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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。



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图2 LuCYP79系统进化、基因结构及Motif分析
正文中引用本图/表的段落
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。
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