椰子ALDH基因家族的鉴定及生物信息学分析

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椰子ALDH基因家族的鉴定及生物信息学分析

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本研究通过生物信息学方法,鉴定椰子ALDH基因家族成员。研究结果表明,水稻基因组包括19个ALDH基因家族成员,而椰子中仅鉴定出12个。分析椰子ALDH基因家族的蛋白理化性质发现。除CnALDH3_F1,其他基因编码的氨基酸数量相差不大。对椰子motif分析发现,所有椰子ALDH基因家族成员均含有motif1。

研究椰子ALDH基因家族在叶片、胚、胚乳、胚愈伤组织表达模式发现,CnALDH10_A8在植物各个时期均有表达。ALDH10家族的作用是催化甜菜醛脱氢为甘氨酸甜菜碱,甘氨酸甜菜碱作为一种渗透调节物质,可以帮助植物抵抗缺水、脱水的不良环境[8]。在大豆中,非生物胁迫使大豆中二胺氧化酶活性增加,迫使根系合成大量$ \gamma $-氨基丁酸[7]。对椰子抗逆性研究发现,高种椰子比香水椰子抵抗逆境的能力强。BRADBURY[10]发现香水椰子中编码BADH基因14外显子上一个碱基的缺失阻断了GB的合成,由此可以合理推测该基因的突变是导致香水椰子不耐逆境的其中一个原因。ALDH12和ALDH18家族均参与脯氨酸的代谢,该基因家族受干旱诱迫诱导,介导植物的应激反应和ROS的积累[16-17]。拟南芥中,外源脯氨酸和高盐诱导ALDH12基因的表达。CnALDH12_A1在椰子转录组样本中表达量较少,其表达量是否与脯氨酸代谢有关需要进一步的实验证明。ABA能诱导脱水耐性的获得[18]。KIRCH等[19]报道了拟南芥中ALDH7_B4基因的表达是由脱落酸激活的,它调节脱水应激反应和种子脱水通路。研究证明,OsALDH7是种子成熟的关键基因,胚乳中该基因的缺失导致种子在干燥和贮藏中发生褐变[20]。根据CnALDH7_B4的表达谱推测该基因在胚乳中的表达也与种子成熟有关。植物中与渗透胁迫诱导有关的ALDH基因家族为ALDH3、ALDH7、ALDH10、ALDH11和ALDH12中的大部分成员,ALDH3_H1在拟南芥的叶片中低水平表达[1],而ALDH3_F1的表达则与开花有关[6],ALDH11_A3催化植物特有的一种经典的糖酵解“旁路”反应[1]。

此外,在果树中也陆续发现ALDH基因家族的存在。对葡萄ALDH基因家族的研究发现,该基因家族除了在干旱等非生物胁迫发生作用,霜霉病侵染时,部分抗病品种的ALDH基因家族成员表达量发生显著变化[13]。椰子中ALDH基因的表达是否也受病害的诱导还未知。

椰子基因组的完整序列极大地帮助了研究人员将椰子作为一种经济作物进行改良,为提高椰子的抗逆性以及筛选优良树种奠定了分子基础。椰子基因组包含12个ALDH超家族基因,编码了9个不同的蛋白质家族,其中大多数家族都与应激条件有关。目前,ALDH基因家族在拟南芥和水稻模式植物中研究较为透彻,在葡萄、苹果、香蕉等[14-15]果树的ALDH基因家族也被陆续研究,而在椰子中对ALDH基因家族的研究鲜见报道。分析该基因家族的序列信息、基因结构,与水稻[5]等作物系统发育关系及在椰子不同组织的表达模式,可预测或识别椰子中各个ALDH蛋白或蛋白质家族发挥作用的途径,并为进一步研究ALDH基因家族的生物学功能奠定基础。



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