棉花苯丙氨酸解氨酶基因家族的生物信息学分析

【目的】苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷类代谢的关键酶,对调节植物生长和抗逆有重要作用。从全基因组层次了解棉花苯丙氨酸解氨酶基因家族的进化和功能,可为相关研究提供数据支撑。【方法】利用HMMER和BLASTP从棉花基因组筛选苯丙氨酸解氨酶基因家族,利用MEGA-X进行进化分析,利用MCScanX进行共线性分析,并利用NCBI SRA的数据进行表达分析。【结果】本研究分别从陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉基因组中筛选到12、13、7、8个苯丙氨酸解氨酶基因,依据进化分析和共线性关系数据,我们推测四种棉花的二倍体祖先起初应有6个苯丙氨酸解氨酶基因。顺式作用元件分析结果表明,苯丙氨酸解氨酶基因家族含有较多的光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育相关的元件。苯丙氨酸解氨酶的蛋白序列具有保守的基序。陆地棉的12个苯丙氨酸解氨酶在低温、高温、盐和PEG胁迫下有不同的表达方式。【结论】本研究明确了苯丙氨酸解氨酶在棉花基因组中的数量、理化性质、进化和表达特征,为苯丙氨酸解氨酶的深入研究提供了参考。     

桂花苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与序列分析

利用一对简并引物,从桂花(Osmanthus fragrans)中克隆得到苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的cDNA片段,命名为OfPAL,GenBank登录号为GU991822.OfPAL长866 bp,编码288个氨基酸.通过核苷酸和蛋白质序列多重比较,发现OfPAL与其他植物的PAL基因高度同源.OfPAL编码的蛋白质序列包含与橄榄、烟草、辣椒PAL蛋白质相同的脱氨基位点和催化活性位点.PAL系统进化树显示,OfPAL与菊科植物的PAL基因亲缘关系较近.本研究通过克隆OfPAL基因,可为桂花对不良环境的抵御能力以及桂花类黄酮积累方面的研究奠定基础.     

苯丙氨酸解氨酶基因家族在大豆中的时空表达研究

苯丙氨酸代谢途径是植物最重要的次生代谢途径之一,其下游产物包括异黄酮、植保素、木质素等多种次生代谢产物。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸代谢途径的起始酶和关键酶。PAL基因家族包含8个基因,为了明晰这8个基因在大豆植株内的表达情况,通过实时定量PCR研究了PAL家族所有成员在大豆植株内的时空表达差异性。发现PAL基因家族总体的相对表达量在生殖生长时期高于营养生长时期,在叶片和子粒中相对表达量较高。PAL1-1、PAL2-1和PAL2-3基因在各部位相对表达量明显高于其他同家族基因,PAL1-1基因各时期稳定表达,PAL2-1和PAL2-3基因在生殖生长后期先后出现表达峰值。这些结果表明大豆PAL基因家族各成员的相对表达量在时间和空间上存在差异,具有一定时空表达特异性。     

夏枯草苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与表达分析

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是迷迭香酸合成途径中的关键酶之一,根据其他植物PAL基因的保守区域设计特异引物,利用3’-RACE-PCR技术,本研究首次从夏枯草中克隆得到了PAL基因的cDNA片段序列,命名为PvPAL,Gen-Bank登录号为JN65446。PvPAL基因cDNA片段长1 306 bp,其中编码区域为1 047 bp,编码349个氨基酸。蛋白质序列多重比较结果显示,PvPAL蛋白质序列与丹参、地黄、黄芩、藿香等植物的PAL蛋白质高度同源。PAL系统进化树分析结果表明,PvPAL与唇形科植物的PAL基因亲缘关系最近。组织表达分析结果显示,PvPAL基因在根、茎、叶中均表达,其中根中表达量最高。PvPAL基因的克隆为进一步研究夏枯草迷迭香酸合成的分子机制奠定了基础。     

番茄叶霉病抗性与苯丙氨酸解氨酶的相关性

以含对叶霉病不同抗性基因的番茄品种为材料，研究了叶霉病菌侵染过程中PAL酶活性和次生代谢物木质素含量的变化与品种抗性、病原菌生理小种间的相互关系. 种后苯丙氨酸解氨酶活性增加，抗病品种的PAL酶活性高峰出现早于感病品种。番茄品种的抗病性与其接种后36h PAL酶活性变化百分比呈极显著正相关（r=0.96^**)。另外，还成功地利用PAL酶活性变化速度这一指标对叶霉病生理小种的变异进行了生化鉴定。     

夹竹桃苯丙氨酸解氨酶的基因克隆与序列分析

首次从夹竹桃中克隆得到苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因cDNA片段,并命名为NoPAL1,GenBank登录号为AY747677,这也是首次从夹竹桃花青苷代谢途径中克隆得到的基因。NoPAL1长866个bp,编码289个氨基酸。通过核苷酸和蛋白质序列多重比较发现NoPAL1与其他植物的PAL基因高度同源。NoPAL1编码的蛋白质序列包含与水稻、玉米PAL蛋白质相同的脱氨基位点和催化活性位点。PAL系统进化树表明,NoPAL1与乔木类植物的PAL基因聚类关系最近。克隆NoPAL1基因为利用基因工程技术来调控夹竹桃花青苷的代谢从而调控夹竹桃花的颜色提供了基因资源。     

甘蓝型油菜苯丙氨酸解氨酶的分离纯化与性质研究

分离和部分纯化了甘蓝型油菜荚果中的苯丙氨酸解氨酶,经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测得亚基分子量约为46KD,推测其全酶分子量为184KD。酶反应的最适pH值为8.4;最适温度是60℃,70℃处理10min残存活性仍保持在50%,具有较好的耐热性;底物L-Phe最适反应浓度是0.02mol/L;有两个Km值,即Km1为1.01×10-3mol/L,Km2为0.778×10-3mol/L。     

绿色棉苯丙氨酸解氨酶基因GhPAL1的克隆和实时定量表达分析

本研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因cDNA序列(AAC18870.1)为探针,在GenBank中与棉花EST进行tBLASTn比对,将同源性高的EST序列拼接后获得一条棉花PAL全长cDNA基因序列,以此序列为模板设计引物,通过RT-PCR扩增从绿色棉纤维分离出了一个绿色棉PAL基因全长cDNA序列,将该基因命名为GhPAL1(GenBank登录号:JN032297)。序列分析表明,该cDNA全长2347bp,含有一个编码721个氨基酸的开放阅读框。实时荧光定量PCR分析发现:该基因在绿色棉纤维中的表达模式与白色棉纤维相似,但两者在同一时期的表达量差异显著,其在花后6d绿色棉纤维细胞中的表达量是同期白色棉的6倍以上,从该基因的表达特征推测GhPAL1基因可能在绿色棉纤维色素合成过程中发挥重要作用。     

短波紫外线诱导采后番茄苯丙氨酸解氨酶的分离纯化

以番茄为试材,经2.4kJ/m2短波紫外线(UV-C)照射,取果皮经冰浴研磨、硫酸铵分级沉淀、凝胶过滤和离子交换层析,分离纯化苯丙氨酸解氨酶。经测定,紫外照射组PAL活性为81.0U/mL,比对照组高5U/mL,分离纯化倍数为16.4倍,纯化获得的酶经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,其亚基分子量约为76kD。     

低浓度玉米小斑病菌T毒素对玉米叶片苯丙氨酸解氨酶活性的诱导研究

分别用系列低浓度玉米小斑病菌T小种毒素处理玉米叶片后再接高浓度毒素观察其病斑大小,并测定了与抗病相关的关键酶——苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性变化,从而确定了低浓度T毒素能够作为激发子来诱导玉米的系统获得性抗性具有一定的广泛性,且不同的品种所需的最适合浓度不同。对TB37的处理中0.025μg/mL组处理效果最好,PAL酶活性最高;而对TMo17的处理中0.05μg/mL组处理效果最好,PAL酶活性最高。     

陆地棉苯丙氨酸解氨酶家族基因的鉴定及分析

苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷类代谢途径的关键酶,与植物抗病性密切相关。黄萎病是棉花的第一大病害。虽然陆地棉的基因组测序已经完成,但是对其苯丙氨酸解氨酶家族基因还缺乏系统深入的研究。本研究利用生物信息学和Realtime RT-PCR方法,鉴定了陆地棉TM-1中苯丙氨酸解氨酶家族基因以及它们的染色体定位,基因结构,进化关系和组织表达特征。TM-1基因组中共有13个苯丙氨酸解氨酶家族基因,其氨基酸长度介于697~723,分布在12条染色体上,仅A4上有2个相距440 kb的PAL基因,其他染色体上仅有1个PAL基因。另外,在基因结构上仅GhPAL4没有内含子,其余基因都含有1个内含子。13个苯丙氨酸解氨酶家族基因在进化上分为4组,其中第一组含有8个基因。利用EST数据库分析发现,位于6号染色体上的2个基因在所有检测的组织中不表达。Realtime RT-PCR表明位于1、4、9、10、11号染色体上的10个基因能表达,表达量最高的是位于1号染色体上的GhPAL1和GhPAL8。而其他3个未扩增出。分析能扩增出的10个基因在黄萎菌诱导前后抗感材料中的表达,表明GhPAL1和GhPAL8在抗病材料中的本底表达量是感病材料的8倍,并且黄萎菌诱导后,基因的表达量增加2倍。这2个基因可能在抗黄萎病中起重要作用。进一步证明PAL基因在抗黄萎病中的重要作用,并为后续该类基因的抗性研究提供借鉴。     

盐碱胁迫对小麦幼苗根系活力和苯丙氨酸解氨酶活性的影响

分别采用两种中性盐(NaCl和Na2SO4)和两种碱性盐(NaHCO3和Na2CO3)混合模拟不同浓度的盐碱胁迫条件,对龙麦26和克旱16两种不同基因型春小麦幼苗进行7d胁迫处理。分别测定叶片中苯丙氨酸解氨酶活性和根系活力,以探讨盐、碱两种胁迫下小麦根系对离子交换吸附能力的影响。结果表明:盐碱混合胁迫增强了小麦叶片的苯丙氨酸解氨酶活性,增加了根系活跃吸收面积,增大了根系活力。这3个指标受胁迫溶液离子浓度、pH值、碱性盐比例等多重影响,且品种间存在一定差异性。     

施用硫酸锌对玉米抗病性相关酶表达的影响

化肥中的一些元素具有提高作物抗病性表达的作用。在前人应用硫酸锌防治玉米茎腐病的基础上,研究硫酸锌对玉米自交系抗病性相关酶代谢活性的影响。结果表明,在自交系U8112根系中,苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)的活性得到诱导,活性水平显著增强。在硫酸锌灌根处理中,U8112的PAL和PPO活性分别提高了18.7%和7.0%,两种酶的活性能够维持一个较长的时间。在自交系Mo17中,硫酸锌处理后,PAL和PPO两种酶的活性未见提高。     

施肥对南果梨花青素含量及苯丙氨酸解氨酶活性的影响

通过田间试验,以南果梨树为试材,在不同的施肥处理下,研究了南果梨花青素含量与PAL活性的关系及施肥对南果梨花青素含量及PAL活性的影响,研究结果表明：在南果梨整个生育时期,PAL活性的变化与花青素的合成都有两次高峰,但它们之间无显著的相关关系;不同施肥处理对花青素含量及PAL活性的影响极其显著,施高量钾、铁肥和不施氮、磷有利于花青素含量的增加和PAL活性的提高,中量施肥水平对花青素含量及PAL活性都表现出了较好的调控效果,其花青素含量及PAL活性分别为48.95nmol/g和19.72 U/(g?h),虽然花青素含量与PAL活性低于高量钾处理,但它们之间差异并不显著。     

大豆疫霉根腐病菌毒素处理抗感不同大豆品种后苯丙氨酸解氨酶活性的变化

对大豆疫霉根腐病菌毒素胁迫下抗感不同大豆品种根、茎、叶中苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的变化规律进行了初步研究,结果表明：适宜浓度的毒素（稀释100倍,浓度为0．0897mg／mL）处理抗病大豆品种的根、茎和叶中苯丙氨酸解氨酶活性在病程的大部分阶段与对照相比都升高,而感病品种在整个病程中虽然在某些阶段较对照有一定的提高,但幅度不大,在病程其他阶段苯丙氨酸解氨酶下降幅度远大于升高幅度。而浓度相对较高的毒素（稀释50倍,浓度为0．1794mg／mL）处理后抗感品种根、茎和叶中苯丙氨酸解氨酶活性的变化较稀释100倍浓度毒素幅度小。     

基于转录组的荔枝PAL基因家族鉴定及表达分析

本研究通过运用荔枝采后褐变的转录组数据,运用生物信息学的方法对荔枝PAL基因家族进行鉴定,然后分析其理化性质、蛋白的各级结构、保守基序、与其他物种的进化关系及荔枝采后室温下褐变的基因表达模式。结果表明,共在荔枝中鉴定出4个具有PLN02457结构域的PAL基因。其蛋白质的长度为706～724个氨基酸,分子质量在39.990～43.759 kD,理论等电点存在于6.03～6.34之间,不稳定系数介于29.61～38.10,脂肪指数在88.87～93.40。各蛋白的α-螺旋介于54.72%～59.35%,无规则卷曲在30%左右,两者在二级结构中占比相对较高。4个荔枝PAL基因蛋白均存在MIO保守结构域,该结构域普遍存在于PAL基因家族蛋白中。4个荔枝PAL基因蛋白均存在PAL基因家族蛋白普遍出现的MIO保守结构域。通过多物种进化树分析发现荔枝与双子叶植物PAL基因家族的亲缘关系是相对较近的。4个荔枝PAL基因在室温下采后荔枝果皮发生褐变的过程中都展现了不同的表达模式。本研究发现了LcPAL2和LcPAL3 2个基因和PAL活性与荔枝果皮褐变有着很密切的联系,为进一步挖掘荔枝PAL基因功能提...     

广西玉米自交系纹枯病抗病性鉴定

2003年秋至2005年夏连续2年对广西223份玉米自交系进行多年多重复的田间纹枯病抗病性鉴定。接种鉴定方法:将玉米纹枯病分离菌在大麦粒上扩繁,于玉米拔节期进行田间接种,采用国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)的病害分级评定方法进行鉴定。结果表明:玉米自交系间的抗感性存在差异,同一自交系在同年度内春播与秋播鉴定中抗病性表现存在明显差异。在223份材料中未发现免疫类型,高抗自交系占所鉴定总数的1·3%、抗病的占14·4%、中抗水平占6·3%、感病占2·2%、高感占75·8%。     

剑麻苯丙氨酸裂解酶基因的鉴定及表达分析

剑麻是热带地区重要的纤维作物,但其分子生物学研究基础薄弱,纤维发育机制尚未明确。苯丙氨酸裂解酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)是纤维重要组分木质素生物合成的起始酶,近年来转录组测序技术快速发展,使开展剑麻PAL基因相关研究更为便利。本文根据已报道转录组数据成功鉴定出2个含完整编码序列的剑麻PAL基因,其在剑麻叶片发育过程中的表达模式与前人报道的PAL在纤维发育过程中的活性变化规律一致,表明其与木质素生物合成密切相关。遗传进化分析结果显示,剑麻和番麻PAL基因进化关系更近,选择压力分析结果显示,剑麻和番麻PAL基因序列选择压力一致且高于太匮龙舌兰PAL基因,这一现象可能由剑麻和番麻纤维性状的趋同进化引起。此外,剑麻PAL基因在铜铅胁迫后差异表达不显著,其可能在重金属胁迫后受到转录后调控。值得一提的是,在烟草疫霉侵染后,剑麻PAL基因表达水平上调倍数较高,其可能同时参与苯丙烷类代谢途径中抗病相关次生代谢产物的合成和细胞壁介导的免疫机制。因此开展剑麻PAL基因功能解析可加深对剑麻纤维发育机制和抗病机制的理解,对培育高产、优质、多抗剑麻新品种具有重要意义。     

Protamex酶解玉米蛋白质制备生物活性玉米肽的研究

利用Protamex蛋白酶控制玉米蛋白水解,制备有利于消化吸收,具有降血压和抗氧化等特定生理功能的玉米肽。适度变性的玉米蛋白易被Protamex蛋白酶水解,热处理的时间和温度均影响玉米蛋白的变性程度,经温度85℃热处理60min的玉米蛋白的水解度最大。相同的水解时间,在pH值为9.0,温度60℃时,该酶对变性玉米蛋白的水解度最大,在此条件下酶解60min,消耗NaOH（5mol/L）16.3mL,玉米的水解度为32.5%,肽的得率为51.2%。SephadexG-25对玉米蛋白水解产物的分离结果表明,Protamex蛋白酶水解玉米蛋白可生成分子量不同的5个组分。