生物和非生物胁迫中的分子功能奠定了坚实的基础,关键词 甜瓜(糖外排转运子(全基因组鉴定(进化分析(表达分析中图分类号 N<$!文献标志码 O 文章编号&""'?&$!'"!"!##"%?&$(&?&#M #+'6#5:)(#)(#+%)")$,%)'+,+(8)')+"'*6,%)$&,+,0/&)&'"X Y!!?1#+#",6)0/)+6#0'+NY 9XR W =>H 2S !Y D@F 21V2!NY D T7=F !Q XQ =23F 2S"0./#'#(#*12K *%*#$S )*/!+,*-'$.%!"$A*C 812!%&'"()#(&$)4"'*."*/![$.%:,1(E>;;Y>!9,'.$#78&%*,$%$NVS F ]>.=G G W `W 2+VF G G 35W W 4,H ]+W ^+]F 2>,H ]+W ]"NR D D [#=>F 2H `W G B F E =G 3H B >VS F ]+]F 2>,H ]+W ]>+*F +F ]W =2?`H G `W ^=2,G F 2+S ]H .+*F 2^^W `W G H ,E W 2+!,G F 2+?,F +*H S W 2=2+W ]F 6+=H 2!F 2^>+]W >>+H G W ]F 26W /8VW +H +*W G F 6d H B ]W ,H ]+>H B NR D D [B F E =G 3S W 2W >=2E W G H 2!+*=>>+V^36F ]]=W ^H V++*W S W 2H E W ?.=^W =^W 2+=B =6F +=H 2F 2^5=H =2B H ]E F +=6>F 2F G 3>=>H B \E NR D D [/O+H +F G H B &%E W G H 29C 4^M M D S W 2W >.W ]W =^W 2+=B =W ^53*H E H G H S 3>W F ]6*/[*W >W S W 2W >+*F +^=>+]=5V+W ^H 2C 6*]H E H >H E W >F G G *F `W F +3,=6F G g +T #->F G =`F ^H E F =2/_*3G H S W 2W +=6F 2F G 3>=>6G F >>=B =W ^+*W NR D D [,]H +W =2>H B O ]?F 5=^H ,>=>!6V6VE 5W ]F 2^E W G H 2=2+H B H V]W `H G V+=H 2F ]36G F ^W >!H B .*=6*>V5B F E =G 3%=>V2=JVW +H E W G H 2F 2^6V6VE ?5W ]/[*W "'/?F 6+=2S W G W E W 2+>=2+*W S W 2W ,]H E H +W ]]W S =H 2>*H .W ^+*F +\E NR D D [6H 2+F =2>E F 23]W S VG F +H ]3W G W E W 2+>]W G F +W ^+H ,G F 2+*H ]E H 2W >F 2^>+]W >>!>VS S W >+=2S +*F +\E NR D D [,G F 3>F 2=E ,H ]+F 2+]H G W =2]W S VG F +=2S S ]H .+*F 2^W 2?`=]H 2E W 2+F G F ^F ,+F +=H 2=2E W G H 2/[=>>VW ?>,W 6=B =6F 2F G 3>=>>*H .W ^+*F +E H >+H B +*W 9C 4^M M D S W 2W >.W ]W *=S *G 3W 4?,]W >>W ^=2B W E F G W F 2^E F G W B G H .W ]>F 2^]H H +>!F 2^>H E W 9C 4^M M D S W 2W >.W ]W *=S *G 3W 4,]W >>W ^^V]=2S B ]V=+^W `W G H ,?E W 2+/A V]+*W ]E H ]W !a T O ?NW J ]W >VG +>>VS S W >+W ^+*F +9C 4^M M D S W 2W >E =S *+5W =2`H G `W ^=2]W >=>+F 26W +H B (/$&'(CH43>,H]VEF2^,H.^W]3E=G^W.=2B W6+=H2/[*=>>+V^3G F3>F>H G=^B H V2^F+=H2B H]B V+V]W]W>W F]6*=2+H+*W=]E H G W6VG F] B V26+=H2H B\E NR D D[=2E W G H2^W`W G H,E W2+F G,]H6W>>W>F2^]W>,H2>W>+H5=H+=6F2^F5=H+=6>+]W>>W>/9#/:'*(&$E W G H2(>VS F]>.=G G W`W2+VF G G35W W4,H]+W^+]F2>,H]+W](S W2H E W?.=^W=^W2+=B=6F+=H2(,*3G H S W2W+=6F2F G3? >=>(W4,]W>>=H2F2F G3>=>KK糖作为光合作物的产物!为植物的营养生长和生殖生长提供主要能量来源,作为糖代谢的最初底物!蔗糖在光合器官中被合成!然后通过韧皮部的装载和卸载系统被转运到储藏细胞!进而参与核酸%蛋白质%脂质和次级代谢物的合成与代谢&&',糖不仅参与代谢过程!还是植物抗逆%渗透压调节%信号识别和大分子转运等过程的关键调节因子&!',但是!由于不能独立运输!糖必须由合适的糖转运蛋白协助转运,目前!在植物中已有#个糖转运蛋白家族被鉴定!包括蔗糖转运蛋白"NX[>#%单糖转运蛋白"g N[>#和糖外排转运子"NR D D[#,在这#个家族中!NR D D[是最后一个被发现的基因家族!其可介导韧皮部薄壁组织中的糖流入或流出韧皮部质外体&#)'',与NX[>和g N[>需要能量才能通过质膜运输糖不同!NR D D[蛋白可以不依赖质子梯度和,Y协助糖在细胞膜和液泡膜上扩散&$)%',NR D D[蛋白通常含有一个保守的由#个跨膜结构域组成的g+T#p>F G=`F或_n?P99_结构&C',真核生物中的NR D D[蛋白通常含有%个跨膜结构域!原核生物中含有#个跨膜结构域,但在植物基因组中也检测到具有#或'个跨膜结构域的NR D D[&(',另外!在葡萄和水稻中也发现了分别由&'和&$个跨膜结构域组成的新型NR D D[!表明NR D D[蛋白跨膜结构域的多样性&()&"',4^M M D基因已在多种植物中被鉴定!包括拟南芥&#'%水稻&&&'%小麦&&!'%大豆&('%高粱&&#'%黄瓜&&''%番茄&&$'%西瓜&&<'%卷心菜&&%'%葡萄&&C'和苹果&&('等,NR D D[蛋白的功能不仅限于在细胞外或细胞内区室转运糖!它们还参与多种生理过程!包括花粉发育&!"'%植物衰老&!&'和种子灌浆&!!'等,另外!NR D D[在植物与病原体相互作用过程中也发挥一定的作用!?/4^M M D&&和/4^M M D&'是水稻和白叶枯病互作中的负调节因子&!#',在甘薯中过表达0S4^M M D&"发现其对尖孢镰刀菌表现出更强的抗性!而a T O=植物表现出敏感表型&!'',另外!NR D D[蛋白也参与植物对激素和非生物胁迫的响应,在水稻中9>N? R D D[#F既可以转运葡萄糖!也可以转运赤霉素"Z O#,?/4^M M D#$基因的敲除和过表达均显示发芽和茎发育缺陷!而这种表型可以通过外源赤霉素添加恢复&!$',Q.4^M M D&!基因在油菜中会被油菜油菜素甾醇"i a#%Z O和脱落酸"O i O#诱导&!<',除此之外!!#4^M M D'%!#4^M M D&&%!#N4^M M D&!%!#4^M M D&$基因被报道在植物耐寒中起重要作用&!%)#"',而!#4^M M D&$基因也可被渗透压%干旱%盐和冷胁迫诱导!过表达!#4^M M D&$植物根中会表现出加速衰老和细胞活力降低等表型&#"',甜瓜是一种重要的经济作物!糖在发挥甜瓜经济价值中起重要作用,4^M M D基因已被证明在许多植物生长发育%植物病原体以及植物环境相互作用中发挥重要作用!但尚未在甜瓜中对其进行研究,在本研究中!我们对甜瓜中的4^M M D基因进行了全基因组鉴定与分析!主要包括染色体分布%基因结构%基序分布%系统进化树%顺式调控元件%时空表达模式!以及响应生物和非生物胁迫的表达,本研究初步揭示了甜瓜中4^M M D基因家族的特性!为未来开展4^M M D 基因与甜瓜生长发育%抗病和抗逆等相关等研究提供指导,&K材料与方法&;&K甜瓜9C4^M M D基因的鉴定从_*3+H0H E W网站"*++,$--,*3+H0H E W/1S=/^H W/S H`-,0-,H]+F G/*+E P#下载已知的NR D D[蛋白序列!然后将这些序列导入到\VZ W28i数据库中!并在甜瓜数据库"*++,$--6V6V]5=+S W2H E=6>/H]S-H]S F2=>E-&C#中进行i P O N[_,然后将假定的甜瓜NR D D[蛋白提交到_B F E数据库"*++,$--,B F E/4B F E/H]S->W F]6*->W JVW26W#,利用_B F E的NR D D[保守结构域序列生成隐马尔可夫模型-!($&-浙江农业学报K第#$卷K第%期"Y g g#,用Y g g D a#;"软件对甜瓜NR D D[蛋白进行Y g g D a搜索,最后!去掉冗余序列以保留特异的甜瓜NR D D[蛋白,从\VZ W28i网站获取甜瓜9C4^M M D基因的染色体位置信息并用\O8软件绘制定位图,利用i=H Q g软件计算甜瓜NR D D[蛋白的分子量和等电点,利用R H P A_NN9a[网站预测蛋白亚细胞定位,利用Ng O a[数据库"*++,$-->E F]+/W E5G?*W=^W G5W]S/ ^W#对\E NR D D[蛋白的跨膜结构域进行分析,&;!K基因结构 蛋白保守基序分析 进化分析和启动子顺式作用元件分析应用N+]V6+V]W8=>,G F3NW]`W]!;"在线软件"*++,$--S>^>/S F H?G F5/H]S-#对甜瓜9C4^M M D的基因结构进行分析,采用g D g D在线网站"*+?+,>$--E W E W?>V=+W/H]S-E W E W-^H6-E W E W/*+E G#分析\E NR D D[蛋白中的保守基序,从拟南芥基因组数据库"*++,>$--.../F]F5=^H,>=>/H]S-#%黄瓜基因组数据库"*++,$--6V6V]5=+S W2H E=6>/H]S-H]S F2=>E-!"#和甜瓜基因组数据库下载所有的NR D D[蛋白!并将其导入到g D Z O$;"在线软件中利用邻接法"置信值为&"""#进行同源性分析并构建进化树,利用_G F2+\O a D在线网站"*+? +,$--5=H=2B H]E F+=6>/,>5/VS W2+/5W-.W5+H H G>-,G F2+?6F]W-*+E G-#分析甜瓜4^M M D基因上游!"""5,的顺式作用元件,&;#K9C4^M M D基因的表达分析从甜瓜数据库网站"*++,$--6V6V]5=+S W2H E? =6>/H]S-]2F>W J-*H E W#下载\*F]W2+F=>组织表达"_a7T O#C#C#"#%果实不同发育时期"_a7T O!C<&!"#%尖孢镰刀菌侵染T O8和\*F]W2+F=>?["_a7D i&$$$&#和白粉病菌侵染a H6*W+"_a7T O'#'$#C#的a T O?NW J数据!将9C N4^M M D的基因表达量数据导入到[i+H H G>!制作响应热图,!K结果与分析!;&K甜瓜9C4^M M D基因的鉴定采用蛋白质局部定位工具i P O N[_与Y g g 两种方式进行甜瓜全基因组搜索!结果共鉴定出&%个4^M M D基因,根据这些基因在染色体上的位置!将其命名为9C4^M M D"&M9C4^M M D&%,这些9C4^M M D基因分布在除了甜瓜染色体&%<%C和&"之外的C条染色体上,其中!染色体$和&!各包含#个9C4^M M D基因(染色体!%'和(包含!个9C4^M M D基因(染色体#%%和&&各包含&个9C4^M M D基因"图&#,另外!这些\E NR D D[蛋白的氨基酸长度范围在&$&M!(%F F!蛋白分子量在&<;$(M##;#$dV!蛋白等电点在';$"M&";!",除\E NR D D["&和\E?NR D D["!含有'个跨膜结构域外!多数\E?NR D D[蛋白含有$M%个跨膜结构域,亚细胞定位结果显示!大部分\E NR D D[蛋白定位在细胞膜上!\E NR D D["!和\E NR D D[&"定位在液泡膜上!而\E NR D D[&$定位在内质网上"表&#,!;!K甜瓜9C4^M M D基因结构 蛋白结构域和保守基序分析基于Z N8N网站分析基因结构!结果显示!甜瓜中的9C4^M M D基因的内含子数目在#M<, 9C4^M M D"&%9C4^M M D"!%9C4^M M D&"%9C N 4^M M D&#和9C4^M M D&%基因含有#个内含子! 9C4^M M D"#%9C4^M M D"'%9C4^M M D"(%9C N4^M M D&&%9C4^M M D&!和9C4^M M D&<含有'个内含子!9C4^M M D"$%9C4^M M D"<%9C4^M M D"C和9C4^M M D&$含有$个内含子!仅9C4^M M D"%含有<个内含子"图!#,比对\E NR D D[蛋白序列并分析甜瓜其成员保守的结构域显示!甜瓜中的\E NR D D[蛋白均至少含有一个g+T#->F G=`F结构域!&%个蛋白中的&#个蛋白含有!个g+T#->F G=`F结构域!只有\E NR D D["&%\E NR D D["!%\E NR D D[&"%\E? NR D D[&#只含有&个g+T#->F G=`F结构域"图##,K利用g D g D网址分析\E NR D D[蛋白序列的保守基序"图'#!结果显示!除\E NR D D[&<外!其他蛋白都含有'个以上的保守基序,其中!\E NR D D[&$和\E NR D D["'含有全部的C 个基序,另外!基序'被&<个蛋白所含有!是含有量最多的基序(而基序C仅有#个蛋白含有!是含有量最少的基序,此外!结果还显示具有相同或者相似保守基序的蛋白!比如\E NR D D["#% \E NR D D["C和\E NR D D["(!\E NR D D[&&和\E NR D D[&!!\E NR D D["<和\E NR D D["%被聚集到相同的组中的可能性更大,-#($&-寿伟松!等/甜瓜NR D D[基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析图;<甜瓜9C4^M M D基因在染色体上的定位=)1>;K[*W6*]H E H>H E W G H6F G=0F+=H2H B9C4^M M D=2E W G H2表;<甜瓜9C4^M M D基因的特征,80#;K\*F]F6+W]=>+=6>H B+*W9C4^M M D S W2W>=2E W G H2基因名称Z W2W2F E W 基因:8Z W2W:8染色体位置\*]H E H>H E WG H6F+=H2氨基酸长度_]H+W=2G W2S+*-F F跨膜结构域[]F2>E W E5]F2W^H E F=2>亚细胞定位NV56W G G VG F]G H6F G=0F+=H2蛋白分子量g H G W6VG F].W=S*+-dV等电点:>H W G W6+]=6,H=2+9C4^M M D"&g D P9#\"!%"%<;!6*]""$!##&"<'//!###(C#"b#!"''细胞膜_G F>E F E W E5]F2W!!;$#C;#C9C4^M M D"!g D P9#\"""!"";!6*]""$&"<C""'<//&"<C!$<<"b#&(#'液泡膜j H6VH G W E W E5]F2W!&;<&C;"!9C4^M M D"#g D P9#\"!<&C';!6*]"!$!<C<$'%!//!<C<%#(%")#!(<%细胞膜_G F>E F E W E5]F2W##;"&(;$(9C4^M M D"'g D P9#\"!<&C#;!6*]"!$!<C%!'#&//!<C%'&"$")#!(%%细胞膜_G F>E F E W E5]F2W##;#$C;<(-'($&-浙江农业学报K第#$卷K第%期续表&\H 2+=2VW ^[F 5G W &基因名称Z W 2W 2F E W基因:8Z W 2W :8染色体位置\*]H E H >H E W G H 6F +=H 2氨基酸长度_]H +W =2G W 2S +*-F F跨膜结构域[]F 2>E W E 5]F 2W ^H E F =2>亚细胞定位NV56W G G VG F ]G H 6F G =0F +=H 2蛋白分子量g H G W 6VG F ].W =S *+-dV 等电点:>H W G W 6+]=6,H =2+9C 4^M M D "$g D P 9#\""C'&%;!6*]"#$$%'('#&//$%$%%C#"b #!$!%细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W !%;<<';$"9C 4^M M D "<g D P 9#\""(($&;!6*]"'$!%C'!%'#//!%C'%(%$")#!'C %细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W !C;!"C;("9C 4^M M D "%g D P 9#\""(($";!6*]"'$!%C$$"!%//!%C$%$%"")#!#'%细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!<;"!C;<<9C 4^M M D "C g D P 9#\""C<%';!6*]"$$&<(!!//&<(!<%"#")#!<!%细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W#";"((;#'9C 4^M M D "(g D P 9#\"#&!#!;!6*]"$$&<('"&'!//&<('##""")#!&!<细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!';#"&";!"9C 4^M M D &"g D P 9#\""';!6*]"$$!$###(($//!$##$<%#")#&$&$液泡膜j F 6VH G W E W E 5]F 2W&<;$(C;C'9C 4^M M D &&g D P 9#\"&<!$(;!6*]"%$!!C'"&$C //!!C'#&<!"b #!<!%细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!(;"C (;!C 9C 4^M M D &!g D P 9#\""$%$C;!6*]"($!'"!##''//!'"!$(<<"b #!<$%细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!(;&$&";"'9C 4^M M D &#g D P 9#\""$C<(;!6*]"($!'C%&&%%//!'C%'"&C "b #!"C $细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!#;$&(;&$9C 4^M M D &'g D P 9#\"!!#'&;!6*]&&$#!(C"&$$//#!(C!'CC ")#!%#<细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W#";CC (;#%9C 4^M M D &$g D P 9#\""!#C&;!6*]&!$!''$&'(#//!''$#'"#"b #!(&%内质网D 2^H ,G F >E =6]W +=6VG VE#!;C%<;($9C 4^M M D &<g D P 9#\""!#C";!6*]&!$!''<&<($//!''<#<'""b #!'!$细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!%;#C (;!!9C 4^M M D &%g D P 9#\""!!$<;!6*]&!$!$#"%$#<//!$#"C%%$")#&C#$细胞膜_G F >E F E W E 5]F 2W!&;"#(;<%图@<甜瓜9C 4^M M D 基因结构分析=)1>@KZ W 2W >+]V6+V]W F 2F G 3>=>H B 9C 4^M M D =2E W G H 2-$($&-寿伟松!等/甜瓜NR D D [基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析蓝色方块代表跨膜结构域/i G VW >JVF ]W >]W ,]W >W 2++]F 2>E W E 5]F 2W ^H E F =2>/图A<甜瓜\E NR D D [蛋白结构=)1>A K_]H +W =2>+]V6+V]W H B \E NR D D [=2E W G H2O !甜瓜\E NR D D [蛋白进化分析(i !甜瓜\E NR D D [蛋白保守基序分析,O !_*3G H S W 2W +=6+]W W H B \E NR D D [=2E W G H 2(i !\H 2>W ]`W ^E H +=B >H B \E NR D D [=2E W G H 2/图B<甜瓜\E NR D D [蛋白进化和保守基序分析=)1>B K_*3G H S W 2W +=6F 2F G 3>=>F 2^6H 2>W ]`W ^E H +=B >H B \E NR D D [=2E W G H 2!;#K植物中NR D D [蛋白的系统进化分析本研究利用拟南芥%黄瓜和甜瓜中NR D D [蛋白构建了系统发育树!来阐明该家族在植物中的进化关系,进化树表明!这些NR D D [蛋白被-<($&-浙江农业学报K 第#$卷K 第%期分成'个亚族"图$#,绝大多数成员被聚类在亚族#和$中,其中!亚族#包含C个O+NR D D[蛋白%C个\>NR D D[蛋白和%个\E NR D D[蛋白,亚族$含%个O+NR D D[蛋白%<个\>N? R D D[蛋白和%个\E NR D D[蛋白,亚族-包含!个O+NR D D[%!个\>NR D D[和!个\E NR D D[,而亚族%成员最少!且只包含来自甜瓜的&个"\E NR D D["&#和黄瓜的&个"\>NR D D[&%F#成员!这表明亚族%很可能是一个葫芦科特有的亚族!在进化和功能上具有特异的作用,!;'K甜瓜9C4^M M D基因的顺式作用元件分析为了解9C4^M M D基因对各种因素的响应!我们分析了9C4^M M D基因上游启动子的顺式调节元件,结果发现!在9C4^M M D基因启动子中发现许多与激素响应%应激响应%发育相关以及光响应的元件"表!%表#%表'#,激素响应元件包含!种脱落酸响应元件"O i a D和Z\?E H+=B#%&种生长激素响应元件"[Z O?W G W E W2+#%!种茉莉酸甲酯响应元件"\Z[\O?E H+=B和[Z O\Z?E H+=B#%!种赤霉素响应元件"Z O a D?E H+=B和_?5H4#和&种水杨酸响应元件"[\O?W G W E W2+#"表!#,其中!脱落酸响应元件"O i a D#数目最多!在&'个9C N4^M M D基因的启动子上均被检测到,应激响应元件包含了&种厌氧响应元件"O a D#%!种干旱响应元件"g i N和g@\#%&种伤害响应元件"R X T?E H+=B#和#种防御和胁迫响应元件"g@i% R?5H4和[\?]=6*W G W E W2+#"表##,其中!g@\和g@i元件在所有的9C4^M M D基因的启动子上均图C<基于拟南芥 黄瓜和甜瓜中的NR D D[蛋白的系统发育树=)1>C K_*3G H S W2W+=6+]W W H B NR D D[>B]H EO]F5=^H,>=> 6V6VE5W]F2^E W G H2-%($&-寿伟松!等/甜瓜NR D D[基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析有分布!这暗示了9C 4^M M D 基因可能参与甜瓜干旱和防御的响应过程,光响应元件涉及种类众多!9C 4^M M D 基因的启动子上均有分布"表'#,其中!i H 4'和Z ?5H 4是9C 4^M M D 基因的启动子上含有的最多的!个元件,发育相关的响应元件包含与分生组织表达相关"\O [?5H 4#%昼夜节律调节"6=]6F ^=F 2#%叶肉细胞分化"Y 8?e =,:#%黄酮类生物合成"g i N:#%玉米醇溶蛋白代谢调节"9!?>=+W #%胚乳发育相关"Z \T 'pE H +=B #和种子特异性调节"a @?W G W E W 2+#响应元件,这些结果表明!9C 4^M M D 基因通过各种环境适应参与多种生理过程,!;$K 甜瓜9C 4^M M D 基因的组织表达以及响应枯萎病和白粉病的表达分析为研究9C 4^M M D 基因在不同器官中的转录表达水平!本研究对其在甜瓜品种\*F ]W 2+F =>的表@<甜瓜9C 4^M M D 基因启动子上激素和应激相关顺式作用元件,80#@K 9'/?W G W E W 2+>=2+*W ,]H E H +W ]>H B ,V+F +=`W 9C 4^M M D S W 2W >+*F +F ]W ]W G F +W ^+H *H ]E H 2W F 2^>+]W >>]W >,H 2>W >基因名称Z W 2W 2F E W激素响应相关元件数量T VE 5W ]H B *H ]E H 2W ]W >,H 2>W ?]W G F +W ^W G W E W 2+应激响应相关元件数量T VE 5W ]H B >+]W >>]W >,H 2>W ?]W G F +W ^W G W E W 2+O i a D [Z O ?W G W E W 2+\Z [\O ?E H +=B[Z O \Z ?E H +=B Z O a D ?E H +=B _?5H 4[\O ?W G W E W 2+O a DZ \?E H +=B g i N[\?]=6*]W ,W F +>R X T ?E H +=B g @i g @\R?5H 49C 4^M M D "&""&&""&"""&"!&"9C 4^M M D "!#"&&&""&""&"#!"9C 4^M M D "##"&&&"&#"&""'!&9C 4^M M D "'&""""&&!""""'#"9C 4^M M D "$#""""""&""""<&"9C 4^M M D "<"&!!"""&"&&"!'&9C 4^M M D "%&!&&""""""""&!"9C 4^M M D "C %!"""""#&"""&#"9C 4^M M D "(&!&&""'$""&&#'#9C 4^M M D &"""&&"""#""!$&'"9C 4^M M D &&&"!!""""""!"!%"9C 4^M M D &!&"!!""&!""""!!"9C 4^M M D &#!""""!"&""""''&9C 4^M M D &'&""""&&&"&&"!'"9C 4^M M D &$#""&"&"!"""&&!&9C 4^M M D &<&&"""&&!""&"!!"\E4^M M D &%""""""&#"&&"'#"表A<甜瓜9C 4^M M D 基因启动子上光响应相关顺式作用元件,80#A K 9'/?W G W E W 2+>=2+*W ,]H E H +W ]>H B ,V+F +=`W 9C 4^M M D S W 2W >+*F +F ]W ]W G F +W ^+H G =S *+]W >,H 2>W基因名称Z W 2W 2F E W光响应相关元件数量T VE 5W ]H B G =S *+]W >,H 2>W ?]W G F +W ^W G W E W 2+Z O [O ?E H +=BO [\?E H +=B Z F ,?5H 4O \D i H 4'g a D #?O A &5=2^=2S >=+W Z O ?E H +=B [\\\?E H +=B O [\[?E H +=B :?5H 4P ?5H 4[\[?E H +=B Z ?5H 46*>?\g O &F O [&?E H +=B O D ?5H 4Z [&?E H +=B O O O \?E H +=B9C 4^M M D "&!"""C """"&"""&&&""&9C 4^M M D "!"""""""""""""!"""""9C 4^M M D "#""""""""""""&#&""!"9C 4^M M D "'&"""'"""""&""!"""&&9C 4^M M D "$""""!"""&"""&#&&"&"9C 4^M M D "<!""&'""&&"!""""""""9C 4^M M D "%""""%"""""""!&"""!"9C 4^M M D "C &"""'"""""&"&#""&""9C 4^M M D "(""""!&&"""""&&"""""9C 4^M M D &"&"""#!&"""""'""""""9C 4^M M D &&#"""&&""""""!&"""""9C 4^M M D &!&""&!"""""&""&""&&"9C 4^M M D &#!"""&&"""""""!&""!"9C 4^M M D &'""&"!"""""""!&""&""9C 4^M M D &$""&&%&"""""&!'"&"!"9C 4^M M D &<!"""!""&&""""&"""'"\E 4^M M D &%"&""'&"&"&""""&"!""-C ($&-浙江农业学报K 第#$卷K 第%期表B<甜瓜9C 4^M M D 基因启动子上发育相关顺式作用元件,80#B K 9'/?W G W E W 2+>=2+*W ,]H E H +W ]>H B ,V+F +=`W 9C 4^M M D S W 2W >+*F +F ]W ]W G F +W ^+H ^W `W G H ,E W 2+基因名称Z W 2W 2F E W 发育相关元件数量T VE 5W ]H B ^W `W G H ,E W 2+?]W G F +W ^W G W E W 2+\O [?5H 46=]6F ^=F 2Y 8?e =,&g i N:9!?>=+W Z \T 'pE H +=B a @?W G W E W 2+9C 4^M M D "&&""""""9C 4^M M D "!"""""""9C 4^M M D "#""""&""9C 4^M M D "'"""""""9C 4^M M D "$""&"&""9C 4^M M D "<&&"""""9C 4^M M D "%"""""&"9C 4^M M D "C """""""9C 4^M M D "("&"""""9C 4^M M D &""""&"""9C 4^M M D &&&""""""9C 4^M M D &!"""""""9C 4^M M D &#"&""&"&9C 4^M M D &'""""&""9C 4^M M D &$"""&&""9C 4^M M D &<"""&"""\E 4^M M D &%"&"""""根%叶%果实以及雌花和雄花中的a T O ?NW J 数据进行了分析,热图反映了9C 4^M M D 基因的表达模式!结果显示!除了9C 4^M M D "C 和9C N 4^M M D "(!其他9C 4^M M D 成员都可以在一个或者几个器官组织中被检测到"图<?O #,相比于叶和果实!雌花%雄花和根中检测到的基因较多,其中!9C 4^M M D "$和9C 4^M M D &'在雄花中有显著的E a T O 积累!9C 4^M M D &#在果实中的表达量较高,为了进一步探究9C 4^M M D 基因在果实不同发育时期的表达情况!本研究分析了绿肉和橙肉甜瓜"来源于8VG 6W 与[F E ?8W .杂交的A #群体#的a T O ?NW J 数据,结果发现!9C N 4^M M D "&%9C 4^M M D "#%9C 4^M M D &&和9C N4^M M D &#在甜瓜不同果实发育时期的表达量均比较高!而9C 4^M M D "$在果实发育早期表达量较高!9C 4^M M D &#在果实成熟期表达量较高,除此之外!其他9C 4^M M D 基因在果实发育时期表达量都较低"图<?i #,为了探究9C 4^M M D 基因对生物胁迫的响应!本研究分析了抗病品种T O 8和感病品种)S ]W W 2p *和)H ]F 2S W p *表示8VG 6W 与[F E ?8W .杂交的A #群体中的绿肉和橙肉甜瓜,)S ]W W 2p *F 2^)H ]F 2S W p *]W ,]W >W 2+S ]W W 2?F 2^H ]F 2S W ?B G W >*W ^E W G H 2>=2+*W A #,H,VG F +=H 26]H >>W ^5W +.W W 28VG 6W F 2^[F E ?8W ./图D<甜瓜9C 4^M M D 基因在不同组织 O 和不同果实发育时期 i 的表达热图=)1>D KD 4,]W >>=H 2*W F +E F ,H B 9C 4^M M D S W 2W >=2^=B B W ]W 2++=>>VW > O F 2^F +^=B B W ]W 2+B ]V=+^W `W G H ,E W 2+F G ,W ]=H ^> i-(($&-寿伟松!等/甜瓜NR D D [基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析\*F ]W 2+F =>?["\Y [#的茎组织对枯萎病响应的a T O ?NW J 数据,结果显示!感染尖孢镰刀菌!'*后!抗病品种T O 8中9C 4^M M D &!%9C 4^M M D &#%9C 4^M M D &'和9C 4^M M D &$有一个稍显著的表达下降外!其他9C 4^M M D 基因表达变化不大(感病品种\Y [中9C 4^M M D &'的表达量出现明显下降"图%?O #,感染尖孢镰刀菌'C *后!9C N 4^M M D "<%9C 4^M M D "%%9C 4^M M D &"%9C N 4^M M D &#和9C 4^M M D &$在抗病品种T O 8中表现出表达下降!而9C 4^M M D "$%9C N 4^M M D "<%9C 4^M M D "(%9C 4^M M &"和9C N4^M M &!在感病品种\Y [中则表现出上调表达,另外!本研究利用品种a H 6*W +幼叶的a T O ?NW J 数据分析其对白粉病的响应,结果显示!在白粉病菌G 1A1/O ,$*&$5$.#,''侵染!'*后!9C N 4^M M D "&%9C 4^M M D "!%9C 4^M M D "$和9C N 4^M M D &<的表达量上升(9C 4^M M D "'%9C N 4^M M D &"%9C 4^M M D &'和9C 4^M M D &$表达下调(侵染'C *后!整体情况与侵染!'*差不多!但9C 4^M M D &"却表现出表达上调(侵染%!*后!9C 4^M M D "&%9C 4^M M D "$和9C 4^M M D &'呈现出表达上调"图%?i #,T O 8和\Y [为甜瓜两个品种(A 9g 代表尖孢镰刀菌B ?3&;!侵染(6H 2+]H G 代表空对照(\E 代表9("(C '/C *)1(\U 代表空对照(_g 代表白粉病菌侵染,T O 8F 2^\Y [F ]W +.H `F ]=W +=W >H B E W G H 2(A 9g]W ,]W >W 2+>B (/$&'(C158/O 1&(CB ?3&;!=2H 6VG F +W ^(6H 2+]H G ]W ,]W >W 2+>E H 6d +]W F +E W 2+(\E]W ?,]W >W 2+>9("(C '/C *)1(\U]W ,]W >W 2+>E H 6d +]W F +E W 2+(_g ]W ,]W >W 2+>G 1A1/O ,$*&$5$.#,''=2H 6VG F +W ^/图E<甜瓜9C 4^M M D 基因在感染尖孢镰刀菌B ?3&;! O 和白粉病菌G 1A1/O ,$*&$5$.#,'' i 后的表达热图=)1>E KZ W 2W W 4,]W >>=H 2*W F +E F ,H B +*W W 4,]W >>W ^9C 4^M M D S W 2W >F B +W ]5W =2S =2B W 6+W ^.=+*B (/$&'(C 158/O 1&(C B ?3&;! O F 2^G 1A1/O ,$*&$5$.#,'' i#K结论与讨论糖是甜瓜果实积累的主要营养物质!也是甜瓜口感风味和商品价值的重要指标,NR D D [蛋白作为一个新发现的糖转运蛋白家族!可介导韧皮部薄壁组织中的糖流入或流出质外体!进而将糖输送到植物各个器官和组织&%!!"!#&',4^M M D基因已在多种植物中被鉴定!且许多研究表明!4^M M D 基因参与园艺作物果实的发育和成熟阶段的糖转运工作,但目前尚未有NR D D [家族基因在甜瓜中的研究报道,本研究鉴定甜瓜中的4^M M D基因将为今后深入探究4^M M D 基因功能和开发利用该基因家族以辅助甜瓜品质育种奠定基础,真核生物中NR D D [蛋白是由含!个g +T #->F G =`F 结构的%个跨膜结构域组成!不同于原核生物中的NR D D [蛋白仅包含&个g +T #->F G =`F 结构和#个跨膜结构域,Q VF 2等&C '认为!该现象表明真核生物中的NR D D [蛋白是原核生物的g +T #->F G =`F 结构域在进化过程中发生复制融合而形成,本研究通过全基因组搜索!共鉴定出&%个分布在(条染色体上的甜瓜NR D D [蛋白,蛋白结构显示!&%个\E NR D D [中有&#个具有!-""<&-浙江农业学报K 第#$卷K 第%期个完全保守的g+T#->F G=`F域!其余成员只拥有&个g+T#->F G=`F结构域"图##,相似地!在水稻和高粱中也发现一些4^M M D基因"?/4^M M D%$%/4^M M D%*%4S4^M M D#和4S4^M M D'#只含有&个g+T#->F G=`F结构域&&&',另外!与许多植物如大豆%黄瓜和西瓜中的部分4^M M D基因相似! 9C4^M M D"#和9C4^M M D"'%9C4^M M D"<和9C4^M M D"%%9C4^M M D"C和9C4^M M D"(%9C N4^M M D&$和9C4^M M D&<在相同的染色体上展现出串联重复排列"表&#&(!&<!!'',这些结果表明!NR D D[蛋白在进化过程中可能会发生复制%融合或遗传丢失,基于拟南芥NR D D[系统分类!甜瓜的NR D D[蛋白也被分为'个进化支"图$#,与此前分类不同的是!本研究中的分支#包含了拟南芥的#和$两个亚族!分支$与拟南芥的亚族%相同!分支-类与拟南芥的亚族-相同!唯有分支%不包含拟南芥任何一个NR D D[!仅含有黄瓜的\>NR D D[&%F和甜瓜的\E NR D D["&两个蛋白"图$#&!'',这种不同于十字花科的拟南芥中的系统进化现象!很可能是葫芦科植物"尤其是甜瓜和黄瓜上#特有的进化造成的,另外!拟南芥亚族-中的O+NR D D[&<和O+NR D D[&%蛋白被报告定位在液泡膜上!主要运输果糖&#&',本研究发现!与其聚类在同亚族的\E NR D D[!和\E NR D D[&"也被预测定位于液泡膜"表&#!这表明尽管本研究中的进化分类与拟南芥中的分类不同!但具有相似功能的蛋白依然被划分到同一个亚家族中,作为渗透压保护剂和分子开关!糖参与调节植物胁迫下的抗性和适应性&#!',研究发现!拟南芥的!#4^M M D'%!#4^M M D&&和!#4^M M D&!基因等参与响应各种非生物胁迫&!%)!C',在本研究中!所有的9C4^M M D基因的启动子区域都含有与胁迫"包括厌氧%干旱%伤害和防御#相关的元件!这表明9C4^M M D基因可能在参与调控甜瓜的非生物胁迫中起着重要作用,另外!9C4^M M D 基因的启动子区域还包含许多激素响应相关的元件!该发现不仅丰富了9C4^M M D基因的特点!也为后期开展9C4^M M D基因通过介导激素参与调节甜瓜生长发育研究提供了思路,许多研究表明!4^M M D基因多在花"尤其是雄花#和果实中高表达,在本研究中!多个9C N4^M M D基因在雄花中的表达量高于其他组织!这与之前报道一致,其中!9C4^M M D"$%9C N4^M M D"%和9C4^M M D&'基因在雄花中的表达量显著高于其他组织!暗示了这#个基因可能参与花粉的发育和花蜜的分泌,值得注意的是!组织表达a T O?NW J数据显示!除了9C4^M M D&&和9C4^M M D&#!大多数的9C4^M M D基因在果实中的表达量较低!但果实发育不同时期转录组数据结果显示!部分9C4^M M D基因在果实膨大期或者成熟期有较高的表达,本研究猜测两个结果不一致源于组织取样的差异,而9C4^M M D"&% 9C4^M M D"#%9C4^M M D"$%9C4^M M D&&和9C N4^M M D&#基因在果实发育时期的高表达暗示它们在甜瓜果实的生长发育过程中起着重要作用,为了生长和繁殖!许多病原体已经进化出通过影响糖外排系统而从宿主获得葡萄糖的机制,因此!病原体能够改变感染部位的糖外排系统来调节植物免疫&#',枯萎病是由尖孢镰刀菌引起的一种主要的土壤传播疾病!它定居于根和茎组织的外维管系统!严重破坏甜瓜的生长&##',与许多作物中4^M M D表达相似!本研究中的9C N4^M M D基因在感染尖孢镰刀菌后在抗病品种和感病品种之间表现出不同的表达模式,在感染!'*后!抗病品种中有'个9C4^M M D基因下调表达(感病品种中只有9C4^M M&'基因下调表达,在感染'C*后!抗病品种中下调基因增加到$个!而感病品种中的部分9C4^M M D基因却表现出上调表达,其中!9C4^M M D"<和9C N4^M M D&"基因在抗病和感病品种中表现出相反的表达趋势!暗示它们可能在甜瓜抗枯萎病中发挥关键作用,白粉病是甜瓜生产中主要真菌病害之一!严重危害甜瓜产量与品质&#'',本研究发现有<个基因能够被白粉病菌侵染诱导表达"图%?i#!表明他们在白粉病侵染过程中发挥正调控作用,其中!9C4^M M"&和9C4^M M"$基因在白粉病侵染的早%中和晚期的表达量均会上调!暗示这!个基因在响应白粉病的过程中有重要作用,参考文献 H#"#*#+$#&&&'Ka X O T@P!7:T@!@O T Z@7!W+F G/NVS F]=2,V+!E W+F5H?-&"<&-寿伟松!等/甜瓜NR D D[基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析Copyright©博看网. 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缺铁引起面包小麦转录组的变化
缺铁引起面包小麦转录组的变化导读植物体内一系列复杂的转运，存储和调节机制控制着铁代谢，从而维持体内的铁稳态。
尽管关于不同植物物种对缺铁响应的研究很多，但耕种最广泛的商业作物六倍体小麦的这些机制仍不清楚。
在铁限制条件时，作者使用RNA测序揭示了小麦旗叶和根中的转录组变化。
分别在旗叶和根中鉴定出5969和2591个差异表达基因（DEG）。
在铁缺乏时，参与铁配体合成的基因，即烟草胺（NA）和脱氧麦根酸（DMA）显著上调。
在根和旗叶中分别共有337和635个编码转运蛋白的基因表达发生变化。
调节了与主要促进因子超家族（MFS），ATP结合盒（ABC）转运蛋白超家族，天然抗性相关巨噬蛋白（NRAMP）家族和寡肽转运子（OPT）家族相关的几个基因，表明它们在植物对抗缺铁胁迫中的重要作用。
在调节因子中，编码碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）家族的转录因子的基因在根和旗叶中均被上调。
茉莉酮酸酯的生物合成途径显著变化，但根与旗叶之间的表达差异明显。
同源物表达和归纳偏置分析揭示了亚基因组特异性差异表达。
本研究结果提供了小麦响应缺铁胁迫的调控分子过程的综合概述，该结果可能成为育种耐缺铁胁迫作物及设计适当的小麦铁生物强化策略的指南。
实验设计结果1 响应缺铁胁迫的DEG在不同样本之间产生了12.92到2,509万的高质量的片段。
其中，IWGSC小麦基因组装配RefSeq v1.0的HC基因比对有50.69％至70.34％的片段比对成功（附表1）。
缺铁条件下，在旗叶中鉴定出5969个差异表达基因（FDR <0.05，倍数变化≥2），其中4226个基因上调，1743个基因下调（图1）。
与旗叶相比，根样品的DEG数量（2591个基因）较少，其中有1186个上调基因和1405个下调基因（图1）。
旗叶和根共享684个DEG，其中472个基因在两个组织之间表现出相似的表达模式。
在这472个基因中，两个组织中的343个基因被上调，而129个基因被下调。
国际植物分子育种最新研究进展
国际植物分子育种最新研究进展
近年来，随着基因组测序技术的不断发展，国际植物分子育种取得了
许多重要的研究进展。
这些研究成果不仅有助于提高植物的遗传改良效率，还为粮食安全和环境保护提供了新的思路和手段。
以下是国际植物分子育
种的最新研究进展：
首先，通过基因组测序技术，国际科学家们成功鉴定并分析了许多重
要农作物的基因组信息。
例如，在水稻领域，国际水稻基因组计划（IRGSP）完成了水稻基因组的测序和注释工作，为水稻的遗传改良提供
了重要的基础。
在小麦领域，国际小麦基因组计划（IWGSC）团队成功测
序了小麦的基因组，揭示了小麦的遗传多样性和基因组结构，为小麦的选
育工作提供了重要参考。
这些基因组数据的公开和分享，为植物分子育种
研究者提供了重要的资源。
其次，通过基因组信息的分析，国际科学家们鉴定了许多与农作物重
要农艺性状有关的基因。
这些性状包括抗病性、抗逆性、产量性状等。
例如，在水稻抗逆性研究中，科学家们通过比较多个水稻品种的基因组信息，发现了多个与水稻耐旱、耐盐等抗逆性状相关的基因。
这些基因的发现为
培育抗逆性强的水稻品种提供了重要的分子标记和基因资源。
最后，国际植物分子育种的最新研究进展还包括对植物基因组的系统
功能研究。
通过对植物基因组的功能元件如启动子、转录因子结合位点等
进行研究，科学家们揭示了植物基因调控网络的建立和调控机制。
这些研
究成果为植物遗传改良的深入理解和精确调控提供了科学依据。
拟南芥AtTR1相互作用蛋白质筛选和鉴定
拟南芥AtTR1相互作用蛋白质筛选和鉴定朱旭辉;黄奎;姚润东;彭露;裴林森;刘志斌;王健美【摘要】本研究利用酵母双杂交系统筛选与E3连接酶A t T R1存在相互作用的靶蛋白.首先,根据AtTR1所含有的结构域,我们对其进行了不同程度的截断以及点突变处理,以验证其各个片段的自激活活性和毒性.最终我们选取A t T R1-△119为诱饵蛋白对拟南芥归一化通用型cDN A文库进行筛选.结果初步获得了13个与其有潜在互作的候选蛋白.经酵母正向和反向多次验证发现转化了AtTR1与CURT1C 和AtTR1与SWEET5的酵母在三缺和四缺培养基中均正常生长,而且在含有X-α-gal的培养基中出现蓝斑.双分子荧光互补技术也证明AtTR1与CURT1C或SWEET5之间也有相互作用.%In this study,yeast two-hybrid system was used to screen the target protein that interacts with AtTR1,an E3 ligase.First of all,according to the domains of AtTR1,we truncated and mutated it to some extent and verified their self-activation activity and toxicity.Finally,we selected AtTR1-△119 as the bait protein to screen Arabidopsis thaliana Normalized universal cDNA library.As a result, 13 candidate proteins with potential interactions were obtained.Multiple validation with forward and re-verse two-hybrid system revealed that diploid yeast containingAtTR1&CURT1C or AtTR1 &SWEET5 grew on SD/-T rp/-Leu/-His and SD/-T rp/-Leu/-His/-Ade/X-α-gal minimal media and generated blue-colored product.BiFC technique also demonstrated that AtTR1 interacts with CURT1C or SWEET5. All this will lay a foundation for better understanding of its functions and molecular mechanism.【期刊名称】《四川大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(055)002【总页数】6页(P419-424)【关键词】拟南芥;E3连接酶AtTR1;酵母双杂交;类囊体膜曲率相关蛋白1C;蔗糖转运蛋白5【作者】朱旭辉;黄奎;姚润东;彭露;裴林森;刘志斌;王健美【作者单位】四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065【正文语种】中文【中图分类】Q9451 引言本实验室之前从油菜中克隆到一个参与热胁迫应答并可提高植物热耐受性的基因，简写为BnTR1(Thermal Resistance 1)[1]，在后续研究中发现其定位于细胞膜且在体外具有E3泛素连接酶活性[2].在油菜中，BnTR1的过表达株系对热、盐、双氧水和甘露醇模拟干旱等逆境胁迫表现出很强的抗性[2]，另外该株系还表现出一定的铀耐受性[3].在烟草中，BnTR1的转基因株系也表现出对盐和干旱的抗性[4].同样的，BnTR1的转基因的水稻不仅表现出对热的耐受性提高，而且产量也得到了提高[5].研究证明拟南芥的AtTR1与钙离子信号通路高度关联，并且可对多个钙依赖性蛋白激酶进行泛素化修饰，另外该基因的表达受盐诱导[5].本研究的对象为AtTR1，其与BnTR1的核苷酸序列相似性高达86%，且氨基酸序列中都含有一个C4HC3型的RING结构域.将AtTR1基因转入大肠杆菌之后，可以提高微生物的耐热性，这一功能与BnTR1相同.近年来，温室效应导致全球气温上升，植物的生长受到严重的影响，农作物的生产面临高温逆境的严重挑战.鉴于TR1所具有的耐热性，因此其在应用前景上非常的广阔.可不论是BnTR1还是AtTR1，二者既不属于热激蛋白也不是热激转录因子，而是单因子耐热，因此在体内找到与AtTR1互作的蛋白，推断其参与的信号途径就显得格外重要.我们选用了Clontech的MatchMaker系列酵母双杂交系统，以拟南芥为模型，筛选拟南芥cDNA文库中与AtTR1互作的蛋白，希望能为植物抗逆机制的研究提供新的线索.2 材料与方法2.1材料与试剂克隆菌株DH5α和用于烟草瞬时转化根癌农杆菌GV3101及相应的双分子载体pSAT1-nEYFP-N1和 pSAT1-cEYFP-N1均为本实验室留存；拟南芥cDNA文库和酵母双杂交系统试剂盒购买自Clontech公司.Taq DNA polymerase、PrimeSTAR Max DNA Polymerase、限制性内切酶和T4 DNA连接酶均购买于TaKaRa公司；同源重组试剂盒CloneEZ；离心柱型DNA纯化回收试剂盒购买自天根生化科技(北京)有限公司；AureobasidinA(AbA)和X-α-gal及所有的酵母培养基购自Clontech公司.其余无机试剂均为分析纯产品.2.2 实验方法2.2.1 酵母双杂交(Y2H)及自激活验证将目的基因克隆到BD(pGBKT7)载体上后，转化酵母AH109菌株，涂布于缺色氨酸(SD/-Trp)的酵母固体培养基上，30℃培养3d.待酵母长出后，挑取酵母单克隆于缺色氨酸的酵母液体培养基(SD/-Trp)中，30℃，220r/min，振荡培养12～16h.用移液器量取5μl培养物滴在缺色氨酸缺组氨酸缺腺嘌呤(SD/-Trp/-His/-Ade)的三缺固体培养基上进行自激活检验，培养3d后如果没有长出菌落，说明该蛋白没有自激活活性.将已克隆的含有目的片段的AD(pGADT7)转化入上述已含有BD的菌株中，涂布于缺色氨酸缺亮氨酸(SD/-Trp/-Leu)两缺固体培养基上，30℃培养3d待酵母长出后，挑取单菌落于SD/-Trp/-Leu两缺液体培养基中，30℃，220r/min，振荡培养12h后，用移液器移取5μL分别滴在SD/-Trp/-Leu两缺、SD/-Trp/-Leu/-His三缺和SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade/X-α-gal四缺固体培养基上培养3d后，照相记录.bait 载体为pGBKT7，prey 载体为pGADT7.2.2.2 拟南芥酵母文库筛选的方法挑选2-3mm大小的诱饵酵母单斑(BD- TR1-△119)接种于50mL SD/-Trp液体培养基中，30℃，250～270 r/min过夜培养16～20h，直到OD600达到0.8，4℃，然后1000×g离心5 min，弃上清；接着用4～5mL SD/-Trp液体培养基重悬酵母细胞.室温融化1mL酵母文库和上一步所得诱饵酵母菌混合在2 L的锥形瓶中，加入45mL 2×YPDA(含50μg/mL Kana)液体培养基，并用1mL 2×YPDA清洗酵母文库的EP管，重复一次，将液体加入到锥形瓶，30℃，30～50r/min培养20～24h.20h后，吸取一滴培养液在显微镜40×条件下观察，如能观察结合子就继续下一步，如果观察不到结合子则继续培养4h.收集细胞，4℃，1000×g离心10 min，弃上清；与此同时，用50mL 0.5×YPDA(含50μg/mL Kana)液体培养基清洗2L锥形瓶2次将瓶壁上的细胞洗净并用清洗液重悬，再次收集细胞，4℃，1000×g离心10 min.用10mL 0.5×YPDA(含50μg/mL Kana)液体培养基重悬细胞.将重悬液涂布于SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade平板(约60个，每个平板涂布150μL)，30℃，培养5～7d.2.2.3 酵母菌落PCR方法挑选2～3mm大小的酵母菌斑于含20μL 0.02% SDS的1.5mL离心管中，涡旋30s，加入180μL ddH2O 吹打混匀，12000r/min，瞬时离心15s，吸取上清液2μL作为PCR模板(20μL体系).2.2.4 双分子荧光互补(BiFC) 将需要转化的质粒转入农杆菌GV3101，然后振荡培养至OD600= 1.0～1.2，3000 r/min离心30 min收集菌体，用LM缓冲液(10 mM氯化镁，10 mM MES，200 μM乙酰丁香酮)重悬至OD600=0.4～0.6，p19的OD600= 0.8～1.0，用注射器对4周大烟草叶片的下表皮进行注射，使菌液充满整个叶片，黑暗放置过夜后正常培养3d后用激光共聚焦显微镜观察.3 研究结果3.1 AtTR1的生物信息学分析及诱饵蛋白的自激活性检测通过SMART (Simple modular architecture research tool)网站和在线预测软件TMHMM对AtTR1蛋白的保守结构域进行了分析[6,7]，结果表明在AtTR1蛋白的N端含有一个C4HC3型RING结构域，C端有两个跨膜结构域，一个在220～240 之间，另一个在180～200 之间(图1 A).图1A所示的TR1-△119表示把TR1截短到第119位氨基酸处；TR1-△181表示把TR1截短到第181位氨基酸处；TR1-△181(PM)表示把TR1截短到第181位氨基酸处并把第98位的半胱氨酸图变成丙氨酸；TR1-△181(DM)表示把TR1截短到第181位氨基酸处并把第98位的半胱氨酸突变成丙氨酸，第95位的组氨酸突变成酪氨酸；TR1-FL 表示TR1全长；TR1-FL(PM) 表示把全长TR1的第98位的半胱氨酸突变成丙氨酸.将相应的AtTR1片段克隆到BD(pGBKT7)载体上后，在三缺的固体培养基上进行自激活检验，正对照为AD-T/BD-53，负对照为AD-T/BD-Lam.结果显示存在自激活的片段有TR1-△181、TR1-△181(PM)和TR1-△181(DM)(图1 B)；没有自激活的片段有TR1-△119、TR1-FL 和TR1-FL(PM).这可能因为截断导致AtTR1的空间结构发生变化，具有了转录激活活性.再者Clontech的MatchMaker系列酵母双杂交系统是基于酵母转录因子GAL4，所以该系统适合筛选定位在细胞质和细胞核中的蛋白，而AtTR1含有两个跨膜结构域，是一个膜定位的蛋白质，所以我们最终采用TR1-△119进行文库筛选.图1 AtTR1的自激活验证A．用于酵母双杂交筛选中的AtTR1截短片段的示意图B.AtTR1截断片段自激活验证的结果SD/-Trp表示缺色氨酸(Trp)的培养基；SD/-Leu/-His /-Ade表示缺亮氨酸(Leu)、组氨酸(His)和腺嘌呤(Ade)的培养基Fig.1Test TR1 for autoactivationA.Schematic representation of TR1 deletion con structs used in yeast two-hybrid screensB.The result of TR1 deletion constructs autoactivation SD/-Leu/-Trp stands for synthetic defined (SD) medium lacking leucine (Leu) and try ptophan (Trp)；SD/-Leu/-Trp/-His stands for synthetic defined (SD) medium lacking leucine (Leu), tryptop han (Trp) and Adenine (Ade)3.2 PCR扩增、测序及序列比对将pGBKT7-TR1-△119酵母转化菌与拟南芥cDNA文库杂交后，涂布四缺培养基(平板直径150mm)上，30℃，培养5～7d.挑取长势较好的单菌落，再次转接到含AbA的四缺培养基上验证.用Taq DNA polymerase对平板上的阳性克隆进行菌液PCR检测.图2所示的是部分酵母阳性克隆菌落PCR扩增结果，扩增出来的条带，即表示阳性克隆中prey载体的插入片段.将PCR产物送成都擎科生物科技有限公司测序分析，测序结果通过NCBI中的Genbank进行blast分析，blast结果见表1，大致将结果可分成酶、分子伴侣蛋白、转运蛋白、转录因子及后续进一步研究的CURT1C和SWEET5等.3.3 Y2H验证AtTR1与CURT1C或SWEET5的相互作用将构建好的pGADT7-TR1别于与pGBKT7-CUR1C、pGBKT7- SWEET5共转化至AH109后，涂布于二缺的固体培养基上，30 ℃培养3d，待酵母长出后，挑取单菌落在二缺液体培养基中30 ℃ 220 r/min振荡培养12 h，移取5μL分别滴在二缺、三缺和含40μg/mL X-α-gal的四缺固体培养基上，30 ℃培养3d.在二缺、三缺和四缺平板上均正常生长，且在四缺培养基中出现蓝斑(图3)，说明AtTR1与CUR1C或SWEET5存在相互作用.AD-T/BD-53为正对照，AD-T/BD-Lam为负对照.图2 PCR产物凝胶电泳检测M表示DNAmarker(DL2000);1-24是PCR产物Fig.2Gel electrophoresis of PCR product.M: DNA molecular weight marker (DL 2 000);1-24：PCR products表1 AtTR1互作蛋白基本信息总结Tab.1Summary of AtTR1 candidate interacting protein basic information基因编号名称功能注释AT4G25150AT2G37940AT3G14080AT5G28540AT1G52220AT5G61250AT1G 76440AT5G62850AT1G71960AT5G61580AT5G42020AT1G50700AT5G1513 0HADsuperfamily，subfamilyIIIBacidphosphataseATIPCS2LSM1B，SM⁃LIKE1BBIP1CURT1CATGUS1HSP20⁃likechaperonessuperfamilyproteinA TSWEET5ABCG25(ATP⁃bindingcassette，ABC)PFK4BIP2CPK33ATWRKY72酸性磷酸酶活性肌醇磷脂酰神经酰胺合成酶2小核糖核蛋白结合蛋白(BiP)是一类重要的分子伴侣参与类囊体膜的折叠糖苷水解酶像伴侣蛋白超家族蛋白HSP20蔗糖外排转运蛋白家族蛋白转运蛋白家族，是目前发现的最大的蛋白家族之一磷酸果糖激酶4结合蛋白(BiP)是一类重要的分子伴侣植物特有的一类依赖钙激活的蛋白激酶WRKY转录调控因子家族3.4 BiFC验证AtTR1与CURT1C或SWEET5的相互作用将构建好的pSAT1-nEYFP-TR1 分别与pSAT1-cEYFP-CUR1C和pSAT1-cEYFP-SWEET5共同瞬时转化烟草叶肉细胞，48h后，在515nm黄光激发光、100×物镜激光共聚焦显微镜下观察荧光(黄色)信号，同时设置pSAT1-nEYFP-MOB1与pSAT1-cEYFP-SIK1为阳性对照，pSAT1-nEYFP-TR1与pSAT1-cEYFP、pSAT1-cEYFP-CUR1C与pSAT1-nEYFP和pSAT1-cEYFP-SWEET5与pSAT1-nEYFP为阴性对照.在激光共聚焦显微镜下检测到黄色荧光信号，表明AtTR1与CURT1C或SWEET5存在相互作用，但信号强度略若于阳性对照(图4A和B)，而且可以观察到它们的相互作用是定位于细胞膜.4 讨论泛素化系统的分子识别和特异性是由E3 RING决定，细胞内许多蛋白质均可被泛素化途径识别和修饰，包括细胞表面受体、信号转导蛋白、转录因子和参与细胞分裂的蛋白等，因此泛素化途径可参与到细胞信号传导、细胞周期、应激反应、细胞分化和植物耐受非生物胁迫等的调节过程中.泛素化系统调节这些过程的普遍机制是通过26S蛋白酶体途径调节泛素化底物的水平来调节相应的细胞过程[8].AtR1含有RING锌指结构域，是一个C4HC3型锌指蛋白，在体外具有E3泛素酶活性.因此，找到AtR1的底物蛋白就变得很关键.图3 TR1与CURT1C或SWEET5酵母双杂交分析SD/-Leu/-Trp表示缺少亮氨酸(Leu)和色氨酸(Trp)的培养基.SD/-Leu/-Trp/-His表示缺少亮氨酸(Leu)、色氨酸(Trp)和组氨酸(His)的培养基.SD /-Leu/-Trp/-His/-Ade/ X-α-gal表示缺少亮氨酸(Leu)、色氨酸(Trp)、组氨酸(His)和腺嘌呤(Ade)但是包含有X-α-gal的培养基Fig.3Y2H results show that TR1 interacts with CURT1C and SWEET5SD/-Leu/-Trp stands for synthetic defined (SD) medium lacking leucine (Leu) and try ptophan (Trp)； SD/-Leu/-Trp/-His stands for synthetic defined (SD) medium lacking leucine (Leu), tryptop han (Trp) and histidine (His); SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade/X-α-gal stands for synthetic defined (SD) medium lacking leucine (Leu), tryptop han (Trp), histidine (His) and Adenine (Ade), but containing X-α-gal SWEET(sugars will eventually be exported transporters)是近几年通过荧光共振能量转移传感器手段新鉴定得到的一类参与葡萄糖、蔗糖，以及其他糖类运输蛋白质[9].SWEET包括7次跨膜α-螺旋，两个重复的跨膜结构域；并具有低亲和性双向运输的特点，而且对能量和pH值不产生依赖[10-12].SWEET广泛存在于真核生物中，包括单核生物、高等植物和动物等.最近研究发现，在原核生物中存在SemiSWEET蛋白，它是SWEET的同源蛋白，并且具有相似的功能[13].除了参与糖转运以外，研究还发现在冷环境胁迫下，拟南芥中AtSWEET15基因会发生上调表达；在干旱和高盐的逆境胁迫时，该基因也可以被诱导表达[14].Klemens等人发现定位于液泡膜上的AtSWEET16和AtSWEET17基因作为同系物，共同参与逆境胁迫[15].Bauer等人的研究发现，在干旱条件下，SWEET5在叶片保卫细胞中的表达量增加了2～6倍，说明SWEET5可能是直接参与糖作为渗透调节物质运输的过程，或者是作为相对湿度信号机制的一部分参与细胞壁的装载[16].图4 AtTR1与CURT1C或SWEET5双分子荧光互补分析Fig.4BiFC results showing that AtTR1 interacts with CURT1C and SWEET5高等植物及一些绿藻的叶绿体最显著的一个特征就是类囊体膜分化为基粒膜区和基质膜区.基粒是指叶绿体中紧密垛叠的类囊体部分，与基粒相连的非垛叠的膜为基质类囊体.基粒膜和基质膜互相连接形成一个连续的膜系统.植物在长期进化中形成基粒很可能有利于光合作用的进行，如光能捕获、能量转换、电子传递等，但是这些过程又都受垛叠区与非垛叠区比例的影响[17].一般认为, 基粒的重要功能之一, 是它对激发能分配的调控.Ute Armbruster等人证明CURT1(CURVATURE THYLAKOID1) A, B, C, and D通过CURT1蛋白表达量的多少控制类囊体片层边缘处的曲率以此来影响类囊体结构的建成[18].我们已证明AtTR1可以和CURT1C或SWEET5直接相互作用，而AtTR1作为一个E3泛素连接酶，又可参与泛素蛋白酶体途径-蛋白降解的一种重要途径，能选择性地降解细胞内多种具有生物活性的蛋白质.例如已有研究报道，在干旱胁迫时，植物叶片保卫细胞中SWEET5基因表达量增加.AtTR1与SWEET5存在相互作用，那么AtTR1是会通过单泛素化修饰SWEET5，还是多泛素化降解SWEET5？这些仅仅是我们的猜测，因此接下来我们将通过体外泛素化、体外降解实验和体内泛素化和体内降解实验以及curt1c和sweet5两个突变体的表型研究等，来验证这种猜想.参考文献:[1] 许发伦, 刘志斌, 杨远友, 等. (45)Ca示踪技术对转基因油菜耐热机理的研究[A]//中国核科学技术进展报告(第二卷)——中国核学会2011年学术年会论文集第4册(核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷)[C]. 2011.[2] 陈彩丽, 曹昊昊, 樊莉娟, 等. 过量表达BnTR1的油菜对多种逆境的综合抗性分析[J]. 四川大学学报：自然科学版, 2017, 54: 215.[3] Zha Z, Wang D, Hong W, et al. Influence of Europium speciation on its accumulation in Brassicanapus and over-expressing BnTR1 lines[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2014, 301: 257.[4] 曹昊昊, 王中浩, 范智勇, 等. 转BnTR1基因的烟草对多种逆境胁迫的抗性研究[J]. 四川大学学报: 自然科学版, 2016, 53: 453.[5] 樊莉娟, 陈彩丽, 朱旭辉, 等. 拟南芥AtTR1对AtCPK28和AtCPK32的体外泛素化修饰研究[J]. 四川大学学报: 自然科学版, 2017, 54: 617.[6] Bork P, Schultz R, Milpetz F, et al. SMART, a simple modular architect ure research tool: identification of signaling domains[J]. P Natl Acad Sci, 19 98, 95: 5857.[7] Letunic I, Doerks T, Bork P. SMART: recent updates, new development s and status in 2015[J]. Nucleic Acids Res, 2015, 43: D257.[8] Borden K L. RING domains: master builders of molecular scaffolds[J]. J Mol Biol, 2000, 295(5): 1103.[9] Lq C, Bh H, S L, et al. Sugar transporters for intercellular exchange and nutrition of pathogens. Nature[J]. Nature, 2010, 468: 527.[10] 刘畅, 姜晶, 韩晓雪, 等. 植物中SWEET基因家族研究进展[J]. 植物生理学报, 2014, 50: 1367.[11] 玄元虎, 朱毅勇, 胡一兵. SWEET蛋白家族研究进展[J]. 中国科学: 生命科学, 2014, 44: 676.[12] 何佳, 黄学勇, 关跃峰, 等. 拟南芥MtN3/saliva基因家族分析[J]. 上海师范大学学报: 自然科学版, 2010, 39: 290.[13]Xuan Y H, Hu Y B, Chen L Q, et al. Functional role of oligomerization for ba cterial and plant SWEET sugar transporter family[J]. P Natl Acad Sci, 2013, 1 10: 3685.[14]He F, Kang J Q, Zhou X, et al. Variation at the transcriptional level among Chinese natural populations of Arabidopsis thaliana in response to cold stre ss[J]. Science Bulletin, 2008, 53: 2989.[15]Klemens P A, Patzke K, Deitmer J, et al. Overexpression of the vacuolar sug ar carrier AtSWEET16 modifies germination, growth, and stress tolerance in Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 2013, 163(3): 1338.[16]Bauer H, Ache P, Wohlfart F, et al. How do stomata sense reductions in atm ospheric relative humidity [J]. Mol Plant, 2013, 6: 1703.[17] 陈晓英, 姜闯道, 邹琦, 等. 类囊体的空间结构及其对激发能分配的调控[J]. 植物生理学报, 2002, 38: 307.[18]Armbruster U, Labs M, Pribil M, et al. Arabidopsis CURVATURE THYLAKOID 1 proteins modify thylakoid architecture by inducing membrane curvature[ J]. Plant Cell, 2013, 25: 2661.。
中科院遗传所研究成果
目
录
一．实验室概况 ............................................................................................................................. 1 二．科研工作进展和成果 ............................................................................................................. 6 高等植物表观遗传学研究（曹晓风课题组） ......................................................................... 6 植物比较基因组学研究（陈明生课题组） ........................................................................... 11 植物对非生物胁迫应答调控的分子机制（陈受宜课题组） ............................................... 14 植物分子细胞遗传（程祝宽课题组） ................................................................................... 18 植物基因表达调控（储成才课题组） ................................................................................... 23 基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组） ............................................................... 28 RNA 沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组） ...................................................................... 38 植物转录调控网络研究（焦雨铃课题组） ........................................................................... 43 茉莉酸的生理功能及作用机理研究（李传友课题组） ....................................................... 46 水稻理想株型基因的克隆与功能研究（李家洋课题组） ................................................... 50 植物对病原微生物的识别及信号转导（邱金龙课题组） ................................................... 53 植物天然产物代谢（王国栋课题组） ................................................................................... 56 生物信息学和系统生物学（王秀杰课题组） ....................................................................... 59 与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组） ............................... 62 植物胁迫信号传导的分子机制（谢旗课题组） ................................................................... 66 北方粳稻耐逆性的分子设计和新品种选育（姚善国课题组） ........................................... 70 乙烯信号传递与植物胁迫和生长发育反应（张劲松课题组） ........................................... 73 植物细胞壁形成及其生物学功能研究（周奕华课题组） ................................................... 77 水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组） ........................................... 82 植物遗传工程研究（朱祯课题组） ....................................................................................... 88 细胞分裂素信号转导和植物细胞的程序性死亡（左建儒课题组） ................................... 92 承担课题及当年经费到位情况 ............................................................................................... 95 三．人员情况 ............................................................................................................................. 119 四．学术交流 ............................................................................................................................. 129 五．运行管理 ............................................................................................................................. 141 六．2010 年学术年会纪要 ........................................................................................................ 145
甘蔗双向糖转运蛋白ShSWEET2a 基因的克隆与表达分析
第43卷第2期2021年4月Vol.43,No.2Apr.,2021中国糖料Sugar Crops of Chinadoi：10.13570/ki.scc.2021.02.001甘蔗双向糖转运蛋白ShSWEET2a基因的克隆与表达分析黄成，张明阳，郭燕芳，王锦达（福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心，福州350002）摘要：双向糖转运蛋白SWEET（Sugars will eventually be exported transporters）基因在植物生长发育、生理代谢及植物—病原菌互作等方面具有重要的调控作用。
为了探索甘蔗SWEET基因在生长发育中的表达情况及对逆境胁迫的响应，本研究以甘蔗‘新台糖22号’为试验材料，克隆了一个甘蔗SWEET基因，命名为ShSWEET2a，并对其蛋白理化性质进行生物信息学分析和表达模式研究。
序列分析表明ShSWEET2a包含一个840bp开放阅读框，编码279个氨基酸。
利用qRT-PCR技术对不同植物器官和不同非生物胁迫类型下ShSWEET2a基因表达进行分析，结果表明ShSWEET2a基因在甘蔗根、茎、叶中均有表达，茎、叶中表达量最高；在PEG、NaCl和ABA胁迫处理下，ShSWEET2a表达量均有上调，在SA胁迫处理下，ShSWEET2a表达量受到抑制。
研究结果将为进一步研究SWEET基因在甘蔗生长发育过程中的作用提供理论基础。
关键词：甘蔗；SWEET基因；基因克隆；表达；非生物胁迫中图分类号：S566.1文献标识码：A文章编号：1007-2624（2021）02-0001-08黄成，张明阳，郭燕芳，等.甘蔗双向糖转运蛋白ShSWEET2a基因的克隆与表达分析[J].中国糖料，2021，43(2)：1-8.HUANG Cheng,ZHANG Mingyang,GUO Yanfang,et al.Cloning and expression analysis of ShSWEET2a gene from sugarcane[J].Sugar Crops of China,2021,43(2):1-8.0引言在植物细胞中，大气中的CO2通过光合作用转化为植物可利用的糖源。
SWEET转运蛋白在作物中的功能研究及前景展望
SWEET转运蛋白在作物中的功能研究及前景展望作者：李艳娇李文才孙琦赵勐李文兰于彦丽孟昭东来源：《山东农业科学》2019年第06期摘要：SWEET是近年来新发现的一类糖转运蛋白，在植物中参与光合产物的运输和分配，从而调控植物响应逆境胁迫、抵抗病原菌侵染以及种子形成和发育等生理过程。
本研究综述了作物中SWEET基因家族功能的最新进展，初步归纳了水稻、玉米、大豆和高粱等作物的SWEET蛋白在糖分转运和分配过程中的功能，有助于解析SWEET蛋白家族提高作物产量的机理。
关键词：糖转运蛋白;SWEET;作物;功能中图分类号：S188;;文献标识号：A;;文章编号：1001-4942（2019）06-0154-06Abstract;SWEET is a new sugar transporter founded in recent years. It plays an important role in transport and distribution of photosynthetic productions， so as to regulate the response to stress，resistance to pathogen infection， seed formation and development. In this paper， we introduced the latest research progress of SWEET gene family in crops， and simply summerized the functions during transfer and distribution of SWEET protein in rice， corn， soybean and sorghumKeywords;Sugar transporter; SWEET; Crops; FunctionSWEET蛋白是一類广泛存在于真核单细胞生物、高等植物以及动物中的糖转运蛋白[1]，通过参与糖在动植物体中的传递过程，影响多种重要的生理活动。
甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析
作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2020, 46(8): 1195 1207 / ISSN 0496-3490; CN 11-1809/S; CODEN TSHPA9E-mail: zwxb301@DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94163甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析黄小芳1,2,**毕楚韵1,2,**石媛媛2胡韵卓3周丽香4梁才晓4黄碧芳4许明1,2林世强1,4,*陈选阳1,2,5,*1 福建农林大学作物生物技术福建省高校重点实验室, 福建福州 350002; 2福建农林大学农学院, 福建福州 350002; 3 福建农林大学植物保护学院, 福建福州 350002; 4 福建农林大学生命科学学院, 福建福州 350002; 5 福建农林大学教育部作物遗传育种与综合利用重点实验室, 福建福州 350002摘要: NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类, 具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。
甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序, 但尚未注释, 本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测, 得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列, 在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明, 甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因, 占全基因组基因总数的0.212%, 其中N型亚家族120个,NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。
所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布, 但数量明显不同, 其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。
NBS-LRR基因序列有15个保守结构域, 在N端较为保守。
研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。
菠萝SWEET基因家族的进化和功能分析
菠萝SWEET基因家族的进化和功能分析菠萝(Ananas comosus(L.)Merr.)属于凤梨科(Bromeliaceae),是世界上闻名的热带和亚热带水果之一,也是我国重要的经济作物。
菠萝果实含糖量是决定菠萝品质和产量的重要因素之一。
果实中糖的累积主要通过碳水化合物代谢,光合同化产物主要以蔗糖的形式运输到库器官,给库器官生长发育提供能量。
糖外排转运蛋白(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs)是一组最近确定的植物糖转运蛋白,在不同的生理过程中发挥重要作用。
然而,目前关于这个基因家族的信息在菠萝中很少涉及。
最近发布的菠萝基因组为调查菠萝SWEET基因在全基因组水平上的组织和进化特征提供了一个很好的机会。
本研究利用比较基因组学鉴定出菠萝基因家族成员,利用一系列的生物信息学方法提供了菠萝SWEET基因的系统描述,利用转录组数据(RNAseq)分析不同基因的表达模式,鉴定了在菠萝果实发育方面可能起作用的SWEET基因,以期为菠萝的分子育种提供依据。
主要研究结果如下:(1)以拟南芥SWEET基因为参考,通过比较基因组学确定了SWEET基因在两个菠萝栽培品种中的家族成员,在F153品种中共获得18个AnfSWEET基因,在MD2品种中共获得21个AnmSWEET基因。
所有菠萝SWEET蛋白均含有MtN3_saliva结构域,至少包含一个ɑ-螺旋的跨膜结构域(ɑ-helical transmembranes,TM)。
(2)系统发育分析中,将所有的菠萝SWEET基因分为5个进化分枝。
两个品种的菠萝SWEET基因大部分都聚集在同一分支,但是在MD2品种中,SWEET基因经历了明显的扩张,推测两个品种在分化后可能采用了不同的进化方式。
(3)在基因结构分析中,SWEET基因在内含子数量上展现出非常高的保守性,大部分的SWEET基因都具有5个内含子。
生命科学中的基因编辑技术的应用案例研究
生命科学中的基因编辑技术的应用案例研究基因编辑技术是一种革命性的生命科学工具，可以精确地修改细胞或生物体的基因组。
这种技术的应用领域广泛，已经取得了许多显著的成果。
本文将探讨生命科学中基因编辑技术的应用案例，着重介绍了三种不同领域中的应用案例。
基因编辑技术在农业领域的应用案例是最为人熟知的。
其中一个典型案例是使用基因编辑技术改良作物品质。
例如，将CRISPR-Cas9系统应用于水稻基因编辑，可以使水稻免疫细菌性脑膜炎。
研究人员通过编辑水稻中所谓"SWEET"基因家族的基因序列，使其无法被细菌受体识别。
这种基因编辑技术的应用实现了对细菌性脑膜炎具有高度抗性的水稻品种的培育，为解决全球饥饿问题提供了希望。
在医学领域，基因编辑技术的应用案例同样令人兴奋。
一个具有里程碑意义的案例是基因编辑治疗遗传性疾病。
例如，囊性纤维化（CF）是一种常见的遗传性疾病，对患者的生活质量和预期寿命产生了严重影响。
研究人员利用基因编辑技术修复CF患者体外培养的干细胞中的CFTR基因突变。
通过修复这些基因突变，干细胞可以分化为正常的健康细胞，并有望作为移植物用于治疗囊性纤维化患者。
这种基因编辑技术的应用为治疗遗传性疾病提供了前所未有的可能性。
此外，基因编辑技术在生态保护方面也具有重要应用价值。
一种相关的案例是基因编辑用于保护濒危物种。
澳大利亚企鹅是一种濒危的鸟类物种，其受到了人类活动和气候变化的威胁。
研究人员利用基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9系统，在企鹅的基因组中引入一种保护性基因。
这种基因可增强企鹅对气候变化和人类活动的适应能力，提高其生存和繁殖的潜力。
这种基因编辑技术的应用为物种保护提供了一种新的策略，有望帮助我们应对环境变化带来的挑战。
然而，尽管基因编辑技术在各个领域都取得了显著进展，其中也存在一些具有争议性和伦理问题的案例。
例如，基因编辑技术用于人类胚胎编辑，引发了人们对道德和伦理问题的深入思考。
油茶SWEET基因家族的全基因组鉴定及表达分析
油茶SWEET基因家族的全基因组鉴定及表达分析杜兵帅;邹昕蕙;王子豪;张馨元;曹一博;张凌云【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2024(40)5【摘要】【目的】挖掘参与油茶糖代谢及逆境响应的糖外排转运子(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs)。
【方法】利用生物信息学方法分析油茶SWEETs家族的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系、启动子区顺式作用元件及上游调控因子等,并利用RT-qPCR分析CoSWEETs在不同时期、不同组织及不同逆境胁迫下的基因表达情况。
【结果】从油茶中鉴定得到14个CoSWEETs基因,不均匀分布于10条染色体上,不同成员间内含子-外显子数目存在差异。
根据系统进化关系,14个CoSWEETs可分为 4个分支,均具有1-2个MtN3 保守结构域,同一分支具有相似的基因结构和基序。
根据启动子顺式作用元件和上游转录因子预测的分析结果,CoSWEETs启动子中含有多个与生长发育、植物激素和应激相关的调节元件,其表达可能受到ERF、DOF、BBR-BPC、MYB等转录因子的调控。
RT-qPCR分析表明大部分CoSWEETs成员在果实和根中高表达,在种子中的表达水平与发育时期相关,并根据低温、高盐和干旱等非生物胁迫下CoSWEETs的表达模式挖掘出CoSWEET1、CoSWEET2、CoSWEET17等响应油茶低温、干旱或高盐胁迫的基因。
【结论】CoSWEET基因的表达受到多种激素及转录因子调控,并在油茶种子发育与逆境胁迫响应中发挥重要作用。
【总页数】12页(P179-190)【作者】杜兵帅;邹昕蕙;王子豪;张馨元;曹一博;张凌云【作者单位】林木资源高效生产全国重点实验室森林培育与保护教育部重点实验室北京林业大学林学院【正文语种】中文【中图分类】F32【相关文献】1.毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析2.雷蒙德氏棉SWEET基因家族的全基因组鉴定和进化分析3.花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析4.甜瓜SWEET基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析5.葡萄SWEETs基因家族的全基因组鉴定与表达分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
枸杞SWEET基因家族鉴定及其与可溶性糖含量关系
枸杞SWEET基因家族鉴定及其与可溶性糖含量关系尹跃;秦小雅;赵建华;杨萍;何军;安巍【期刊名称】《西北植物学报》【年(卷),期】2024(44)3【摘要】【目的】糖外排转运蛋白(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs)在植物生长发育过程中发挥重要作用,解析SWEETs基因在枸杞果实发育过程中对糖积累作用,为进一步揭示SWEETs基因在枸杞果实发育过程中的作用提供参考。
【方法】用生物信息学方法对枸杞SWEET基因(LbaSWEETs)进行全基因组鉴定,并用已发表的转录数据分析LbaSWEETs在果实发育时期的基因表达情况。
【结果】枸杞SWEET基因家族共有37个成员,随机分布于10条染色体上,分别编码152~621个氨基酸,蛋白质分子质量为16.87~69.97 kD,等电点为4.96~9.86。
亚细胞定位预测位于叶绿体或质膜,大多数含有7个跨膜螺旋。
系统进化分析发现,37个LbaSWEETs蛋白可分为4个亚群,每个亚群的基因结构和保守基序组成相似。
启动子元件分析表明:Lba-SWEETs基因启动子富含大量激素响应、逆境胁迫和生长发育响应元件。
转录组数据和qRT-PCR分析表明:LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量随果实成熟呈现显著增加。
相关性分析结果表明,LbaSWEET9和LbaSWEET29基因表达量与果糖含量呈显著正相关。
【结论】LbaSWEET9和LbaSWEET29基因是果糖积累的关键基因。
【总页数】12页(P396-407)【作者】尹跃;秦小雅;赵建华;杨萍;何军;安巍【作者单位】宁夏农林科学院【正文语种】中文【中图分类】Q943.2;Q781【相关文献】1.玉米C型胞质雄性不育与可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量的关系2.百合叶片中可溶性蛋白、叶绿素、可溶性糖含量灰霉病抗性的关系3.玉米籽粒灌浆期可溶性糖含量变化与可溶性蛋白积累关系的研究4.水稻幼苗可溶性糖及可溶性蛋白含量与抗瘟性的关系5.平欧榛枝条可溶性蛋白及可溶性糖含量与抗寒性关系的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
糖转运蛋白atsweet13底物识别和转运机制研究
糖转运蛋白atsweet13底物识别和转运机制研究糖转运蛋白AtSWEET13是一种膜蛋白，是植物体内参与蔗糖转运的重要分子。
随着生物学技术的不断发展，近年来对AtSWEET13的研究越来越深入，其底物识别和转运机制也逐渐被揭示。
糖转运蛋白是植物和动物细胞膜上广泛存在的一类蛋白质，具有将糖分子从细胞包裹步入细胞内部的功能。
AtSWEET13是植物体内一种具有独特功能的糖转运蛋白，其主要功能是向植物体内转运蔗糖。
对AtSWEET13的研究可以帮助我们更好地理解蔗糖在植物生长发育和代谢中的作用。
AtSWEET13底物识别研究表明，AtSWEET13主要识别和转运蔗糖，同时还能将其他三碳糖和六碳糖转运至细胞内。
该通道具有高度的选择性，可以快速地将蔗糖和其他糖分离和转运。
目前，科学家已经发现，AtSWEET13在几乎所有植物组织中都存在，并在不同生长阶段具有不同的功能。
例如，在不同生长阶段的果实和种子中，AtSWEET13可分别帮助植物将蔗糖转运至果实和种子。
AtSWEET13转运机制的研究表明，AtSWEET13具有高度的可逆性，可以在不同的糖浓度梯度下工作。
理论上，AtSWEET13是通过形成一个开口向外的通道来实现糖分子的转运。
在这个通道中，蔗糖分子进入通道后首先与AtSWEET13通道内部的亲和物质结合，然后由AtSWEET13蛋白质向内部转运，最终到达细胞质中。
由于其高度的可逆性，AtSWEET13可以根据需要调整糖分子的转运速率和方向，以适应植物的不同环境需求。
值得注意的是，AtSWEET13的表达受到许多内在和外在因素的影响。
例如，AtSWEET13的表达在植物的不同器官和不同发育阶段均有显著差异，其在不同环境条件下的表达也可能会发生变化。
同时，AtSWEET13的表达与许多重要的植物生长因素相关，这些因素包括激素、光照强度、水分和温度等等。
这表明，AtSWEET13的转运和调控可能受到复杂的内在和外在信号调节因素的影响。
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植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (9): 1367~1373 doi: 10.13592/ki.ppj.2014.03021367收稿 2014-06-26 修定 2014-07-24资助 国家自然科学基金(31372054)和植物生理学与生物化学国家重点实验室开放课题(SKLPPBKF1404)。
* 通讯作者(E-mail: jiangjingcau@; Tel: 024-********)。
植物中SWEET 基因家族研究进展刘畅, 姜晶*, 韩晓雪, 韩佳轩沈阳农业大学园艺学院, 设施园艺省部共建教育部重点实验室, 辽宁省设施园艺重点实验室, 沈阳110866摘要: SWEET 基因家族是一个新的糖转运蛋白, 具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域, 从单细胞的原生生物到高等的真核生物中均有出现。
目前对该家族功能研究较少, 尽管基于MtN3/saliva 的不同类型的基因已经被确定, 但确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。
近来的研究表明MtN3/saliva/SWEET 基因可能作为糖转运蛋白或通过与离子转运蛋白的互作促进离子转运, 调节不同的生理过程, 在包括转运糖类、发育、环境适应性、宿主-病原体的相互作用中发挥作用。
本文介绍了MtN3/saliva/SWEET 基因结构功能的最新研究进展, 将为阐明其在不同植物中的功能提供分子基础。
关键词: 糖转运蛋白; SWEET ; 研究进展; 植物Research Advances in SWEET Gene Family in PlantsLIU Chang, JIANG Jing *, HAN Xiao-Xue, HAN Jia-XuanKey Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education, Key Laboratory of Protected Horticulture of Liaoning Province, College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, ChinaAbstract: SWEET gene family, harboring two MtN3/saliva transmembrane domains, is a new sugar transporter and is present from protozoa to high eukaryotes. Some types of the family genes are characterized, but little was known regarding the biological and molecular functions of the family and the transmembrane domains. Recently, MtN3/saliva/SWEET genes have been reported to be involved in multiple physiological processes by facilitating ion transport via interaction with ion transporters or as sugar transporters. They play more diverse roles in plants like transport sugar, reproductive development, environmental adaptation and host-pathogen interaction. This article focuses on the advance of the MtN3/saliva /SWEET gene family, including details about their struc-ture, function and regulation. It will help to elucidate the molecular bases of their function in plants.Key words: sugar transporters; SWEET ; research advance; plants SWEET 蛋白是一个结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白。
具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域。
MtN3结构域最早发现在苜蓿根部结瘤素(nodulin, 是蒺藜苜蓿在与苜蓿根瘤菌互作的过程中被诱导表达的基因) MtN3蛋白中(Gamas 等1996)。
此后, 在果蝇胚胎唾液腺的saliva 蛋白中(Artero 等1998)、小鼠、人、海鞘等动物, 矮牵牛、水稻、拟南芥等植物中也相继发现具有相同结构域的蛋白。
该保守的跨膜结构域被命名为MtN3/saliva (Hamada 等2005)。
在后来的研究中发现, 此蛋白起蔗糖、果糖转运体的作用(Yuan 等2010), 所以被重新命名为SWEET (sugars will eventually be exported trans-porters) (Chen 等2010)。
1 SWEET 蛋白的结构特征根据蛋白质家族数据库的注释和多序列比对(PFAM), MtN3-like 大族(/clan/MtN3-like)包括5个家族: MtN3/saliva (PF03083)、PQ-loop (PF04193)、UPF0041 (PF03650)、ER Lu-men Receptor (PF00810)和Lab-N (PF07578)。
真核生物的MtN3/saliva 和PQ-loop 蛋白家族包括7个跨膜螺旋(transmembrane domains, TMs) (图1-A)。
而少数的原核生物中只含有一个结构域, 由3个跨膜螺旋组成(图1-B)。
Xuan 等(2013)利用分裂泛素和分裂GFP 系统研究显示具有3个跨膜结构的原核生物SWEET 蛋白可发生寡聚化形成二聚体后才行使转运糖的功能。
大多数已知的糖转运蛋白多位于质膜, 与质子耦合, 通过质外体逆浓度梯度进行糖转运(Lalonde 等2004)。
这种质子推动的糖的流入可促进蔗糖在植物生理学报1368韧皮部的筛分子中持续积累, 形成器官间长距离糖转运的驱动力(Turgeon 和Wolf 2009)。
大部分SWEET 家族成员都定位在质膜上(Chen 等2012), 利用爪蟾卵母细胞表达系统, 通过无线电示踪剂摄取/流出分析(radio-tracer uptake or efflux assays), SWEET 家族的糖转运方向被定性为双向, 并且不依赖pH 值, 属于低亲和性的糖转运蛋白(Yuan 和Wang 2013)。
而最近也有研究发现, 拟南芥中的AtSWEET17和AtSWEET16定位在液泡膜上(Kle-mens 等2013)。
何佳等(2010)通过对获得的17个拟南芥SWEET 家族基因的氨基酸序列进行同源序列比对, 发现MtN3/saliva/SWEET 结构域中的膜内区高度保守, 而跨膜区相对保守。
推测膜内区很可能是重要的功能区域和活性调节区域。
Yuan 和Wang (2013)利用转运蛋白分类数据库(TCDB, )对主要的SWEET 蛋白做了系统发育分析, 将其分为3个分支。
第一分支是植物类的SWEET 蛋白, 包括水稻、高粱、玉米、二穗短柄草等单子叶植物和拟南芥、百脉根、矮牵牛、辣椒、番茄、葡萄、百合等双子叶植物, 该分支均含有2个MtN3/saliva 结构域; 第二分支是动物类的SWEET 蛋白, 包括从后生生物的线虫、果蝇、玻璃海鞘、斑马鱼和非洲爪蟾到哺乳动物的小鼠、狒狒和人类; 第三分支是从细菌到古生菌(球菌属)及线虫的某些SWEET 蛋白, 该分支的SWEET 蛋白是由3个跨膜螺旋的一个MtN3/saliva 结构域组成。
根据以上结果, Yuan 和Wang (2013)提出在进化过程中, 原核生物的3个跨膜的MtN3/saliva 结构域发生了复制, 导致产生了真核生物的具有2个MtN3/saliva 结构域(含7个跨膜螺旋)的 SWEET 蛋白。
2 SWEET 蛋白的生理功能虽然进化保守, 然而已有数据表明SWEET 基因参与多种生理过程, 包括韧皮部装载、影响生殖发育、参与宿主-病原体互作的抗病反应和胁迫反应、离子转运等。
目前模式植物中, 拟南芥有17个SWEET 家族成员, 水稻有21个家族成员(Chen 等2010; Xuan 等2013)。
2.1 参与转运糖类2.1.1 作为蔗糖转运蛋白参与韧皮部装载 在多数植物中, 蔗糖是主要的碳水化合物, 从叶片的叶肉细胞中产生, 通过长距离运输转移到非光合作用器官中(如根部、花、果实、种子) (Davies 和Zhang 1991)。
蔗糖可通过质外体途径向韧皮部扩散, 也可由共质体途径通过胞间连丝经维管束鞘进入韧皮部。
然后从韧皮部薄壁组织细胞运输到韧皮部质外体(Giaquinta 1983; Ayre 2011; V oitsek-hovskaja 等2006)。
在这些途径中需要定位在质膜上的转运蛋白将蔗糖从韧皮部薄壁组织中通过质外体转移到筛管、伴胞中。
从质外体到伴胞的过程可以通过SUT 型蔗糖转运蛋白(SUC)进入筛分图1 MtN3/saliva/SWEET 型蛋白的结构Fig.1 Structures of MtN3/saliva/SWEET-type proteins参考Yuan 和Wang (2013)文献修改。
A: 大多数生物中的MtN3/saliva 结构域, 一般包含7个螺旋, 横跨膜结构, 每个螺旋都由一个环来连接; B: 部分原核生物中含3个跨膜螺旋的MtN3/saliva结构域。
刘畅等: 植物中SWEET基因家族研究进展1369子-伴胞复合体(Riesmeier等1992; Sauer 2007; Kühn 和Grof 2010; Chen 2014), 并积累一定浓度, 帮助蔗糖外排。
而蔗糖从薄壁组织流出质外体所需的膜蛋白, 其调节糖转运的模式与我们熟知的转运蛋白不同。
Chen等(2012)最先发现, 定位在质膜上的拟南芥AtSWEET11和AtSWEET12 (水稻中OsS-WEET11和OsSWEET14), 在韧皮部薄壁组织中表达, 与筛管伴胞相邻, 可以将叶片中的蔗糖转运到维管束中。