中药火麻仁基原植物大麻的TIFY基因家族鉴定及功能分析
发布时间：2021-04-16 12:26
目的:从全基因组层面对大麻（Cannabis sativa）TIFY基因家族进行鉴定与功能分析,为解析大麻TIFY家族基因功能及其对大麻素等次生代谢产物生物合成的调控机理奠定基础。方法:采用已有大麻基因组数据,通过NCBI,PlantTFDB,MEME及TBtools等生物信息学分析工具,鉴定大麻中的TIFY家族基因,并对其编码蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位及组织差异表达模式等进行分析和可视化作图。结果:该研究共鉴定到大麻TIFY家族基因成员14个（CsTIFY1～CsTIFY14）,分属于TIFY,JAZ,ZML和PPD共4个亚家族,其核酸序列长度为365～1 369 bp,编码氨基酸长度为118～442 aa,等电点为4.64～9.96。14个CsTIFYs不均匀的分布在8条染色体上,亚细胞定位预测其蛋白均定位细胞核中。CsTIFYs基因的启动子区具有多种非生物胁迫响应的顺式作用元件,可参与植物的不同生长发育和非生物胁迫调控。转录组表达热图分析表明,CsTIFYs在不同大麻品种的雌花及同一品种的花、苞片、茎、叶中均存在表达差异。结论:该研究从全基因组水平鉴定到大麻C...
【文章来源】：中国实验方剂学杂志. 2020,26(24)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
大麻CsTIFY基因染色体定位
大麻CsTIFY基因的基因结构
TIFY蛋白是植物中特有的一类转录因子，曾被称为花序分生组织中表达的锌指蛋白（Zinc-finger protein expressed in inflorescence meriste,ZIM）家族，因其具有一个高度保守的TIFY功能结构域，即TIF[F/Y]XG氨基酸序列，因此被命名为TIFY基因家族。根据保守结构域的不同，TIFY家族蛋白分为TIFY,JAZ,ZML（包括ZIM和ZML(ZIM-like）蛋白）和PPD共4个亚家族[17]。其中TIFY亚家族含有TIFY结构域；JAZ亚家族含有TIFY结构域和Jas结构域；PPD亚家族含有TIFY结构域，Jas结构域（PY基序缺失）及PPD结构域；ZML亚家族含有TIFY结构域，CCT基序及GATA锌指结构域[18-19]。首个被鉴定的TIFY家族转录因子是拟南芥的TIFY1(ZIM)[20]。目前，TIFY家族已在多种植物中被鉴定出来。例如拟南芥18个、水稻20个、大豆中34个、杨树25个、葡萄16个[17,21-22]。多项研究表明，TIFY家族基因参与植物中各种生物途径的控制，包括参与调控茎叶、花的发育、非生物胁迫的响应、多种激素信号网络转导以及种子萌发等。例如在拟南芥中，ZIM基因与花序的发育和开花有关[17];At TIFY4a(PPD1）和At TIFY4b(PPD2）基因可调节叶片的大小、限制叶片边缘的弯曲程度[23];At JAZ7基因通过调节植物的光合作用，防御代谢物等产生耐旱性[24]。多项研究结果表明茉莉酸（jasmonic acid,JA）对植物次生代谢产物积累有显著诱导效应[25-26]。TIFY转录因子家族的JAZ蛋白，是JA信号从SCFCOI1复合体向下游茉莉酸响应基因传导的重要枢纽，还可与其他信号通路调控因子相互作用，在复杂激素调节网络中具有重要作用，是JA信号通路的抑制因子[27]，可影响多种信号通路从而影响植物次生代谢产物的积累。因此，推测TIFY转录因子家族成员可能在大麻响应JA信号途径和大麻素生物合成中发挥重要的调控作用，然而目前大麻中关于TIFY转录因子家族基因的系统鉴定分析和功能研究尚没有报道。VAN BAKEL等[28]在2011年发表了大麻品种Purple Kush(PK）的基因组草图，为大麻的基因挖掘和功能研究奠定了数据基础。本研究以大麻基因组为参考数据，运用系统发育分析、染色体定位分析和基因结构分析等对大麻TIFY转录因子家族进行全基因组范围的鉴定与功能分析，并利用课题组已有的高CBD含量的大麻品种雌株的花、茎、叶和苞片等组织器官的转录组数据，对大麻TIFY家族基因的不同组织表达差异进行分析，为后续大麻TIFY基因家族及JAZ蛋白功能研究和大麻优质品种选育提供科学参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火麻仁研究概述[J]. 张乔会,殷红清,问小龙,杨永康. 湖北农业科学. 2019(21)
[2]高大麻二酚（CBD）含量药用大麻的新品种选育及生产[J]. 张际庆,陈士林,尉广飞,宁康,王超群,王磊,陈华,董林林. 中国中药杂志. 2019(21)
[3]非精神活性药用大麻的应用及开发[J]. 宁康,董林林,李孟芝,赵庆贺,陈华,王磊,陈士林. 中国实验方剂学杂志. 2020(08)
[4]药用大麻种质资源分类与研究策略[J]. 李秋实,孟莹,陈士林. 中国中药杂志. 2019(20)
[5]植物JAZ蛋白的功能概述[J]. 孙程,周晓今,陈茹梅,范云六,王磊. 生物技术通报. 2014(06)
[6]大麻研究现状综述[J]. 姜黎,皮建华,孙琴,代勇. 四川警察学院学报. 2012(03)
[7]茉莉酸反应基因转录抑制因子JAZ蛋白家族研究进展[J]. 黄文峰,王立丰,田维敏. 热带作物学报. 2009(09)
[8]JAZ蛋白介导的茉莉酸信号传递[J]. 吴莹,陶雷,袁红梅,赵丽娟. 安徽农业科学. 2008(16)
本文编号：3141426
【文章来源】：中国实验方剂学杂志. 2020,26(24)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
大麻CsTIFY基因染色体定位
大麻CsTIFY基因的基因结构
TIFY蛋白是植物中特有的一类转录因子，曾被称为花序分生组织中表达的锌指蛋白（Zinc-finger protein expressed in inflorescence meriste,ZIM）家族，因其具有一个高度保守的TIFY功能结构域，即TIF[F/Y]XG氨基酸序列，因此被命名为TIFY基因家族。根据保守结构域的不同，TIFY家族蛋白分为TIFY,JAZ,ZML（包括ZIM和ZML(ZIM-like）蛋白）和PPD共4个亚家族[17]。其中TIFY亚家族含有TIFY结构域；JAZ亚家族含有TIFY结构域和Jas结构域；PPD亚家族含有TIFY结构域，Jas结构域（PY基序缺失）及PPD结构域；ZML亚家族含有TIFY结构域，CCT基序及GATA锌指结构域[18-19]。首个被鉴定的TIFY家族转录因子是拟南芥的TIFY1(ZIM)[20]。目前，TIFY家族已在多种植物中被鉴定出来。例如拟南芥18个、水稻20个、大豆中34个、杨树25个、葡萄16个[17,21-22]。多项研究表明，TIFY家族基因参与植物中各种生物途径的控制，包括参与调控茎叶、花的发育、非生物胁迫的响应、多种激素信号网络转导以及种子萌发等。例如在拟南芥中，ZIM基因与花序的发育和开花有关[17];At TIFY4a(PPD1）和At TIFY4b(PPD2）基因可调节叶片的大小、限制叶片边缘的弯曲程度[23];At JAZ7基因通过调节植物的光合作用，防御代谢物等产生耐旱性[24]。多项研究结果表明茉莉酸（jasmonic acid,JA）对植物次生代谢产物积累有显著诱导效应[25-26]。TIFY转录因子家族的JAZ蛋白，是JA信号从SCFCOI1复合体向下游茉莉酸响应基因传导的重要枢纽，还可与其他信号通路调控因子相互作用，在复杂激素调节网络中具有重要作用，是JA信号通路的抑制因子[27]，可影响多种信号通路从而影响植物次生代谢产物的积累。因此，推测TIFY转录因子家族成员可能在大麻响应JA信号途径和大麻素生物合成中发挥重要的调控作用，然而目前大麻中关于TIFY转录因子家族基因的系统鉴定分析和功能研究尚没有报道。VAN BAKEL等[28]在2011年发表了大麻品种Purple Kush(PK）的基因组草图，为大麻的基因挖掘和功能研究奠定了数据基础。本研究以大麻基因组为参考数据，运用系统发育分析、染色体定位分析和基因结构分析等对大麻TIFY转录因子家族进行全基因组范围的鉴定与功能分析，并利用课题组已有的高CBD含量的大麻品种雌株的花、茎、叶和苞片等组织器官的转录组数据，对大麻TIFY家族基因的不同组织表达差异进行分析，为后续大麻TIFY基因家族及JAZ蛋白功能研究和大麻优质品种选育提供科学参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火麻仁研究概述[J]. 张乔会,殷红清,问小龙,杨永康. 湖北农业科学. 2019(21)
[2]高大麻二酚（CBD）含量药用大麻的新品种选育及生产[J]. 张际庆,陈士林,尉广飞,宁康,王超群,王磊,陈华,董林林. 中国中药杂志. 2019(21)
[3]非精神活性药用大麻的应用及开发[J]. 宁康,董林林,李孟芝,赵庆贺,陈华,王磊,陈士林. 中国实验方剂学杂志. 2020(08)
[4]药用大麻种质资源分类与研究策略[J]. 李秋实,孟莹,陈士林. 中国中药杂志. 2019(20)
[5]植物JAZ蛋白的功能概述[J]. 孙程,周晓今,陈茹梅,范云六,王磊. 生物技术通报. 2014(06)
[6]大麻研究现状综述[J]. 姜黎,皮建华,孙琴,代勇. 四川警察学院学报. 2012(03)
[7]茉莉酸反应基因转录抑制因子JAZ蛋白家族研究进展[J]. 黄文峰,王立丰,田维敏. 热带作物学报. 2009(09)
[8]JAZ蛋白介导的茉莉酸信号传递[J]. 吴莹,陶雷,袁红梅,赵丽娟. 安徽农业科学. 2008(16)
本文编号：3141426
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3141426.html
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