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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)(344)  

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9 LuCYP79基因在4个亚麻品种不同发育阶段、不同组织中的表达模式
R1~R4: 出苗后10 d、20 d、30 d、40 d根; R5: 开花初根; R6~R10: 开花后10 d、20 d、30 d、40 d、50 d根; S1~S4: 苗期10 d、20 d、30 d、40 d茎; S5: 开花初茎; S6~S10: 开花后10 d、20 d、30 d、40 d、50 d茎; L1~L4: 苗期10 d、20 d、30 d、40 d叶; L5: 开花初叶; L6~L10: 开花后10 d、20 d、30 d、40 d、50 d叶; F: 花; 10~50 d: 开花后10~50 d种子。
正文中引用本图/表的段落
为进一步解析LuCYP79-1LuCYP79-7LuCYP79-8LuCYP79-9的功能, 本研究分析了它们在不同品种、不同组织、不同发育阶段的表达模式。结果表明, 各基因在不同组织均有表达, 呈现出组织特异性表达, 且各基因表达模式不同(图9)。LuCYP79-1在茎中的表达量总体高于其他组织, 且在苗期茎中的表达量高于发育后期茎中的表达量; LuCYP79-7在茎、叶及种子中都有较高的表达量, 茎中的表达量苗期高于发育后期, 但在叶中的表达量发育后期高于苗期; LuCYP79-8LuCYP79-9在根和茎中的表达量较高, 而且都是营养生长阶段的表达量总体高于生殖生长阶段。
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