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北美鹅掌楸CPP转录因子家族LtTCX2基因的克隆与分析

2020-08-26刘换换杨立春张成阁郝自远李火根

广西植物 2020年7期

刘换换 杨立春 张成阁 郝自远 李火根

摘 要:CPP(cystein-richpolycomb-likeproteinor Tesmin/TOS1-like)家族屬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2 866 bp。通过NCBI网站在线分析,ORF长2 424 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88 699.25 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。

关键词:北美鹅掌楸,CPP-like家族,LtTCX2基因,CRC结构域,组织特异性表达

中图分类号:Q943

文献标识码:A

文章编号:1000-3142(2020)07-0998-12

Abstract:CPP (Cystein-rich polycomb-like protein or Tesmin/TOS1-like) protein family are one kind of transcription factors with fewer members and possess a conserved,Cys-rich CRC domains. CPP transcription factor family plays an important role in the plant development of reproductive tissue and cell division. In this study,a CPP-like family gene was cloned by RACE methods from Liriodendron tulipifera named LtTCX2 to explore the function in regulating flower development. The full length of LtTCX2 was 2 866 bp. LtTCX2 contained an open reading frame (ORF) of 2 424 bp,encoding 807 amino acids with two conserved TSO1-like CXC domains by bioinformatics analysis on NCBI site. The molecular weight of protein was 88 699.25 Da,isoelectric point was 5.83 and coefficient of instability was 62.38. LtTCX2 was predicted to be hydrophilic and non-transmembrane nucleoprotein without signal peptide. The amino acid homology sequence and phylogenetic analysis demonstrated that LtTCX2 had high homology with other CPP-like family proteins and was most closely related with NnTCX2 in Nelumbo nucifera and PeTCX2 in Populus euphratica. Real-time quantitative PCR showed that LtTCX2 gene was highly expressed in the leaf and hardly expressed in the sepal and petal. The tissue specific expression order from high to low was that the leaf,flower bud,pistil,stamen,stem,root,petal and sepal. These results suggested that LtTCX2 is a rather conservative gene and provide several help to the phylogenetic evolution of Liriodendron plants from the molecular biology level.

Key words:Liriodendron tulipifera,CPP-like family,LtTCX2 gene,CRC domain,tissue specific expression

CPP-like蛋白是一类广布于生物中、成员较少的转录因子,目前未在酵母中发现。CPP家族基因具有1~2个高度保守、富含半胱氨酸Cys的CXC结构域C1和C2(pfam036308,CXCX4CX3YCX-CX6CX3CXCX2C),以及连接二者、长度可变的保守的R序列(RNPXAFXPK),3段保守序列即构成保守的 CRC结构域(C1-RNPXAFXPK-C2)(Song et al.,2000;Andersen et al.,2007)。CPP家族基因主要集中于动物方面的调控研究,在植物中的功能研究较少(闵浩巍,2013),在植物中主要参与细胞分化、繁殖器官发育。Liu et al.(1997)首次在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中获得的CPP-like家族基因是TSO1。TSO1是一种核蛋白,在花器官中高度表达,调控细胞分裂与细胞膨大(Hauser et al.,1998)。通过对tso1突变体的研究,该基因对细胞的方向性增长发挥作用,并影响到有丝分裂和胞质分裂,说明TSO1基因对拟南芥花器官的形成是必需的,推测其可能是编码花器官细胞分裂的重要元件(Liu et al.,1997;Hauser et al.,1998,2000)。随后,在大豆(Glycine max)中发现了1个CPP1蛋白,发现其参与共生根瘤中leghemoglobin基因调控(Cvitanich et al.,2000)。目前已陆续在大豆、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)等植物中发现CPP-like家族基因,并对它们的功能进行了一些探索(Yang et al.,2008; 王凯,2010;孟超敏等,2014;Zhang et al.,2015;Song et al.,2016;潘冉冉等,2018)。水稻和拟南芥CPP-like家族都具有高度保守的CRC结构域,单子叶和双子叶植物分化之前,CPP-like家族基因发生过大幅度的扩张,分化完成后,二者的CPP-like家族基因按照物种特异性的方式进行了扩张,拟南芥存在基因丢失现象,而两段CXC结构域及R序列则是协同进化(Yang et al.,2008;王凯,2010)。目前,对CPP转录因子在单子叶和真双子叶植物中的少数模式植物中进行了初步的进化分析,对该家族在基部被子植物中的进化过程尚待探索与研究。

鹅掌楸属(Liriodendron)隶属于木兰科(Magnoliaceae),是第四纪冰川作用后的孑遗植物,自然散落分布。鹅掌楸属植物是基部被子植物系的典型植物,在植物进化发生系统中具有特殊地位,且保存了许多花部器官原始特征,是研究开花植物进化进程的理想树种(Ronse et al.,2003;Zahn et al.,2005)。鹅掌楸属主要包括两个种,鹅掌楸(L. chinense)和北美鹅掌楸(L. tulipifera)(Parks et al.,1983)。北美鹅掌楸和鹅掌楸有着相似的外形,但要比鹅掌楸高大,花色丰富,花型优美,且属于典型的蜜源植物,具有重要的生态和经济效益,是北美地区最大且观赏性优良的树种之一(Beck,1990)。北美鹅掌楸相比于其他树种,不需要精细的管理,很少受到病虫害的侵害,对金属毒害也有一定的防御功能,是优良的园林绿化树种(Klugh et al.,2003)。本文选择基部被子植物中的北美鹅掌楸为材料,采用RACE法克隆出CPP-like家族LtTCX2基因,并对其组织特异性表达和生物信息学进行分析,以期为后人研究北美鹅掌楸CPP-like家族基因、花的发育调控提供一定的研究理论基础;结合LtTCX2基因的系统进化分析,初步探索该基因在植物中的理论进化过程,以期为鹅掌楸属植物在被子植物中的地位提供分析生物学层面的新思路及依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料:北美鹅掌楸选自位于江苏省镇江市句容下蜀的南京林业大学实习林场基地鹅掌楸属种源试验林,均为成年,树龄为27 a。试验林营建于1993年,地理位置为119°14′E、31°59′N。采集北美鹅掌楸新鲜的花芽、根、茎、叶、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊,做好标记,迅速置于液氮中,带回实验室,存于-80 ℃超低温冰箱中保存。

试剂:多糖多酚植物总RNA提取试剂盒(离心柱型)购自天根生化科技(北京)有限公司;巯基乙醇购自上海捷瑞生物工程有限公司;pEASY-Blunt Cloning Kit克隆载体试剂盒、EasyPure Quick Gel Extraction Kit切胶回收试剂盒、大肠杆菌菌株Trans1-T1 phage resistant chemically competent cell感受态、X-gal、核酸染料Gel Stain均购自北京全式金生物技术有限公司;PrimeScriptTM RT Master Mix (Perfect Real Time)、SMARTer RACE5′/3′ Kit和3′-Full RACE Core Set with PrimeScrip RTase Kit均購自TAKARA公司;DNA Marker、Green Taq Mix、Phanta Max Super-Fridelity DNA Polymerase均购自南京诺唯赞生物科技有限公司;琼脂糖Agarose购自北京擎科生物技术公司;无水乙醇等其他化学试剂均为国产或进口分析纯。

1.2 北美鹅掌楸组织总RNA提取及反转录

北美鹅掌楸根、茎、叶等组织的总RNA提取主要按照多糖多酚植物总RNA提取试剂盒(离心柱型)说明书进行,所得产物于-80 ℃超低温冰箱中保存。RNA完整性使用1%凝胶电泳检测,若28S和18S rRNA两条带亮度为1.5~2倍,无弥散片状、条带消失,则说明RNA完整性较好。RNA浓度检测使用微量分光光度计(NANODROP 2000,ThermoFisher公司),若OD260/280、OD260/230比值处于1.8~2.1之间,说明RNA质量较好。反转录采用10 μL体系,反转录酶5×PrimerScript RT Master Mix加入2 μL,RNA使用500 ng,ddH2O补足10 μL,轻柔混匀。反转录反应条件:37 ℃反应15 min,85 ℃反转录酶失活5 s,4 ℃终止反应,所得即为cDNA第一条链,用作克隆目的基因中间片段的模板,-20 ℃保存备用。3′RACE、5′RACE所使用的cDNA分别参照3′-Full RACE Core Set with PrimeScrip RTase Kit、SMARTer RACE5′/3′ Kit说明书进行。

1.3 引物合成与测序

所用引物均由南京金斯瑞生物科技有限公司完成,测序由上海杰李生物技术有限公司完成。

1.4 北美鹅掌楸LtTCX2基因全长克隆

在本实验室的北美鹅掌楸转录组测序数据库中根据NR功能注释,挑选一条CPP-like家族TSO1-like的unigene,基因ID为c108078.graph_c0,共3 174 bp。使用Oligo7设计中间片段引物,以cDNA为模板,高保真酶为Phanta Max Super-Fridelity DNA Polymerase,配制50 μL体系的反应液。PCR反应程序:95 ℃预变性3 min,95 ℃变性15 s,退火15 s,72 ℃延伸60 s/kb,35个循环,72 ℃彻底延伸5 min,4 ℃终止反应。使用1.5%琼脂凝胶电泳检测PCR产物,120 V电压电泳40 min,于凝胶成像仪中拍照并切下含有目的片段的凝胶,参照EasyPure Quick Gel Extraction Kit说明书进行目的片段回收。将目的片段连接到pEASY-Blunt载体中,并转化大肠杆菌Trans1-T1感受态细胞,均匀涂在加入抗生素的LB平板上,37 ℃过夜培养,进行蓝白斑筛选,对8个菌落进行PCR检测,使用M13通用引物,挑选3个片段大小正確的阳性菌落送至公司测序。获得正确的中间片段后,设计3′RACE、5′RACE引物,采用巢式PCR扩增,反应体系、PCR条件、连接转化、菌落检测与中间片段扩增相同。将中间片段、3′RACE、5′RACE所得序列使用BioXM 2.6软件进行拼接,获得基因全长,将全长序列于NCBI数据库中的ORF Finder网站进行在线预测ORF,在起始密码子和终止密码子附近设计引物,验证ORF的准确性,将完整的ORF于NCBI数据库中的BLAST Protein进行在线功能比对,结合比对结果、其他物种的序列以及保守结构域,对目的基因进行命名。LtTCX2基因全长克隆实验中所用引物见表1。

1.5 生物信息学分析

将基因全长放入ORF Finder(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/)在线分析预测开放阅读框ORF,确定基因编码蛋白序列;通过ExPASy ProtParam(https://web.expasy.org/protparam/)在线分析蛋白质氨基酸组成、含量、分子量、等电点等特性;通过ProtScale(https://web.expasy.org/protscale/)在线软件分析蛋白疏水性分析;通过ExPASy TMpred(https://www.ch.embnet.org/software/TMPRED_form.html)和TMHMM(https://www.cbs.edu.dk/services/TMHMM-2.0)在线分析蛋白跨膜区、扩膜方向;通过SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html)和SWISS-MODEL(https://swissmodel.expasy.org/)在线预测分析蛋白的二级结构和三级结构;通过在线软件SignalP-4.0 Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP-4.0/)预测蛋白的信号肽;通过TargetP1.1 Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/)和WoLF PSORT(https://wolfpsort.hgc.jp/)在线软件预测蛋白亚细胞定位;通过Motif Scan(https://myhits.isb-sib.ch/cgi-bin/motif_scan)在线分析该蛋白的结构域;将蛋白序列与NCBI网站进行BLAST Protein比对,选择与之同源性较高的蛋白序列,通过DNAMAN软件,进行蛋白同源性比对分析;于NCBI上搜索其他物种的同源序列,使用MEGA7软件构建进化树(Kumar et al.,2004)。

1.6 实时荧光定量PCR分析

以花芽、根、茎、叶、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊的RNA反转录后的cDNA为模板,本实验室筛选出较稳定的LcActin97为内参引物,LtTCX2基因引物见表2,进行半定量PCR反应(Tu et al.,2019)。荧光定量PCR反应为10 μL体系,cDNA共50 ng,使用ABI热循环仪,反应程序:95 ℃预变性1 min,95 ℃变性5~10 s,60 ℃延伸30~34 s,40个循环,1个溶解曲线95 ℃ 15 s,60 ℃ 1 min,95 ℃ 15 s。反应结果后,将数据导出,参照2-ΔΔCT法计算该基因的相对表达量,使用ORIGIN软件绘制基因表达图。

2 结果与分析

2.1 北美鹅掌楸组织总RNA提取

将北美鹅掌楸花芽、根、叶、茎、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊共8个组织的总RNA按照多糖多酚植物总RNA提取试剂盒(离心柱型)提取RNA。通过1%凝胶电泳检测RNA完整性,发现28S和18S rRNA两条带亮度为1.5~2倍,无明显弥散片状、条带消失现象,且OD260/280、OD260/230比值处于1.8~2.1之间,说明RNA质量、完整性较好(图1)。

2.2 北美鹅掌楸LtTCX2基因克隆

从北美鹅掌楸转录数据库中筛选1个CPP-like家族unigene,总长度3 174 bp,通过设计引物依次进行中间片段扩增、3′RACE扩增、5′RACE扩增,回收产物进行连接转化,挑选阳性克隆送至公司测序,拼接出目的基因的完整序列。鉴于LtTCX2基因片段过长,将其中间片段分为两部分依次扩增。通过NCBI网站进行ORF验证,设计引物验证ORF序列的准确性(图2)。最终,LtTCX2基因全长2 866 bp,ORF为2 424 bp,编码了807个氨基酸,5′UTR长228 bp,3′UTR长214 bp。

2.3 北美鹅掌楸LtTCX2基因生物信息学分析

2.3.1 蛋白理化性质及跨膜区预测分析 将LtTCX2基因序列放入NCBI在线软件进行ORF预测,确定基因编码的蛋白序列。结果显示,LtTCX2基因的ORF长2 424 bp,编码了807个氨基酸,以ATG为起始密码子,TGA为终止密码子。通过Motif Scan在线分析LtTCX2蛋白的结构域,含有2个TSO1-like CXC结构域,分别位于504~545、590~631 aa(图3)。

将ORF编码的蛋白序列通过ExPASy ProtParam 在线分析氨基酸组成、含量、分子量等。LtTCX2蛋白总分子式为C3819H6084N1096O1256S39,分子量为88 699.25 Da,由807个氨基酸残基组成,理论等电点为5.83,带正电荷(Arg + Lys)的氨基酸残基数为100个,带负电荷(Asp + Glu)的氨基酸残基数为115个。蛋白质分子氨基酸组成中丝氨酸(Ser)含量最高,共96个,占11.9%,其次为谷氨酸(Glu,65个,8.1%),色氨酸(Trp,1个,0.1%)含量最低。该蛋白在哺乳动物体外网织红细胞中的半衰期为30 h,在酵母中半衰期大于20 h,在大腸杆菌中半衰期大于10 h。不稳定系数为62.38,脂溶性指数为65.37,疏水性平均值为-0.619。通过ProtScale在线软件进行蛋白疏水性分析,横坐标为蛋白质氨基酸残基,纵坐标为该位点氨基酸残基疏水性值,正值表示疏水性氨基酸,负值表示亲水性氨基酸。LtTCX2蛋白含有疏水区域和亲水区域,疏水性平均值为-0.619,为亲水性蛋白(图4:A)。

通过ExPASy TMpred和TMHMM在线软件预测分析蛋白跨膜区、扩膜方向。TMpred表明,LtTCX2蛋白仅在第39~58 aa处具有一个跨膜螺旋,TMHMM结果进一步表明LtTCX2为非跨膜蛋白(图4:B,C)。

2.3.2 蛋白二级结构、三级结构预测 通过SOPMA在线预测分析蛋白的二级结构。LtTCX2蛋白具有4种二级结构,无规则卷曲(Cc)占70.63%,α螺旋(Hh)占20.32%,延伸链(Ee)占6.94%,β转角占2.11%(图5:A)。通过SWISS-MODEL网站使用同源建模法在线预测蛋白质的三级结构(图5:B)。

2.3.3 信号肽预测与亚细胞定位 通过SignalP-4.0 Server在线软件预测蛋白的信号肽,结果表明,LtTCX2蛋白不含信号肽及切割位点(图6)。蛋白亚细胞定位通过两种不同方法预测,即TargetP1.1 Server和WoLF PSORT在线软件,结合两个结果,预测该蛋白主要定位于细胞核,应为核蛋白(表2,表3)。

2.3.4 氨基酸同源性分析 将LtTCX2氨基酸序列放入NCBI中BLAST比对分析发现,LtTCX2氨基酸与其他物种的CPP-like家族蛋白具有较高的同源性,大多具有保守的CRC结构域。选择与LtTCX2同源性较高的15个蛋白序列,通过DNAMAN软件,进行氨基酸同源性比对分析。15个蛋白分别为沉水樟(Cinnamomum micranthum f. kanehirae,RWR88930.1)、 亚洲莲(Nelumbo nucifera,XP_010259114.1,XP_010256140.1)、葡萄(Vitis vinifera,XP_010649949.1,XP_010649950.1)、可可(Theobroma cacao,XP_007034831.2)、博落回(Macleaya cordata,OVA15531.1)、欧洲甜樱桃(Prunus avium,XP_021828183.1)、土瓶草(Cephalotus follicularis,GAV57585.1)、桃(Prunus persica,XP_020410865.1)、胡桃(Juglans regia,XP_018839385.1)、毛果杨(Populus trichocarpa,XP_024462660.1)、胡杨(P. euphratica)、银白杨(P. alba,TKR83702.1)、海枣(Phoenix dactylifera,XP_008789994.1)。结果表明16个蛋白序列同源性达66.28%,CPP-like家族蛋白具有较高的保守性,尤其是N端、C端(图7)。

2.3.5 系统发育进化分析 在NCBI上搜索已经发表的CPP-like家族的蛋白序列,除了氨基酸同源性分析的15个蛋白,还包括胡杨(XP_011026909.1;XP_011039720.1;XP_011019786.1)、银白杨(TKR83702.1)、拟南芥(NP_001328549.1;NP_001328548.1;NP_193213.5;AEE83496.1;NP_566717.1)、月季(Rosa chinensis,XP_024179390.1)、白梨(Pyrus bretschneideri,XP_009345300.1)、绒毛状烟草(Nicotiana tomentosiformis,XP_009591884.1)、芜菁(Brassica rapa,XP_009135825.1)、野草莓 (Fragaria vesca subsp. vesca,XP_011459206.1),共27个具有Tesmin/TSO1-like CXC 2结构域的蛋白序列进行进化树构建(图8)。通过MEGA7软件采用邻接法(Neighbor-joining,NJ)法,设置参数自展值(Bootstrap值)为1 000次进行进化分析,结果显示,北美鹅掌楸与莲、胡杨的TCX2蛋白明显聚成一个分支,说明三者进化关系较近。

2.4 北美鹅掌楸LtTCX2基因的组织特异性表达分析

将北美鹅掌楸花芽、根、叶、茎、萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊共8个组织的总RNA参照说明书进行反转录以获得cDNA,以鹅掌楸的LcActin97为内参基因,采用相对定量的方法进行RT-qPCR。检测实线部分表示2个保守结构域CXC;虚线部分表示保守的R序列,连接2个CXC结构域。

Solid lines indicated the two conserved CXC domains; Dotted lines indicated the conserved R sequences connecting the two CXC domains.LcActin97、LtTCX2基因在8个组织中的半定量表达情况,以检验荧光定量引物的特异性以及cDNA的质量。由图9:A可知,内参基因LcActin97在8个组织中的表达量相对稳定,条带亮度相对一致,可以用于此8个组织的荧光定量PCR实验,LtTCX2基因在8个组织中均有表达,在花芽、雄蕊、雌蕊、叶片中表达量较高。将LtTCX2基因的RT-qPCR实验数据导出后,以花芽的表达量为参照,采用2-ΔΔCt法计算相对表达量,分析其在8个组织中的表达情况。由图9:B可知,LtTCX2基因的半定量和荧光定量PCR表达结果相对一致,在叶片中表达量最高,花芽次之,花瓣、萼片中最少。

3 讨论与结论

北美鹅掌楸花型优美、花色变化丰富,花蜜量大,且较于鹅掌楸结实率高,是研究繁殖器官发育的较理想材料。目前,有关北美鹅掌楸花部器官发育分子调控的研究较少,且多集中于花色合成方面,雌蕊、雄蕊等繁殖器官发育调控起步较晚。CPP-like家族转录因子广泛分布于各种生物中,主要参与生物的细胞分裂与性器官发育,目前研究多以动物为对象,在植物中研究较少,且起步较晚。本文在北美鹅掌楸中分离出1个CPP-like家族基因,命名为LtTCX2,全长2 866 bp,编码区长2 424 bp,编码了807个氨基酸。组织特异性表达分析表明,该基因在叶片中表达量最高,花芽次之,花瓣、萼片中最少,整体表达水平差异不大且水平不高,推测LtTCX2并不是调控北美鹅掌楸繁殖器官发育的主要基因。

目前关于植物CPP转录因子,既研究它们在细胞分裂与繁殖器官发育的调控,又聚焦于它们在植物系统进化历程。通过对模式植物水稻和拟南芥生物信息分析发现,所有的CPP-like家族都具有高度保守的CRC结构域,单子葉、双子叶植物分化之前,植物CPP-like家族基因发生过大幅度的扩张(王凯,2010)。在单子叶和双子叶植物分化完成之后,拟南芥和水稻基因组中的基因家族按照物种特异性方式进行扩张,拟南芥存在基因丢失现象,而两段CXC结构域序列及R序列在长期进化过程中是协同进化的(Yang et al.,2008)。但对除水稻、拟南芥以外的其他植物的CPP-like家族研究较少,亟待补充,且该家族在基部被子植物中的进化过程尚待探索与研究。本文经过对北美鹅掌楸LtTCX2蛋白氨基酸序列分析以及结构域预测,表明LtTCX2蛋白亦具有2个保守且富含半胱氨酸CXC结构域C1和C2,以及连接C1、C2保守的R序列,具有完整的、高度保守的 CRC结构域,再次说明了CRC结构域的高度保守性。

根据被子植物的系统进化分析,被子植物分为基部被子植物和真双子叶植物,真双子叶植物可分为基部真双子叶植物和核心真双子叶植物。木兰目、无油樟目和睡莲目属于基部被子植物,无油樟目和睡莲目更接近基部被子植物,而木兰藤目和核心被子植物处于并列的分支,北美鹅掌楸属于典型的基部被子植物(Qiu et al.,2005;Jansen et al.,2007)。通过北美鹅掌楸LtTCX2蛋白系统进化树构建分析,表明北美鹅掌楸与亚洲莲、胡杨的TCX2蛋白明显聚成一个分支,说明三者进化关系较近。北美鹅掌楸LtTCX2与亚洲莲进化关系较近,与木本植物的模式植物胡杨次之,其系统进化结果与被子植物进化进程相一致,说明CPP-like家族属于较古老、保守的一类基因,可以为从分子生物学层面研究植物系统提供一定的理论帮助。目前关于其他植物CPP-like家族的研究匮乏,北美鹅掌楸更是鲜少见报。本文仅针对该家族中的1个基因进行了克隆与分析,初步探索其在基部被子植物中的表达、进化过程,日后仍需对其及其他成员继续探索与研究,分析该家族基因在木兰科中的进化关系及进化方式。

參考文献:

ANDERSEN SU,ALGREEN-PETERSEN RG,HOEDL M,et al.,2007. The conserved cysteine-rich domain of a tesmin/TSO1-like protein binds zinc in vitro and TSO1 is required for both male and female fertility in Arabidopsis thaliana[J]. J Exp Bot,58(13):3657-3670.

BECK DE,1990.Liriodendron tulipifera L. yellow-poplar[M]// BURNS RM,HONKALA BH.  Silvics of North America,2:Hardwoods. U.S. Department of Agriculture,Agriculture Handbook 654,Washington DC:406-416.

CVITANICH C,PALLISGAARD N,NIELSEN KA,et al.,2000. CPP1,a DNA-binding protein involved in the expression of a soybean leghemoglobin c3 gene[J]. PANS,97(14): 8163-8168.

HAUSER BA,HE JQ,PARK SO,et al.,2000. TSO1 is a novel protein that modulates cytokinesis and cell expansion in Arabidopsis[J]. Development,127(10):2219-2226.

HAUSER BA,VILLANUEVA JM,GASSER CS,1998. Arabidopsis TSO1 regulates directional processes in cells during oral organogenesis[J]. Genetics,150(1):411-423.

JANSEN RK,CAI Z,RAUBESON LA,et al.,2007. Analysis of 81 genes from 64 plastid genomes resolves relationships in angiosperms and identifies genome-scale evolutionary patterns[J]. PNAS,104(49):19369-19374.

KLUGH KR,CUMMING JC,2003. Variation in organic acid exudates among mycorrhizal species colonizing Liriodendron tulipifera L. (yellow poplar) in the presence of aluminum[C]// Savannah,Georgia:Ecological Society of America Annual Meeting Abstracts,88:186.

KUMAR S,TAMURA K,NEI M. 2004. MEGA3:integrated software for molecular evolutionary genetics analysis and sequence alignment[J]. Brief Bioinform,5(2):150-163.

LIU Z,RUNNING MP,MEYEROEITZ EM,1997. TSO1 functions in cell division during Arabidopsis flower development[J]. Development,124(3):665-672.

MENG CM,JI JH,LI XL,et al.,2014.Electronic clone and bioinformatics analysis of CPP transcription factor genes from wheat[J]. Biotechnology,24(4):39-42.[孟超敏,姬俊华,李雪林,等,2014. 小麦 CPP 转录因子基因的电子克隆及生物信息学分析[J]. 生物技术,24(4):39-42.]

MIN HW,2013. Functional analysis of abiotic stress related gene ZmRAV1 and ZmTCX8.1 in Zea mays[D]. Beijing:China Agricultural University:16-19.[闵浩巍,2013. 玉米抗逆相关基因ZmRAV1和ZmTCX8.1的功能研究[D]. 北京:中国农业大学:16-19.]

PAN RR,WEI MM,WANG YJ,et al.,2018. Cloning and expression analysis of HbCCP1 in rubber tree (Hevea brasiliensis)[J]. J Plant Physiol,54 (5):763-772.[潘冉冉,位明明,王亞杰,等,2018. 巴西橡胶树HbCPP1基因的克隆与表达分析[J]. 植物生理学报,54 (5):763-772. ]

PARKS CR,MILER NG,WENDEL JF,et al.,1983. Genetic divergence within the genus Liriodendron (Magnoliaceae)[J]. Ann Mo Bot Gard. 70(4):658-666.

QIU YL,DOMBROVSKA O,LEE J,et al.,2005. Phylogenetic analyses of basal angiosperms based on nine plastid,mitochondrial,and nuclear genes[J]. Intl J Plant Sci,166(5):815-842.

RONSE de CRAENE LP,SOLTIS PS,SOLTIS DE,2003. Evolution of floral structures in basal angiosperms[J]. Int J Plant Sci,164(S5):S329-S363.

SONG XY,ZHANG YY,WU FC,et al.,2016. Genome-wide analysis of the maize (Zea may L.) CPP-like gene family and expression profiling under abiotic stress[J]. Genet Mol Res,15(3):gmr.15038023.

SONG JY,LEUNG T,EHLER LK,et al.,2000. Regulation of meristem organization and cell division by TSO1,an Arabidopsis gene with cysteine-rich repeats[J]. Development,127(10):2207-2217.

TU ZH,HAO ZY,ZHONG WP,et al.,2019. Identification of suitable reference genes for RT-qPCR assays in Liriodendron chinense (Hemsl.) Sarg[J]. Forests,10(5):441.

WANG K,2010. Bioinformatic analysis of the CPP transcription factors family in Aabidopsis and rice[J]. Biotechnol Bull,(2):76-84.[王凯,2010. 拟南芥和水稻 CPP 转录因子家族的生物信息学分析[J]. 生物技术通报,(2):76-84.]

YANG Z,GU S,WANG X,et al.,2008. Molecular evolution of the CPP-like gene family in plants:insights from comparative genomics of Arabidopsis and rice[J]. J Mol Evol,67(3): 266-277.

ZAHN LM,KONG H,LEEBENS-MACK JH,et al.,2005. The evolution of the SEPALLATA subfamily of MADS-box genes:a pre-angiosperm origin with multiple duplications throughout angiosperm history[J]. Genetics,169(4):2209-2223.

ZHANG L,ZHAO HK,WANG YM,et al.,2015. Genome-wide identification and expression analysis of the CPP-like gene family in soybean[J]. Genet Mol Res,14(1):1260-1268.

(責任编辑 何永艳)