油棕脱落酸受体PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】鉴定油棕（Elaeis guineensis）脱落酸（ABA）受体PYR/PYL/RCARs （PYL）基因家族成员,分析其表达特性,为探究ABA信号通路在油棕果肉成熟过程中的功能研究提供理论依据。【方法】以拟南芥和水稻的PYL蛋白氨基酸序列作为参考序列,通过BLASTp比对及保守结构域预测分析从油棕基因组中鉴定出PYL基因家族成员,利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、启动子顺式作用元件及编码蛋白的理化性质、保守结构域、进化关系进行分析,并采用实时荧光定量PCR对PYL家族基因在不同组织、不同发育期果实及外源ABA处理下的表达特性进行检测。【结果】从油棕基因组中共鉴定出12个油棕PYL基因家族成员（EgPYL1~EgPYL112）,分布在8条染色体和1个Scaffolds上,含有1~3个外显子,开放阅读框（ORF）为564~765 bp,编码187~254个氨基酸,蛋白分子量为20.95~28.33 kD,等电点（pI）为5.26~7.95,不稳定指数为32.67~52.87,脂溶指数为73.87~87.60,总平均亲水性为-0.68~-0.17。12个PYL家族蛋白均含有特征结构域PYR/PYL/RCAR,分为3个亚族。EgPYL1和EgPYL6基因具有共线性,EgPYL4、EgPYL5、EgPYL9和EgPYL11基因具有共线性。EgPYLs基因的启动子上含有大量植物激素响应元件、逆境胁迫响应元件和光响应元件。EgPYLs基因在根、茎尖、叶、花和果肉中均有表达,但表达量差异较明显。EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9基因的表达量随果肉成熟度增加逐渐升高,在23周达峰值。11个Eg PYLs基因均受外源ABA诱导表达。【结论】大多数PYL基因家族成员参与油棕对ABA的响应,且部分成员（如EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9）在油棕果实发育中发挥重要的调控作用。     

渗透胁迫下植物细胞脱落酸的信号转导途径研究进展

植物生长和农业生产易受到病菌侵染和非生物胁迫(如干旱、盐渍)的危害。脱落酸(ABA)是一种重要的逆境植物激素,在应对这些逆境的代谢调控中占有非常重要的地位。随着当前生态环境的恶化,了解ABA信号转导机制对于改善植物生产具有重要意义。PYR/PYL/RCAR-PP2C-SnRK2蛋白复合体等脱落酸受体研究,以及ABA信号转导途径介导渗透胁迫下许多生理反应,如组蛋白的修饰、活性氧的形成、Ca2+的释放等研究均取得重要成果,并成为国内外的研究热点。本文对近年来与此相关的研究进展进行了综述,以期为了解ABA在植物耐逆性中的作用提供参考。     

番茄脱落酸受体PYL基因家族全基因组鉴定及表达分析

脱落酸受体家族包含许多功能基因，其中PYR/PYL/RCARs(PYL)在植物生长发育和防御反应等方面发挥重要生物学功能。PYL基因表达可参与ABA通路调节，对非生物胁迫作出响应。PYL基因家族成员在其他植物中已被鉴定和研究，但在番茄中研究较少。研究首次在番茄中鉴定出20个PYL基因家族成员，分别命名为SlPYL1～SlPYL20。利用生物信息学方法，分析其理化性质、基因结构、系统发育关系、染色体定位、共线性关系和顺式作用元件等，通过顺式作用元件分析发现其含有胁迫响应元件、光响应相关元件和植物生长发育相关元件，预示PYL基因家族功能多样性。转录组数据分析表明，干旱和高温处理前后SlPYL基因表达模式不同，q RTPCR分析发现6个SlPYLs基因全部响应干旱和外源ABA处理，部分响应冷胁迫和盐胁迫。研究为提高番茄逆境抵抗能力研究提供新的候选基因。     

马铃薯StPYL1和StPYL8基因的分子克隆与表达分析

PYL(Pyrabactin resistance like)是最新发现的一种ABA受体蛋白,在ABA信号转导过程中起着重要的作用。本研究采用RT-PCR方法从马铃薯品种Désirée中克隆St PYL1和St PYL8 c DNA序列(Gen Bank登录号:KJ660844、KJ660845)。St PYL1 c DNA开放阅读框长度为696 bp,编码一个由231个氨基酸残基组成的蛋白;St PYL8 c DNA开放阅读框长度为561 bp,编码一个由186个氨基酸残基组成的蛋白。结构分析显示:St PYL1蛋白含有3个α螺旋、3个β折叠;St PYL8蛋白含有2个α螺旋、4个β折叠;二者均含有START-like结构域;蛋白三级结构比较显示,St PYL1与拟南芥At PYL1相似,St PYL8与拟南芥At PYL9相似。系统进化树分析发现,St PYL1与苜蓿Mt PYR1、St PYL8与拟南芥At PYL8亲缘关系较近。组织表达分析结果表明,St PYL1和St PYL8在茎叶中均有表达,St PYL1在茎中表达最高,St PYL8在叶中表达强于茎。St PYL1和St PYL8在马铃薯块茎中都有所表达,但整个块茎发育阶段St PYL8表达量高于St PYL1。外源ABA处理诱导St PYL1和St PYL8上调表达,盐和干旱胁迫对St PYL8表达的影响大于对St PYL1的影响。     

木薯PYL13基因克隆及表达分析

[目的]解析木薯脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCARs家族基因(MePYL13)在木薯块根采后生理性变质(PPD)过程中的功能作用,为后续探索ABA信号通路在木薯PPD中的功能及作物抗逆育种打下基础.[方法]从木薯品种SC8中克隆MePYL13基因,应用生物信息学分析方法对其编码蛋白的理化性质、亲疏水性、保守结构域及二、三级结构等进行预测,对基因上游启动子进行元件分析,通过亚细胞定位观察MePYL13蛋白在植物细胞中的定位情况,并利用实时荧光定量PCR检测MePYL13基因在木薯PPD过程中的相对表达量.[结果]克隆获得的MePYL13基因编码区(CDS)长度663 bp,编码220个氨基酸,蛋白分子量23.957kD,理论等电点(Ip)为6.74.MePYL13蛋白与巴西橡胶树(XP 021654464.1)PYL家族蛋白的氨基酸序列同源性最高,为91.55%,表明MePYL13蛋白氨基酸序列具有高度保守性.从MePYL13基因启动子鉴定获得与非生物胁迫逆境相关的响应元件,包括厌氧诱导元件(ARE,AAACCA)、光响应元件(ATCT-motif,AATCTAATCC)、干旱MYB元件(MBS,TAACTG)及ABA应答元件(ABRE,AAACAGA)和分生组织表达相关元件(CAT-box,GCCACT)等;MePYL13蛋白在木薯细胞的细胞核和细胞质上均有表达.随着PPD进程的推移,MeP YL13基因相对表达量整体上呈上升趋势,至PPD后期(48 h)其相对表达量是0h时(PPD前)的16倍,即MePYL13基因受木薯块根PPD的显著诱导.[结论]MePYL13基因是PYR/PYL/RCARs家族成员,可能在木薯块根PPD过程中发挥正向调控作用,为培育木薯PPD改良品种提供了潜在基因资源.     

蛋白磷酸化修饰在保卫细胞响应非生物胁迫中的作用机制

蛋白质的磷酸化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式。蛋白质的磷酸化与去磷酸化在植物气孔运动过程中起着关键的调节作用。目前,保卫细胞磷酸化蛋白质组学的主要研究内容包括鉴定磷酸化蛋白、定位磷酸化位点、定量磷酸化水平,进而揭示磷酸化和去磷酸化在植物气孔运动过程中所起的生物学功能。Open Stomata 1 (OST1)/SnRK2.6是蔗糖非酵解型蛋白激酶SnRK2(sucrose non-fermenting receptor kinase)家族的成员,具有典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶保守域,并主要在保卫细胞中表达。当植物处于正常生长环境时,ABA的受体PYR/PYL/RCAR不能作用于蛋白磷酸酶2C (PP2Cs,protein phosphatase 2Cs),PP2Cs通过与OST1互作抑制OST1的活性;在逆境胁迫下,PP2Cs解除对OST1蛋白激酶的抑制,随后OST1蛋白激酶启动对下游信号组分的调控作用并引起气孔运动。通过综述磷酸化修饰的定性和定量分析方法,以及蛋白质磷酸化修饰在保卫细胞应对非生物胁迫中的作用机制,提出了保卫细胞磷酸化蛋白组学领域目前存在的挑战和研究前景,旨在为深入了解保卫细胞应答非生物胁迫的气孔运动机制提供参考和新方向。     

草莓FaPYL5基因的鉴定及功能分析

为探究ABA受体PYL5在非呼吸跃变型果实成熟过程中的调控作用,本研究通过生物信息学对草莓FaPYL5进行了确定和氨基酸序列的分析;通过荧光定量PCR对Fa PYL5进行了不同时期的表达量测定;通过原核表达及蛋白纯化技术得到纯化的Fa PYL5蛋白并进行了鉴定;通过ITC、亚细胞定位和瞬时转基因对Fa PYL5进行了功能鉴定和定位观察。结果表明,草莓Fa PYL5的表达量随成熟呈现升高趋势; Fa PYL5编码的ABA受体蛋白大小为23.6kD,定位于细胞质,其与ABA的解离常数为61.8μM;抑制Fa PYL5的表达对草莓成熟具有抑制作用,过量表达Fa PYL5对草莓成熟具有促进作用。综合本研究的结果分析认为,草莓Fa PYL5编码的蛋白是ABA受体,其对草莓的成熟具有正调控作用。     

基于等温滴定微量热技术的植物脱落酸受体鉴定的方法

等温滴定微量热技术(ITC)是一种新发展的研究生物分子互作的方法,可获得生物分子相互作用的完整的热力学和动力参数等。为了探明ITC在植物激素受体筛选和鉴定方面的应用可靠性,以植物激素脱落酸(ABA)受体为例,通过等温滴定试验获得ABA受体PYR1和ABA结合的热力学信息,包括结合常数(Kd),反应的化学计量数(N)和焓(ΔH)等,开发植物激素受体筛选和鉴定的技术体系。ITC试验显示,受体蛋白PYR1和ABA结合Kd为67μmol/L,N为0.92,ΔH为19.78kJ/mol,表明他们结合具有特异性、饱和性和高亲和性等特征。等温滴定微量热技术可以应用于激素受体的筛选和鉴定。     

小麦ABA受体基因TaPYL9的克隆和表达分析

为了了解小麦ABA受体基因TaPYL9(Pyrabactin resistance like 9)在非生物胁迫下的功能,通过同源克隆法获得小麦TaPYL9基因,对其进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测该基因在ABA、NaCl和PEG处理下的表达情况。结果表明,TaPYL9 cDNA全长1 173 bp,开放阅读框618 bp,编码1个包含205个氨基酸残基的不稳定的亲水蛋白,该蛋白以α-螺旋为主,含有1个由2个α-螺旋和7个β-折叠组成的PYL螺旋手柄结构;TaPYL9蛋白与山羊草AsPYL9-like蛋白亲缘关系最近,与拟南芥AtPYL9蛋白属于同一亚族;TaPYL9蛋白和AsPYL9-like蛋白保守基序相同,与拟南芥13个PYL中的AtPYL9蛋白的保守基序相似性最高;TaPYL9在ABA、NaCl和PEG处理下总体上表达量上升。综上,TaPYL9为小麦ABA受体蛋白,对ABA敏感,可能参与小麦高盐和干旱胁迫应答的调控。     

植物激素——脱落酸(ABA)的细胞信号转导机制

植物激素脱落酸(ABA)参与从种子萌发到植物开花、结果和衰老等多个生长发育过程.研究ABA细胞信号转导的分子机制对进一步阐明其功能具有重要的意义.通过介绍FCA(Flowering Control Locus A)、Mg离子螯合酶H亚基(ABAR/CHLH)、G蛋白偶联受体(GCR2)、GTG1/GTG2 (GPCR-...     

玉米脱落酸受体ZmPYL9基因的克隆及功能探究

脱落酸(ABA)参与植物发育过程以及调控多种非生物胁迫的适应性,PYL基因作为ABA受体,直接影响ABA的生物合成。为了探究玉米中PYL家族基因的功能,克隆了一个ZmPYL9基因,该基因编码197个氨基酸;物种同源蛋白质系统进化分析发现,ZmPYL9与高粱同源蛋白相似度甚高,且具有相同的保守基序;启动子顺式作用元件分析发现,ZmPYL9基因ATG上游2 000 bp区域含有多种激素应答相关的结合位点;ZmPYL9基因组织表达分析结果表明,该基因属于组成型表达,在胚乳中高度表达。ZmPYL9基因正向响应外源ABA诱导,恢复正常培养后,该基因表达量急速下降且低于CK;但是ZmPYL9基因受PEG和PEG+ABA负向诱导,且在PEG+ABA胁迫下该基因表达量高于PEG胁迫下,恢复正常培养后,2种胁迫下该基因的表达量均表现上升趋势。说明ZmPYL9基因响应干旱胁迫和ABA诱导,且ABA可以提高干旱胁迫下该基因的表达量。     

矮牵牛PhPYL4基因的克隆与表达分析

PYR1-LIKE (PYL)作为脱落酸受体,参与植物的多种逆境胁迫。从矮牵牛W115系(Petunia×hybrida‘Mitchell’)中克隆 PYL4的同源基因 PhPYL4。该基因开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)大小为645 bp,编码214个氨基酸。PhPYL4蛋白分子式为C_(1022)H_(1662)N_(306)O_(316)S_(10)。该蛋白含有一个保守的疏水性配体结合结构域,属于SRPBCC超家族成员。表达分析显示: PhPYL4基因在叶片中表达量最高,根中表达量最低;盐胁迫12 h时, PhPYL4的表达量上调至对照的6倍,24 h后表达量明显下降;体积分数10%PEG处理12 h时, PhPYL4的表达量上调至对照的13倍,24 h后表达量开始下降;ABA处理12 h时, PhPYL4的表达水平上调至对照的29倍,24 h后表达水平显著下降。研究结果揭示: PhPYL4在矮牵牛对盐、干旱及ABA等非生物胁迫的响应中具有重要作用。该研究可为进一步揭示 PhPYL4在矮牵牛抗逆中的调控机制奠定理论基础。     

平榛PYL基因家族全基因组鉴定及果实发育表达分析

[目的]植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物生长发育、种子成熟及非生物胁迫响应中发挥重要作用.PYR/PYL/RCAR(Pyrabactin Resistance1/PYR1-like/Regulatory Component of ABA Receptor,PYLs)作为ABA直接受体,在ABA信号转导通路中起关键作用.平榛(Corylus heteropylla)是东北地区重要的特色经济林木,其果实发育分子机制研究对于榛子实际生产具有重要意义.[方法]为明确平榛ChPYLs基因家族的进化关系,研究借助生物信息学,以课题组测序组装获得的平榛全基因组数据为基础,从中筛选获得8个ChPYLs基因,且进一步明确了各基因的基因结构及其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守结构域、模体,并以现有高通量转录组数据为基础,明确了各成员在平榛子房及胚珠发育不同时期的表达水平,并采用qRT-PCR对后者进行了验证.[结果]ChPYLs在进化上可分为3大群组,且同一物种不同成员在进化过程中可能由多次复制事件产生;基因家族各成员大多不含内含子,ChPYL4、ChPYL5和ChPYL8则含有1～2个内含子;各成员编码蛋白均含有典型的PYR_PYL_RCAR_like结构域,且ChPYL1、ChPYL7、ChPYL3和ChPYL5还含有1个保守的Bet_v_1结构域;蛋白保守模体分析结果显示,在该基因家族编码蛋白中预测得到10种保守模体,且成员间所含的模体数量存在一定差异,所含的保守模体数量在4～6个,其中所有蛋白均含有Motif 1、Motif 2和Motif 3;基于子房和胚珠不同发育时期转录组数据,结果表明基因家族成员间表达模式存在显著差异,且大部分成员在子房和胚珠发育各时期表达水平较低;在子房发育不同时期,ChPYL4和ChPYL8在不同时期均高表达,后者表达水平更高;在胚珠发育不同时期,只有ChPYL4、ChPYL6和ChPYL8有表达,且只有ChPYL8在4个时期均高表达,且呈现双峰表达模式;结合qRT-PCR结果分析发现,ChPYL4在OV1时期表达量最高,其他3个时期均低表达;ChPYL8表达呈现双峰模式,即OV2和OV4时期表达量更高.该结果与转录组数据分析结果较为一致,也进一步证明转录组数据具有较高可靠性.[结论]结果表明ChPYL4和ChPYL8在子房、胚珠发育不同时期具有表达模式特异性,故推测该ChPYL4和ChPYL8可能是研究果实发育调控的重要候选基因;该研究将为后续ChPYLs参与榛子果实发育调控功能的深入挖掘提供重要理论基础.     

木薯MePYL12基因克隆及采后生理性变质过程的表达分析

【目的】脱落酸受体PYL家族基因为ABA信号通路的重要成员。研究PYL基因在木薯块根的采后生理性变质(post-harvest physiological deterioration, PPD)和非生物胁迫中的功能,能够为进一步研究ABA信号在木薯抗逆和PPD过程中的功能奠定基础。【方法】本研究从木薯品种SC124中通过RT-PCR技术克隆得到了MePYL12基因,对它的蛋白质进行相关生信分析,如遗传进化关系、结构域、蛋白质结构预测、理化性质及基因的启动子元件分析,同时对MePYL12基因在相关处理和木薯PPD过程中的表达量进行分析。【结果】(1)克隆得到的MePYL12长度为567 bp,氨基酸数量为188,理论等电点为5.55,三级结构预测显示含有典型PYL螺旋手柄结构,与蓖麻和橡胶树中PYL蛋白序列的相似性较高,达到了86.77%和94.68%。MePYL12基因的蛋白序列含有PYL蛋白家族的保守结构域,特别是ABA结合的区域"Latch"和"Gate"序列100%一致,这些结果表明MePYL12基因编码的蛋白质属于PYL家族成员并且高度保守。(2)10个木薯组织中的MePYL12基因表达分析显示,该基因在分生组织和叶片中的表达水平最高。(3)MePYL12基因主要的启动子元件为光应答元件(Light-responsive motifs)、干旱诱导元件(Drought-inducedmotif)、 ABA应答元件(ABAresponsivemotif)等元件。(4)MePYL12基因的表达水平显著受到干旱胁迫和ABA处理诱导。在木薯块根的PPD过程也被显著诱导,在6 h达到最高,随后慢慢下降。【结论】MePYL12基因具有提高植物应对非生物胁迫能力的潜能,同时可能参与了木薯块根的PPD过程,也为后续研究相关功能奠定了基础。     

植物PP2C蛋白磷酸酶负调控ABA信号转导途径研究进展

PP2C(PP2C-type protein phosphatases)蛋白磷酸酶是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,植物体内目前已经发现了4种PP2C蛋白磷酸酶:ABI,AtP2C-HABl,AtPP2CA以及MP2C.大量的研究表明植物PP2C蛋白磷酸酶参与了ABA信号转导途径的负调控功能.就高等植物PP2C的分类及其对ABA信号转导途径的负调控功能的研究进展进行了综述.     

利用WGCNA鉴定谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉胁迫的共表达基因

【目的】脱落酸(ABA)作为一类逆境激素,在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。脱落酸受体蛋白PYR/PYL/PCAR及SNF1相关的蛋白激酶(SnRK2)是介导脱落酸信号转导的重要调控因子。本研究通过预测脱落酸及其信号转导途径中关键基因在谷子白发病致病菌禾生指梗霉(Sclerospora graminicola)中的调控作用,为谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染的互作研究提供参考。【方法】通过对禾生指梗霉侵染的晋谷21号谷子进行转录组测序和脱落酸含量测定,基于谷子全基因组对脱落酸信号转导通路上的PYL和SnRK2家族基因进行鉴定、分析,利用测定的转录组构建加权基因共表达网络(WGCNA),并与禾生指梗霉侵染引起的寄主内源脱落酸含量进行关联,预测脱落酸及其下游信号转导基因PYL和SnRK2在谷子与禾生指梗霉互作调控中的关键核心基因;利用qRT-PCR技术对候选基因进行验证。【结果】谷子中存在禾本科中较为保守的PYL和SnRK2家族基因各11个,且在PYL和SnRK2家族基因的启动子上均预测到脱落酸响应元件。在禾生指梗霉侵染后,寄主内源脱落酸在第一、第二时期大量积累,含量显著高于对照组,分别为22.50和18.08 ng·mL-1,而在第三、第四和第五时期脱落酸含量下降,低于对照组。在基因共表达网络分析中,利用18 535个基因共构建了34个基因共表达模块。通过对脱落酸含量和PYL、SnRK2家族基因的关联分析,预测到MEpaleturquoise和MEbrown模块为核心候选模块。利用GO功能富集和模块关键基因的挖掘共预测到1个PYL家族基因Seita.1G030500和2个SnRK2家族基因Seita.2G394500、Seita.3G03200,以及3个核心基因Seita.4G105600、Seita.6G218100和Seita.9G138400,共6个基因可能在脱落酸及其信号转导调控过程中参与谷子与禾生指梗霉的互作。对预测到的3个核心基因在水稻和拟南芥数据中进行比对,鉴定到Seita.4G105600为转导蛋白/WD40重复超家族蛋白、Seita.6G218100为WRKY57转录因子、Seita.9G138400为TIFY转录因子。qRT-PCR分析表明Seita.2G394500、Seita.4G105600和Seita.6G218100基因在谷子白发病早期表达均上调。【结论】谷子在受到禾生指梗霉侵染后脱落酸会在体内大量积累,预测到1个PYL家族基因、2个SnRK2家族基因、2个转录因子基因和1个WD40家族蛋白基因参与谷子内源脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程。qRT-PCR结果表明1个SnRK2家族基因、1个WD40家族蛋白基因和1个WRKY57转录因子基因共3个基因可能在谷子脱落酸响应禾生指梗霉侵染过程中发挥重要作用。     

ABA在植物与病原菌互作中的作用

脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,在植物受到生物或非生物压力时,其对植物抵御这些压力具有重要作用。脱落酸在生物胁迫下,通过干扰水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET)防御信号途径,可负调控植物抗病性。然而,近年来研究发现,脱落酸可通过诱导胼胝质积累正调控抗病性,但目前关于此方面的报道国内较少。综述了近年来关于ABA对植物防御研究的一些进展,介绍ABA在植物防御中所起的作用及调节机制。     

PPR蛋白APPR6参与ABA调控拟南芥种子萌发与幼苗生长

植物激素脱落酸(ABA)参与调控植物生长发育各个阶段,并在植物对多种胁迫的抗逆反应中起着重要作用。PPR基因家族是拟南芥最大的基因家族之一,PPR蛋白在调控植物生长发育与响应逆境胁迫过程中发挥重要作用,然而参与ABA信号转导的线粒体PPR蛋白仍有待进一步研究。本研究发现拟南芥线粒体PPR蛋白APPR6的2个T-DNA插入突变体在萌发与萌发后幼苗早期生长过程中对外源ABA超敏,报道APPR6参与ABA信号转导为进一步阐明线粒体PPR蛋白的作用机制以及复杂的ABA信号网络提供了新的信息。