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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   (362 HTML18 PDF(pc) (1530KB)(283)  

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6 CYP79家族系统进化树
正文中引用本图/表的段落
为明确不同物种CYP79家族成员间的进化关系, 本研究利用8个双子叶植物(亚麻、野生白亚麻、拟南芥、大豆、葡萄、芝麻、木薯、毛果杨)及3个单子叶植物(水稻、玉米和高粱)的全长蛋白序列构建了系统进化树。如图6所示, CYP79蛋白可分为五大支。第1支含有亚麻、白亚麻、木薯全部CYP79以及拟南芥AtCYP79B2和AtCYP79B3; 第2支含有毛果杨和大豆全部CYP79; 第3支包括芝麻全部CYP79及拟南芥AtCYP79C1、AtCYP79C2、AtCYP79F1和AtCYP79F2; 第4支含有高粱、玉米、水稻等单子叶植物全部CYP79; 第5支为葡萄CYP79。结果表明, LuCYP79与LbCYP79亲缘关系最近, 同时它们与木薯MeCYP79D1和MeCYP79D2具有相当近的亲缘关系, 而且与拟南芥AtCYP79B2和AtCYP79B3亲缘关系密切, 而其他物种的CYP79大多分别聚在一起, 表明CYP79具有物种特异性。
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