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西南大学学报（自然科学版） 2024年第2期46卷 24-33页

作者：冯萍刘杨杨杰马宏蕾秦诚王楠沈文强西南大学水稻研究所/农业科学研究院/转基因植物与安全控制重庆市重点实验室重庆400715

过氧化物酶(peroxidase, PRX)是过氧化物酶体的标志酶,能够保护细胞免受氧化损伤和解除H2O_(2)的毒害作用,还可以增强自然杀伤细胞的活性,调节细胞的增殖、分化和凋亡等.其中ⅲ类过氧化物酶(CⅢPRXs)是植物中特有的过氧化物酶家族,通过... 详细信息

过氧化物酶(peroxidase, PRX)是过氧化物酶体的标志酶,能够保护细胞免受氧化损伤和解除H2O_(2)的毒害作用,还可以增强自然杀伤细胞的活性,调节细胞的增殖、分化和凋亡等.其中ⅲ类过氧化物酶(CⅢPRXs)是植物中特有的过氧化物酶家族,通过清除活性氧(ROS)在植物免疫中发挥重要作用,然而CⅢPRXs在水稻株型建立中的功能尚不清楚.通过基因编辑技术CRISPR/Cas9获得CⅢPRXs基因(LOC_Os12g09460)两种不同形式的敲除突变体iph1-1,***1突变体的株高显著高于野生型,除倒1节节长(即第5节)外,其他节节长均显著或极显著长于野生型.农艺性状考察表明,穗长及结实率等主要性状差异无统计学意义;通过RT-qPCR技术进行的表达模式分析表明,IPH1在根、茎、叶、鞘、穗中均表达,并在茎和鞘中表达相对较高;亚细胞定位分析表明,IPH1蛋白主要定位于过氧化物酶体中.进一步通过生理分析,发现突变体中过氧化物酶活性显著降低,同时H2O_(2)质量分数显著增加.这些结果初步证实了IPH1能够通过过氧化氢途径调控水稻株高的形成,可为丰富株高调控网络提供有利的基因资源,进一步为株型相关生物育种奠定基础.

关键词：水稻 CRISPR/Cas9技术 ⅲ类过氧化物酶株高

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水稻ⅲ类过氧化物酶基因OsPER2和OsPER4在细胞壁合成中的功能分析

水稻Ⅲ类过氧化物酶基因OsPER2和OsPER4在细胞壁合成中的功能分析

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作者：薛亚莉华中农业大学

学位级别：硕士

ⅲ类过氧化物酶(Class ⅢPeroxidases)是植物中常见的一类氧化还原酶,在植物细胞生长、细胞壁修饰、木质素合成、逆境抵御等诸多生理过程中发挥着重要作用。ⅲ类过氧化物酶基因家族成员众多,系统分析这些基因的生物信息对揭示该家族基... 详细信息

ⅲ类过氧化物酶(Class ⅢPeroxidases)是植物中常见的一类氧化还原酶,在植物细胞生长、细胞壁修饰、木质素合成、逆境抵御等诸多生理过程中发挥着重要作用。ⅲ类过氧化物酶基因家族成员众多,系统分析这些基因的生物信息对揭示该家族基因功能具有重要意义。本研究从水稻中筛选了 139个ⅲ类过氧化物酶基因,利用生物信息学手段全面分析了这些基因的进化关系、染色体定位、蛋白质理化性质、保守基序、基因结构和顺式作用元件等信息。在此基础上,采用RNAi技术构建了水稻ⅲ类过氧化物酶基因家族C亚家族成员LOCs05g04500.1(OsPER2)和LOCs01g19020.1(OsPER4)的RNAi材料,并对RNAi材料的田间表型、抗逆境能力和细胞壁成分组成等性状进行了分析,从而初步揭示了第ⅲ类过氧化物酶的功能。本研究主要结果如下:1.通过生物信息学分析表明,水稻ⅲ类过氧化物酶基因家族共139个成员,分为A、B、C三个亚家族,分别包含5、54与80个基因;染色体定位结果表明ⅲ类过氧化物酶基因在Chr1和Chr7上分布最多,均为24个,而在Chr8上的成员最少,仅为3个;蛋白理化性质分析表明139个水稻ⅲ类过氧化物酶家族基因编码的氨基酸序列长度在244-1367之间,蛋白分子量在27.02 kDa-146.65 kDa,等电点范围为4.17-9.64;各个基因结构中外显子区数量不一,89.9%的成员具2-4个外显子区;保守基序分析表明91.4%的成员有9-10种保守基序;启动子分析表明水稻ⅲ类过氧化物酶基因家族成员可能在干旱、低温等逆境胁迫中受到激发从而发挥其保护植物的作用。生物信息学分析也表明,OsPER2与OsPER4都是ⅲ类过氧化物酶基因家族C亚家族的成员,两者都定位在细胞质,蛋白的保守基序也非常相似。2.对OsPER2、OsPER4基因RNAi植株进行表型考察,发现OsPER2 RNAi材料在田间表现出株高变高,结实率和千粒重都增加等一致表型,且RNAi材料的单株生物质增加,抗倒伏能力显著下降,拉断力显著下降。OsPER4RNAi材料在田间表现出株高变高,分蘖数和种子粒长粒宽都增加、结实率和千粒重下降等一致表型,且RNAi材料的单株生物质增加,抗倒伏能力显著下降,拉断力显著下降。3.基于籼稻IR64的7日龄幼苗不同胁迫处理的芯片数据GSE6901,探究了OsPER2、OsPER4基因在不同逆境处理下对植物的影响。结果表明籼稻IR64的7日龄幼苗在200 mM NaCl胁迫3小时后,OsPER2和OsPER4的表达量都下降显著。我们还发现水稻10日龄幼苗经100 mM NaCl处理15天后,NPB存活率明显低于OsPER2、OsPER4的RNAi 材料。4.对OsPER2、OsPER4的RNAi材料中的细胞壁成分进行了测定,发现与NPB相比,OsPER2的2个RNAi株系OsPER2-1和OsPER2-2的纤维素含量分别增加13.7%、15.9%,半纤维素含量分别降低12.6%、15.4%,木质素含量分别下降4.0%、5.5%。同样的,OsPER4的3个RNAi株系的秸秆中细胞壁成分测定后,也发现了同样的趋势。与NPB相比,OsPER4-1、OsPER4-2、OsPER4-3的纤维素含量分别增加 18.6%、22.6%、21.7%,半纤维素含量分别降低 13.5%、13.2%、21.8%,木质素含量分别降低7.7%、8.1%、14.5%。5.本研究为深入研究Class Ⅲ PERs基因在细胞壁合成中的功能打下了坚实的的基础,为后续的研究提供了有力的证据,也为水稻细胞壁遗传改良提供了潜在的基因资源。

关键词：水稻 ⅲ类过氧化物酶生物信息学细胞壁生物和非生物胁迫

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芸薹属植物PRX基因家族的比较基因组学研究

芸薹属植物PRX基因家族的比较基因组学研究

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作者：王浩安徽农业大学

学位级别：硕士

过氧化物酶(PRXs)广泛存在于各种生物中,根据其结构和功能可分为不同类型。其中,ⅲ类过氧化物酶(Class Ⅲ Peroxidases,PRX)是植物特有的多基因家族,参与植物生长素的代谢、细胞壁的延伸和增厚、木质素的形成等多种生理过程。芸薹属作... 详细信息

过氧化物酶(PRXs)广泛存在于各种生物中,根据其结构和功能可分为不同类型。其中,ⅲ类过氧化物酶(Class Ⅲ Peroxidases,PRX)是植物特有的多基因家族,参与植物生长素的代谢、细胞壁的延伸和增厚、木质素的形成等多种生理过程。芸薹属作为十字花科成员,包括了多种重要的农业及园艺作物。为深入研究芸薹属植物PRX家族的相关功能,本研究通过全基因组鉴定主要芸薹属作物(白菜甘蓝、黑芥)PRX基因家族成员,并对其进行生物信息学分析。结果如下:1、在白菜、甘蓝、黑芥中分别鉴定出121个、119个、118个PRX家族基因,在染色体上呈不均等分布,并有多对基因串联重复;该家族含有多个数量不等的内含子,并且基因结构影响亲缘关系。2、系统进化树分析发现,将拟南芥与主要芸薹属PRX家族基因分成5个Group;不同的Group内PRX家族基因数目不等,说明该家族成员发生了基因丢失现象;共线性与Ka/Ks分析表明芸薹属和拟南芥之间有较高的同源性,且芸薹属大部分PRX家族基因在进化中受到了纯化选择。3、顺式作用调控元件分析发现,主要芸薹属作物均有数量不等的PRX基因与激素响应调节、光响应和耐逆等相关;此外,白菜转录组数据表明,BrPRX基因具有组织表达特异性,且部分BrPRX基因在雄性不育材料中下调表达。4、通过qRT-PCR分析,发现6个BrPRX基因表达量在雄性不育与可育材料中存在显著差异,推测该差异基因可能参与白菜的花药发育。上述研究结果为进一步研究芸薹属PRX基因功能奠定了基础。

关键词：芸薹属 ⅲ类过氧化物酶基因家族比较基因组生物信息学

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