Please wait a minute...
欢迎访问作物学报,今天是
图/表 详细信息
亚麻生氰糖苷合成关键酶CYP79基因家族的鉴定及表达分析
齐燕妮, 李闻娟, 赵丽蓉, 李雯, 王利民, 谢亚萍, 赵玮, 党照, 张建平
作物学报    2023, 49 (3): 687-702.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24042
摘要   (379 HTML18 PDF(pc) (1530KB)(346)  

CYP79蛋白是生氰糖苷合成关键酶, 但关于亚麻CYP79基因的研究鲜有报道。本研究对包括亚麻在内的9种作物的CYP79基因家族进行了鉴定, 并分析了亚麻CYP79基因的序列特征、复制事件、共线性关系、系统进化、顺式作用元件及表达模式。结果表明, 在亚麻、白亚麻、毛果杨、木薯、芝麻、高粱、大豆、葡萄及水稻中分别鉴定到9、9、3、2、5、7、6、16和4个CYP79家族成员; 系统进化分析显示, CYP79基因的进化具有物种特异性; LuCYP79不均匀分布在4条染色体上, 具有1~3个外显子, 其启动子区含大量激素与逆境响应相关元件; 共克隆到8个亚麻CYP79基因的全长DNA序列及5个成员的全长cDNA序列; LuCYP79蛋白序列长度为282~565 aa, 等电点为5.84~9.14, 分子量为31.56~62.86 kD, 均为亲水性蛋白, 定位于内质网; 共有5对基因发生复制事件, 占全部基因的77.8%, 全部经历了强烈的纯化选择, 其中LuCYP79-1LuCYP79-9在拟南芥和木薯中均具有同源基因。表达分析表明, LuCYP79家族成员具有组织特异性, 且各成员在不同遗传背景下表达模式不同, 其中LuCYP79-1LuCYP79-7LuCYP79-8LuCYP79-9在4个品种中的表达差异显著。相关分析表明, 50 d时的LuCYP79-1/LuCYP79-7与成熟亚麻籽中生氰糖苷含量呈极显著正相关, 20 d时的LuCYP79-7/LuCYP79-8及(LuCYP79-7+LuCYP79-9)/LuCYP79-8分别与成熟亚麻籽中生氰糖苷含量呈极显著正相关, 初步推测其可能是亚麻籽生氰糖苷合成的关键基因。研究结果对进一步阐明亚麻CYP79蛋白的功能具有积极意义, 并为培育低生氰糖苷亚麻品种提供了理论参考。


基因名称
Gene name
正向引物序列
Forward sequence (5'-3')
反向引物序列
Reverse sequence (5'-3')
LuCYP79-1 ATGAACATCGACGGCCAGGAGAAG TCAGTTGGTAATCTTGGGGTACAAGTG
LuCYP79-2 ATGACCATGAAAACCTCCGACG TCAGTTGGTAACCAAAGGGTACAAG
LuCYP79-3 ATGCCCATGAACACCTCCGACCGAT TCAGTTGGTAATCTTGGGGTACAAGTGG
LuCYP79-4 ATGAAGTCATCTCCGATCAACACTATTAC TCATTTGGTAGAGCGGCTGGGTAC
LuCYP79-5 ATGGCAAATAACCTCCCTCCGAG TCATTTGGCTAAGGCAGGGTACAAG
LuCYP79-6 ATGGAAACCATGATCCTCCTCGTC TCAAGAGAGTGTAGGGTATAAATGAGG
LuCYP79-7 ATGAACACCTTCACAATCATCCTCC TCATTTGACGACAACGACAGGGTAC
LuCYP79-8 ATGGCGGCCATGAACACCTCC TCATTTGGCTAAGGCAGGGTACAAG
LuCYP79-9 ATGGCCATGAACACCTCCGAC TCAGTTGGTAATCTTAGGGTACAAGTGGG
View table in article
附表1 LuCYP79基因家族克隆引物
正文中引用本图/表的段落
根据从陇亚10号基因组获取的CYP79序列, 利用Primer Premier 5.0设计LuCYP79基因全长扩增引物(附表1)。分别以DNA和cDNA为模板, 利用KOD FX高保真酶(TOYOBO)进行PCR扩增。PCR产物纯化后克隆到pENTR/D-TOPO克隆试剂盒(Invitrogen, 美国)提供的载体上并进行测序。用MEGA6.0进行序列分析, 最后将所有序列上传至GenBank数据库。
通过Blastp比对, CDD和Pfam数据库进行结构域分析以及CYP79家族保守位点的确认, 在亚麻、野生白亚麻、毛果杨、木薯、芝麻、高粱、大豆、葡萄及水稻基因组中分别鉴定到9、9、3、2、5、7、6、16和4个CYP79成员(表1和附表3)。栽培亚麻与野生白亚麻CYP79基因数目相同, 但不同物种间CYP79家族成员的数量具有显著差异。根据亚麻CYP79基因在染色体上的位置, 将其依次命名为LuCYP79-1~LuCYP79-9
以陇亚10号的DNA和cDNA分别作为模板, 对CYP79基因进行扩增。除LuCYP79-5, 其余LuCYP79基因均可得到完整的DNA序列(图1-A), 但只有LuCYP79-1LuCYP79-3LuCYP79-6LuCYP79-8LuCYP79-9获得了完整的CDS序列(图1-B)。LuCYP79基因DNA序列长度在1096~2116 bp之间, CDS长度在849~1698 bp之间, 从而推测出蛋白序列长度在282~565 aa之间(表1)。将LuCYP79序列提交至 NCBI 数据库, GenBank登录号分别为OM688195、OM688196、OM688197、OM688198、OM688199、OM688200、OM688201、OM688202和OM688203。
LuCYP79基因结构分析结果表明, 除LuCYP79-5和LuCYP79-6分别具有1个和3个外显子外, 其余基因均具有2个外显子(表1和图2)。理化性质分析结果表明, LuCYP79蛋白分子量在31.56~62.86 kD之间; 等电点在5.84~9.14之间, 只有LuCYP79-1和LuCYP79-6为酸性蛋白, 其余均为碱性蛋白; 所有LuCYP79蛋白为亲水性蛋白(附图1)。亚细胞定位结果表明, 所有LuCYP79蛋白均定位在内质网。对LuCYP79蛋白二级结构进行预测发现, α-螺旋含量最多, 其次为无规则卷曲和延伸链, β-转角含量最少(附表4)。LuCYP79蛋白三级结构预测结果与二级结构一致(附图2)。对LuCYP79蛋白进行保守基序分析发现, 9个LuCYP79蛋白共预测到14个保守基序(Motif), 其中有5个成员具有14个Motif, LuCYP79-1含有的Motif最少(图2和附图3)。Motif 1、Motif 4和Motif 8存在于所有LuCYP79成员, 而且Motif 1和Motif 4分别含有CYP79家族高度保守的血氧红素结合位点SFSTG(K/R)RGC(A/I)A和FXP(E/D)RH位点(图3)。此外, 除Motif14, 其余10个Motif存在于8个LuCYP79蛋白。
附表和附图 请见网络版: 1) 本刊网站 http://zwxb.chinacrops.org/; 2) 中国知网 http://www.cnki.net/; 3) 万方数据 http://c.wanfangdata.com.cn/Periodicalzuowxb.aspx
本文的其它图/表