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Cullin家族通过UPS途径响应小麦生长发育及非生物胁迫进程

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分子植物育种 2022年第21期20卷 7071-7081页

作者：赵梦伊魏春茹范润侨杨一鸣杨近炳孟妍君赵伟全于秀梅河北农业大学生命科学学院河北省植物生理与分子病理学重点实验室保定071001 河北农业大学植物保护学院河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心保定071001

Cullin作为泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)中多亚基E3泛素连接酶的骨架蛋白,与泛素结合酶E2相互作用,将泛素分子连接到待降解底物上,使底物携带泛素链标记,进而被26S蛋白酶体识别并降解。Cullin家族成员在植物体... 详细信息

Cullin作为泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)中多亚基E3泛素连接酶的骨架蛋白,与泛素结合酶E2相互作用,将泛素分子连接到待降解底物上,使底物携带泛素链标记,进而被26S蛋白酶体识别并降解。Cullin家族成员在植物体内发挥着重要作用,但其在小麦中的研究尚少。因此,本研究对小麦中Cullin家族基因展开了系统的分析。自小麦中鉴定了39个Cullin蛋白,由25个基因编码。大多数小麦Cullin蛋白分子量大于80 kD,偏酸性,于细胞核中发挥作用;基于结构域组成差异将小麦Cullin蛋白分为Cullin、Cullin+Cullin-Nedd8、Cullin+Cullin+Cullin-Nedd8及Cullin+ANAPC2四大类;进化关系分析表明,该家族蛋白包括四个亚家族Cullin 1~Cullin 4,结构域在该家族蛋白进化过程中起主要作用;68%的Cullin基因分布在小麦B基因组上;互作蛋白预测结果显示,小麦中Cullin蛋白大部分与UPS途径其他成员相互作用;表达模式分析表明,Cullin家族中大部分基因呈现组织专化性表达,并响应热和干旱的胁迫过程。由此可见,Cullin作为UPS途径主要成员而在小麦生长、发育及应对非生物胁迫中发挥着重要的作用,本研究结果从基因组水平分析和鉴定了小麦Cullin家族成员,为深入解析小麦中Cullin家族蛋白的生物学功能及作用网络提供了重要参考。

关键词：小麦Cullin家族基因组鉴定进化分析染色体分布蛋白互作

小麦SKP1家族成员鉴定、基因表达及其与F-box蛋白的互作分析

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农业生物技术学报 2022年第2期30卷 207-221页

作者：范润侨魏春茹杨一鸣王逍冬魏新燕刘大群赵伟全于秀梅河北农业大学生命科学学院/河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心

S期激酶相关蛋白1 (S-phase kinase-associated protein 1, SKP1)作为SCF (Skp1-Cul1-F-box)复合体的接头蛋白,分别连接Cullin-1 (Cul1)和F-box蛋白。该家族蛋白参与植物生长发育的调控,并响应生物/非生物胁迫逆境。为揭示该家族成员在... 详细信息

S期激酶相关蛋白1 (S-phase kinase-associated protein 1, SKP1)作为SCF (Skp1-Cul1-F-box)复合体的接头蛋白,分别连接Cullin-1 (Cul1)和F-box蛋白。该家族蛋白参与植物生长发育的调控,并响应生物/非生物胁迫逆境。为揭示该家族成员在小麦(Triticum aestivum)这一重要农作物中的基本生物学特性和功能,本研究自小麦中鉴定出101个SKP1基因,编码115个蛋白质。SKP1蛋白含有保守的SKP1和/或相对保守的SKP1POZ结构域,均为酸性蛋白,大多数在细胞核中发挥作用;SKP1基因在各个小麦染色体上均有分布,3号和5号染色体上分布密度较高;将小麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)的SKP1蛋白构建系统发育树,来自同一物种的序列聚集在一个组内;热图分析表明,该家族大部分基因在不同发育阶段的小麦组织中呈现组成型表达,受热胁迫的影响更大;自小麦TcLr15中获得了3个SKP1基因TSK41、TSK43.2和TSK62,qPCR结果显示,3个基因受盐胁迫显著地快速上调表达,H2O2处理使3个基因呈现不同程度地下调表达,其他胁迫及激素处理对其表达影响较小;将3个AD-SKP1与8个BD-F-box进行两两组合,酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)结果证实TSK62能与Kelch、LRR和未知功能结构域3种类型的5个小麦F-box蛋白发生互作,TSK41仅与2个Kelch类型的小麦F-box蛋白互作,而TSK43.2则不与这8个小麦F-box蛋白互作。本研究为深入解析该家族成员在小麦抵御生物和非生物胁迫中的具体作用机制提供了基础资料。

关键词：小麦 S期激酶相关蛋白1 (SKP1) 全基因组鉴定表达模式蛋白互作 F-box

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小麦VQ家族全基因组鉴定与表达分析

分子植物育种 2020年第2期18卷 358-366页

作者：李虎滢魏春茹孟钰玉范润侨于秀梅刘大群河北农业大学生命科学学院保定071001 河北农业大学河北省植物生理与分子病理学重点实验室保定071001 河北农业大学河北省农作物病虫害生物防治工程技术研究中心保定071001 中国农业科学院研究生院北京100081

近年来,VQ蛋白因发现与WRKY转录因子相互作用而引起广泛关注。目前,关于VQ基因家族在小麦中的研究鲜有报道。为了解小麦VQ基因的存在数量和结构等特征,本研究采用生物信息学技术在小麦基因组中鉴定了25个小麦VQ基因,并对其编码蛋白的结... 详细信息

近年来,VQ蛋白因发现与WRKY转录因子相互作用而引起广泛关注。目前,关于VQ基因家族在小麦中的研究鲜有报道。为了解小麦VQ基因的存在数量和结构等特征,本研究采用生物信息学技术在小麦基因组中鉴定了25个小麦VQ基因,并对其编码蛋白的结构、性质、亚细胞定位和进化关系进行了分析。结果表明,大多数小麦VQ蛋白序列较短,为中性或偏碱性蛋白,由单外显子基因编码;小麦VQ蛋白主要分布于细胞核中。25个VQ基因不均匀地分布在21条小麦染色体上,片段复制是小麦VQ基因家族的主要扩张方式。通过基因表达模式分析,发现部分小麦VQ基因响应干旱和高温的胁迫,并呈组织表达特异性。研究结果为进一步分析该家族成员,并深入探讨其在小麦中的生物学功能和进化模式奠定了基础。

关键词：小麦 VQ基因家族生物信息学分析表达模式

小麦F-box/LRR类基因TaFBL14的抗逆相关表达模式及互作蛋白鉴定

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植物生理学报 2020年第4期56卷 886-894页

作者：魏春茹孟钰玉范润侨李虎滢赵伟全于秀梅康振生刘大群旱区作物逆境生物学国家重点实验室西北农林科技大学植物保护学院陕西杨凌712100 河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北农业大学生命科学学院河北保定071001 河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071001

F-box家族是植物中最大的蛋白质家族之一,广泛参与植物生长发育、自交不亲和、衰老、生物/非生物胁迫等多个生物学过程。拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)等模式植物中F-box家族的研究开展较早,认识比较全面,但对重要... 详细信息

F-box家族是植物中最大的蛋白质家族之一,广泛参与植物生长发育、自交不亲和、衰老、生物/非生物胁迫等多个生物学过程。拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)等模式植物中F-box家族的研究开展较早,认识比较全面,但对重要的粮食作物小麦(Triticum aestivum)中F-box家族的报道还比较少。为了解F-box家族成员在小麦中响应生物/非生物逆境的情况及具体作用机制,以本实验室前期获得的F-box基因TaFBL14为研究对象,探讨了该基因在3种激素和3种非生物逆境处理下的表达模式。实时定量PCR (qRT-PCR)结果表明,水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)三种激素以及氯化钠(NaCl)、过氧化氢(H2O2)、聚乙二醇6000 (PEG6000)三种逆境胁迫处理后, Ta FBL14基因均呈现先升高后降低的表达趋势。经三种激素处理后,TaFBL14的表达峰值均为处理后12 h,相对于SA和ABA两种激素处理, MeJA处理可诱导TaFBL14更高的表达水平;在三种逆境胁迫下,相对于H2O2和PEG6000处理, NaCl可诱导TaFBL14更高的表达水平,且峰值出现在处理后6 h。本研究构建了酵母载体pGBKT7-TaFBL14,并以之为诱饵筛选了非亲和叶锈菌(Puccinia triticina) 05-19-43②侵染的小麦TcLr15叶片的酵母cDNA文库;钓取了11类可能与TaFBL14互作的靶蛋白;进一步的回转验证及β-半乳糖苷酶检测结果表明, TaFBL14与TaChitinase 2 (TaChi 2)存在相互作用。研究结果拓宽了对小麦中富含亮氨酸(LRR)类F-box基因功能的认识,拟为深入解析小麦中F-box/LRR基因的功能及代谢网络提供参考。

关键词：小麦 F-box/LRR TaFBL14 表达模式蛋白互作

小麦TaPP2-A13基因的表达响应逆境胁迫并与SCF复合体接头蛋白TaSKP1相互作用

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作物学报 2021年第2期47卷 224-236页

作者：孟钰玉魏春茹范润侨于秀梅王逍冬赵伟全魏新燕康振生刘大群河北农业大学生命科学学院/河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北保定071001 河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071001 西北农林科技大学植物保护学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

为探究韧皮部蛋白2(Phloem protein 2,PP2)基因在小麦(Triticum aestivum)响应逆境胁迫中的功能及作用机制,本文以小麦抗叶锈病近等基因系TcLr15为材料获得一个小麦韧皮部蛋白2基因TaPP2-A13。该基因编码一个由298个氨基酸组成的亲水性... 详细信息

为探究韧皮部蛋白2(Phloem protein 2,PP2)基因在小麦(Triticum aestivum)响应逆境胁迫中的功能及作用机制,本文以小麦抗叶锈病近等基因系TcLr15为材料获得一个小麦韧皮部蛋白2基因TaPP2-A13。该基因编码一个由298个氨基酸组成的亲水性蛋白质,相对分子量为33.18 kD,等电点为6.36。其N端为F-box结构域,C端具有典型的PP2结构域,属于F-box/PP2(FBP)亚家族成员。TaPP2-A13与禾本科植物中PP2-A13蛋白的亲缘关系较近。表达模式分析表明,TaPP2-A13的表达受叶锈菌(Puccinia triticina)侵染的诱导,且感病组合中表达更强。用脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和甲基茉莉酸(MeJA)处理后,TaPP2-A13总体呈现上调表达趋势。利用聚乙二醇(PEG)和H2O2处理后,小麦TaPP2-A13显著下调表达,而NaCl处理后TaPP2-A13呈现先上调后下调的表达趋势。亚细胞定位结果表明TaPP2-A13在细胞核和细胞质均有分布。以构建的重组载体BD-TaPP2-A13为诱饵筛选酵母文库,获得11种可能与TaPP2-A13互作的蛋白,酵母双杂交(Yeast 2 Hybrid,Y2H)确定其中的5种蛋白TaPP2C5、TaSLY1、TaCHI、TaRbcS和TaSKP1分别与TaPP2-A13存在相互作用。进一步利用BiFC和Co-IP确认TaSKP1与TaPP2-A13两种蛋白质之间的相互作用关系,推测TaPP2-A13可能为SCF复合体成员。本研究结果为深入解析TaPP2-A13蛋白的功能,并探究其调控网络奠定了基础。

关键词：韧皮部蛋白2 小麦叶锈病非生物逆境激素表达模式蛋白互作

小麦F-box/Kelch类基因TaFKOR23的抗逆相关表达模式及分子互作蛋白鉴定

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植物遗传资源学报 2020年第3期21卷 695-705页

作者：魏春茹孟钰玉范润侨赵梦伊于秀梅赵伟全康振生刘大群河北农业大学生命科学学院/河北省植物生理与分子病理学重点实验室保定071001 西北农林科技大学植物保护学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100 河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心保定071001

为了解F-box成员在小麦中响应生物和非生物逆境的表达情况及作用机制,本研究自小麦抗叶锈病近等基因系TcLr15中克隆了F-box基因TaFKOR23,该基因编码一个由421个氨基酸残基组成的蛋白,N端具有F-box结构域,中间带有2个明显的Kelch结构域,... 详细信息

为了解F-box成员在小麦中响应生物和非生物逆境的表达情况及作用机制,本研究自小麦抗叶锈病近等基因系TcLr15中克隆了F-box基因TaFKOR23,该基因编码一个由421个氨基酸残基组成的蛋白,N端具有F-box结构域,中间带有2个明显的Kelch结构域,属于F-box/Kelch类型基因。系统进化分析表明,TaFKOR23与粗山羊草(Aegilops tauschii Coss.)和二穗短柄草(Brachypodium distachyon(L.)***.)中的F-box/Kelch-repeat protein OR23同源性均较高。利用qRTPCR对接种亲和及非亲和叶锈菌、激素处理、非生物逆境胁迫后TcLr15植株中该基因的表达模式进行分析。研究结果表明,TaFKOR23基因表达受叶锈菌侵染而略升高,但在亲和与非亲和组合间的表达量无明显差异;受脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)3种激素处理后,该基因均呈先升高后降低的表达趋势,且表达量于处理后12 h达到最高,MeJA对该基因的诱导表达程度略高于SA和ABA;盐胁迫处理后,除了12 h外,TaFKOR23整体呈现上升的表达趋势,最高表达峰出现在处理后48 h;TaFKOR23受聚乙二醇(PEG)处理的影响较小;该基因在旗叶中的表达量远高于其他部位。利用酵母双杂交文库筛选并验证与该基因编码蛋白互作的上游靶蛋白。经文库筛选得到11类可能与TaFKOR23互作的靶蛋白,进一步回转验证及β-半乳糖苷酶检测结果表明TaFKOR23与小麦S-期激酶相关蛋白(TaSkp1)、SEC1家族运输蛋白SLY1(TaSLY1)和几丁质酶2(TaChitinase 2)均存在相互作用。研究结果为深入解析小麦中Kelch类F-box基因的功能及代谢网络奠定了基础,并拓宽了对植物中Kelch类F-box基因的功能认识。

关键词：小麦 F-box/Kelch TaFKOR23 表达模式蛋白互作

小麦TaSKP2A基因抗逆相关表达分析及与其互作蛋白的筛选

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农业生物技术学报 2020年第4期28卷 571-581页

作者：孟钰玉李虎滢许媛魏春茹范润侨于秀梅赵伟全康振生刘大群河北农业大学生命科学学院/河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北省农作物病虫害生物防治工程技术研究中心西北农林科技大学植物保护学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室中国农业科学院研究生院

S-期激酶相关蛋白2A (S-phase kinase-associated protein 2A, SKP2A)是一个F-box蛋白,参与植物细胞分裂的调控,并能增加拟南芥(Arabidopsis thaliana)对渗透胁迫的抗性。为探究小麦(Triticum aestivum) SKP2A基因在响应非生物逆境及病原菌侵染中的功能,本研究在克隆到小麦TaSKP2A基因的基础上,对其编码的蛋白进行了分析。结果表明,TaSKP2A编码一条381个氨基酸组成的多肽,预测其等电点和分子量分别为6.83和40.87 kD;TaSKP2A为非分泌型蛋白质,定位于细胞核上,属于富含亮氨酸重复(leucine-rich repeat, LRR)型F-box蛋白。qRT-PCR结果显示,TaSKP2A在雌蕊和旗叶中的表达量较高,在幼茎和雄蕊中较低;经水杨酸(salicylic acid, SA)和NaCl处理后TaSKP2A分别在24和48 h出现上调表达;在H2O2胁迫下,TaSKP2A基因整体呈现下调表达;在叶锈菌(Puccinia triticina)侵染各个时间点的抗病组合中TaSKP2A的表达量高于感病组合,在接种后12 h的抗病组合中,该基因的相对表达量最高,为对照的8.1倍。经酵母(Saccharomyces cerevisiae)文库筛选及回复验证,发现几丁质酶(chitinase, CHI)和SCF (Skp1-Cullins-F-box)复合体骨架蛋白SKP1与TaSPK2A具有相互作用。上述结果提示,TaSKP2A可能响应盐和叶锈菌侵染等逆境胁迫,该F-box蛋白为SCF复合体成员。本研究结果为解析SKP2A蛋白的功能和深入探究其调控网络及作用机制提供了基础资料。

关键词：小麦 F-box蛋白逆境胁迫表达模式分析蛋白互作

小麦F-box基因TaSKIP27-like响应生物及非生物逆境的表达分析

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小麦F-box基因TaSKIP27-like响应生物及非生物逆境的表达分析