[目的]探究谷子CPP基因家族成员特征及在外源硒处理下的响应模式,为谷子富硒高叶酸新品种选育提供遗传材料.[方法]借助生物信息学工具鉴定谷子CPP家族成员,用qRT-PCR技术对CPP基因在不同组织及外源硒处理下的表达水平进行检测.[结果](1)谷子基因组中包含9个CPP基因,定位于6条染色体上,分别命名为SiCPP1-SiCPP9,所有成员均定位在细胞核,蛋白质二级结构中无规则卷曲占比最重.(2)谷子CPP蛋白可分为4个亚家族,相同亚家族之间保守基序和结构域的数目及分布相似.(3)启动子分析发现谷子CPP家族中存在大量光、生长发育、激素及胁迫响应元件.(4)谷子CPP家族成员在根、茎、叶和穗中差异表达,SiCPP5、SiCPP6、SiCPP7和SiCPP8对外源硒响应最强烈.[结论]谷子CPP家族成员具有组织表达特异性,且对外源硒存在不同程度响应.

ent-柯巴基焦磷酸合酶(ent-copalyl diphosphate synthase,CPS)与ent-贝壳杉烯合酶(ent-kaurene synthase,KS)的连续催化是植物以香叶基香叶基焦磷酸(geranylgeranyl pyrophosphate,GGPP)为底物开启赤霉素生物合成路径的关键步骤.该研究通过分析与挖掘瑞香狼毒的转录组数据,成功克隆得到赤霉素途径的 2 个关键二萜合酶基因SchCPS和SchKS.二者完整开放阅读框分别为 2595、1701 bp,编码864、566 个氨基酸残基,生物信息学分析预测其相对分子质量分别为97.9、64.6 kDa,理论等电点为 5.61、6.12,均为亲水性蛋白.序列比对及系统发育树显示,SchCPS蛋白含有CPS基因家族保守的LHS、PNV及DxDD基序,归类于TPS-c亚家族;SchKS蛋白含有KS基因家族保守的DDxxD、NSE/DTE和PIx基序,归类于TPS-e亚家族.功能验证结果表明,SchCPS可催化GGPP质子化并环化成ent-CPP,SchKS则作用于ent-CPP去磷酸化并再次环化生成贝壳杉烯.该文首次从瑞香狼毒中克隆获得SchCPS与SchKS全长基因,并完成功能验证,不仅丰富了现有的CPS和KS基因库,也为瑞香狼毒中更多活性成分基因的克隆与生物合成途径解析奠定了基础.

CPP基因家族是广泛存在于动植物中,成员数目较少的一类转录因子家族,在植物生殖发育和细胞分裂过程中起着重要的调控作用.本研究以橡胶树优良品种‘热研7-33-97’为供试材料,通过RT-PCR方法,在橡胶树花器官中克隆到一个CPP基因,命名为HbCPP1(登录号为MF360959).序列分析表明,HbCPP1基因开放阅读框为1 755bp,编码584个氨基酸,蛋白质分子量为63.676kDa,等电点(PI)为8.4.序列多重比对结果显示,Hb-CPP1蛋白具有CPP蛋白的特征基序,含有2个保守的CXC结构域和1个比较保守R结构域.进化树分析表明,HbCPP1属于A亚族基因,与其近缘物种木薯的MeCPP基因以及麻风树的JcCPP7基因同源性较高,进化关系较近.氨基酸组分、理化性质以及蛋白结构预测分析显示,HbCPPl蛋白是一个不具有跨膜结构和信号肽的不稳定亲水蛋白,可能定位于细胞核,其二级结构主要由两个蛋白结合区域和多个无规则的卷曲螺旋组成,其三级结构中CRC结构域构成了该蛋白的核心结构.利用QRT-PCR对HbCPP1基因在橡胶树不同组织中的表达量进行检测,分析结果表明HbCPP1基因在橡胶树茎尖、花序以及雌花中特异性高调表达.在干旱、盐、高温胁迫以及ABA处理下,HbCPP1基因的表达量呈显著下调表达;而在低温处理下,HbCPP1基因的表达量则呈显著上调表达,推测HbCPP1基因可能参与了橡胶树花器官发育以及对多种非生物学胁迫的响应过程.

CPP(cystein-richpolycomb-likeproteinor Tesmin/TOS1-like)家族属于成员数目较少的一类转录因子基因家族,含有保守的富含Cystein的CRC结构域,在植物发育进程中,主要参与花发育、细胞分裂、分子进化等.为了探索CPP转录因子家族在北美鹅掌楸花发育中的作用,该文以北美鹅掌楸(Liriodendron tulipifera)为材料,采用RACE技术克隆出1个CPP-like家族基因,命名为LtTCX2,全长2866 bp.通过NCBI网站在线分析,ORF长2424 bp,编码了807个氨基酸,含2个保守的TSO1-like CXC结构域,分子量为88699.25 Da,理论等电点为5.83,不稳定系数为62.38,疏水性平均值为-0.619,预测为亲水性蛋白、非跨膜蛋白、核蛋白,不含信号肽及切割位点.氨基酸比对及系统进化分析结果显示,LtTCX2与其他物种的CPP家族TCX蛋白具有较高的同源性,与亚洲莲(Nelumbo nucifera)的NnTCX2、胡杨(Populus euphratica)的PeTCX2进化关系最近.荧光定量PCR结果显示,LtTCX2基因在叶片中表达量最高,在萼片、花瓣中几乎不表达,表达量由高至低如下:叶片、花芽、雌蕊、雄蕊、茎、根、花瓣、萼片.以上结果说明,LtTCX2属于较古老、保守的一类基因,可为从分子生物学层面研究鹅掌楸属植物系统进化提供一定的理论依据.

为了探索杧果(Mangifera indica L.)CPP(cysteine-rich polycomb-like protein)基因家族的序列特征与表达特征,通过生物信息学的方法对杧果CPP基因家族进行序列分析,并通过qRT-PCR技术研究杧果细菌性黑斑病菌(Xcm,Xanthomonas campestris pv.mangiferaeindicae)和胶孢炭疽菌(Cg,Colletotrichum gloeosporioides)侵染过程中杧果CPP家族基因的转录水平和组织特异性表达水平.结果 表明,从杧果基因组中鉴定了10个CPP基因家族成员,均含有保守的CRC结构域,均为不稳定疏水蛋白.与梨、长春花、胡杨、水稻、葡萄和拟南芥等6个物种69个CPP转录因子成员构建系统进化树,分为7个进化分支,杧果的10个CPPs基因分布在5个进化分支中,多和梨的CPP家族成员聚类在一起.qRT-PCR分析表明,在杧果细菌性黑斑病菌(Xcm)侵染过程中,MiCPP1和MiCPP2在侵染3h、6h、12h时上调表达;杧果胶孢炭疽菌(Cg)侵染的0～72 h时,MiCPP8呈上调表达,而MiCPP9则为下调表达;为后续开展杧果CPP基因家族成员响应病原菌侵染的机制研究奠定基础.qRT-PCR分析表明,MiCPP8在幼叶、花、芽中的相对表达量均很高,而MiCPP7在幼叶、花、芽中的相对表达量很低,MiCPP4与MiCPP9在幼叶、花中的相对表达量高而在芽中的表达量却很低,MiCPP6在花中的相对表达量很低,说明杧果MiCPPs基因家族成员在不同组织中具有表达的特异性.