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巴西橡胶树GRAS基因家族鉴定及表达分析

热带作物学报 2024年

作者：李娟袁渊吴挺开邓治程汉中国热带农业科学院橡胶研究所热带作物生物育种全国重点实验室中国热带农业科学院三亚研究院浙江农林大学现代农学院

GRAS是植物特有的转录因子，在植物生长发育过程以及非生物胁迫应答中具有重要的调控作用，然而在巴西橡胶树 (Hevea brasiliensis)中还未见关于该基因家族的报道。本研究利用生物信息学工具分析了巴西橡胶树GRAS基因家族成员的蛋白质... 详细信息

GRAS是植物特有的转录因子，在植物生长发育过程以及非生物胁迫应答中具有重要的调控作用，然而在巴西橡胶树 (Hevea brasiliensis)中还未见关于该基因家族的报道。本研究利用生物信息学工具分析了巴西橡胶树GRAS基因家族成员的蛋白质理化性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置及启动子顺式作用元件，利用转录组数据及实时荧光定量PCR (qPCR)分析橡胶树GRAS基因的表达模式。结果表明，在巴西橡胶树基因组中共鉴定到91个GRAS家族成员，分别命名为HbGRAS1～HbGRAS91，其分子量在14.07～89.46 kD之间。亚细胞定位预测结果显示，HbGRAS蛋白主要定位于细胞核和叶绿体。系统发育分析将其划分为14个亚家族，同一亚族成员的基因结构和基序组成较为保守。橡胶树GRAS基因分布在除11号染色体外的其它17条染色体和2条Scaffold上，其中17个HbGRAS基因组成10个串联重复事件。共线性分析显示片段重复区域中有87个HbGRAS基因，说明片段重复可能是橡胶树GRAS基因扩张的主要驱动力。启动子顺式作用元件分析显示，橡胶树GRAS家族包含多个植物激素和胁迫应答顺式作用元件。HbGRAS基因表达具有组织特异性，并与橡胶树叶片发育有关。GRAS亚家族成员DELLA基因的表达与橡胶树木质部发育有关并受赤霉素 (gibberellin， GA)抑制。研究结果为橡胶树GRAS基因的功能研究提供参考。

关键词：巴西橡胶树 GRAS基因家族生物信息学基因表达 DELLA

巴西橡胶树雄性不育相关基因HbBPC7的表达与生物信息学分析

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分子植物育种 2023年

作者：付天奇王英高和琼庄南生中国热带农业科学院橡胶研究所海南大学热带作物学院

巴西橡胶树作为热带地区重要的经济树种，雄性不育种质是杂交育种亲本选配的重要资源。为探究HbBPC7基因对橡胶树雄性不育的功能及其调控机制，本研究以4个橡胶树品系为材料，通过qRT-PCR技术对HbBPC7基因在不同组织器官以及不同发育时... 详细信息

巴西橡胶树作为热带地区重要的经济树种，雄性不育种质是杂交育种亲本选配的重要资源。为探究HbBPC7基因对橡胶树雄性不育的功能及其调控机制，本研究以4个橡胶树品系为材料，通过qRT-PCR技术对HbBPC7基因在不同组织器官以及不同发育时期的表达进行分析，HbBPC7基因在雄花中的表达水平显著高于其他组织器官，对雄花的发育具有特异性，且在可育组与不育组之间差异明显，该基因在不育组中的异常低表达可能会导致雄性不育。在小孢子母细胞和四分体时期，HbBPC7基因在不育组中的相对表达量明显低于可育组，该基因可能从小孢子母细胞到四分体时期持续低表达引起雄花败育。利用mRNA-FISH检测HbBPC7基因在雄花不同发育时期的表达情况，HbBPC7基因主要在小孢子母细胞和四分体发育过程中发挥作用，可能对不育雄花花药表皮、花丝柱和绒毡层的异常发育有直接影响。HbBPC7基因定位在17号染色体上，在雄性不育系中的差异表达可能是由于碱基的替换和缺失导致的。HbBPC7蛋白为亲水性蛋白，不含跨膜区和信号肽，系统进化树结果显示该蛋白与木薯BPC7蛋白聚为一类，亲缘关系较近。本研究旨在揭示橡胶树雄性不育的分子调控机制，为橡胶树的育种工作提供科学依据。

关键词：巴西橡胶树雄性不育 HbBPC7基因 qRT-PCR mRNA-FISH

巴西橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定

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热带作物学报 2024年第4期45卷 653-662页

作者：杜晓愚赵一杰张世鑫田维敏晁金泉浙江农林大学现代农学院浙江杭州311300 中国热带农业科学院橡胶研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南海口571101 海南大学热带作物学院海南海口570228

磺肽素是一种高等植物特有的小肽类激素,广泛参与植物的生长发育、分裂分化、生物或非生物胁迫等生物学过程。磺肽素受体蛋白(phytosulfokine receptor,PSKR)是磺肽素的直接受体,对于磺肽素信号传导至关重要。本研究采用RT-PCR(reverse ... 详细信息

磺肽素是一种高等植物特有的小肽类激素,广泛参与植物的生长发育、分裂分化、生物或非生物胁迫等生物学过程。磺肽素受体蛋白(phytosulfokine receptor,PSKR)是磺肽素的直接受体,对于磺肽素信号传导至关重要。本研究采用RT-PCR(reverse transcription-polymerase chain reaction)技术克隆了橡胶树的HbPSKR2基因,并对其进行生物信息学、基因表达模式、互作蛋白筛选及鉴定分析。结果显示HbPSKR2基因的开放阅读框全长3159 bp,编码1052个氨基酸,理论分子量为114.84 kDa,理论等电点为6.34。结构域分析显示HbPSKR2属于典型的跨膜蛋白,前640个氨基酸是由亮氨酸重复组成的天线结构,第692~714个氨基酸是跨膜结构域,第765~1052个氨基酸是膜内激酶结构域。对HbPSKR2膜内激酶结构域以及拟南芥和水稻的PSKR同源序列进行多重比对,结果显示均存在ATP binding site、CaM binding site、Activation segment、GC Centre等保守性位点。表达模式分析显示,HbPSKR2基因在橡胶树形成层区高丰度表达,其表达量在冠菌素处理前期显著上升。通过酵母双杂交技术筛选到12个与HbPSKR2互作的候选蛋白,并对其中的2个蛋白激酶(HbPBL8和HbPIX13)与HbPSKR2的互作关系进行荧光素酶互补成像验证。结果显示,在烟草中共转化HbPSKR2-nLUC/HbPBL8-cLUC和HbPSKR2-nLUC/HbPIX13-cLUC可以观察到强烈的荧光信号,进一步证明了HbPSKR2在体内可与HbPBL8激酶和HbPIX13激酶互作。橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定将为深入揭示橡胶树乳管分化分子机制提供新的思路。

关键词：巴西橡胶树 HbPSKR2 酵母双杂交荧光素酶互补成像互作蛋白

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巴西橡胶树HbRPW8基因克隆与表达分析

热带作物学报 2022年第12期43卷 2395-2404页

作者：官鑫涂敏蔡海滨王云月胡彦师曾霞云南农业大学植物保护学院云南昆明650201 中国热带农业科学院橡胶研究所海南海口571101

RPW8(resistance to powdery mildew locus 8)是对植物多种病害,尤其白粉病具有抗性的广谱抗病基因位点,通过对橡胶树RPW8基因进行克隆及表达分析,为橡胶树抗白粉病机制解析和分子育种等方面打下基础。以橡胶树‘热研73397’为材料,采用... 详细信息

RPW8(resistance to powdery mildew locus 8)是对植物多种病害,尤其白粉病具有抗性的广谱抗病基因位点,通过对橡胶树RPW8基因进行克隆及表达分析,为橡胶树抗白粉病机制解析和分子育种等方面打下基础。以橡胶树‘热研73397’为材料,采用RT-PCR克隆HbRPW8基因编码区(CDS)序列;对其进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR方法,测定7种激素和白粉菌侵染不同时间、不同病害等级处理后RPW8基因表达量。该基因cDNA全长570 bp,编码189个氨基酸,该蛋白的分子量为21.73 kDa,等电点为9.23,脂肪系数为86.30,总平均亲水性指数为-0.404,为亲水性蛋白,共有8个磷酸化位点,无跨膜域和信号肽,定位于细胞核,具有RPW8的保守结构域,α-螺旋和无规则卷曲是HbRPW8蛋白二级结构的主要元件,分别占氨基酸序列的70.90%和22.22%。亲缘关系显示,HbRPW8基因与木薯RPW8基因相似性最高。过氧化氢(H_(2)O_(2))、水杨酸(SA)、乙烯利(ETH)、赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)能迅速诱导HbRPW8转录本的表达,并在处理后0.5 h达到最高水平,分别约为对照的14倍、6倍、75倍、2.5倍和4倍;茉莉酸甲酯(MeJA)处理后6h达到最高水平,是对照的10倍左右;生长素处理后HbRPW8转录本显著下调;随着白粉菌侵染时间和病害等级的增加,HbRPW8的表达量均呈现先上升后下降的趋势。研究结果初步表明,HbRPW8可能参与橡胶树的抗病反应机制,为橡胶树抗病育种的研究提供参考。

关键词：巴西橡胶树 HbRPW8基因 qRT-PCR 生物信息学 RPW8

巴西橡胶树HbPP2基因家族鉴定与表达分析

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热带作物学报 2024年

作者：杨那林远胡斌郝园园韩晓菲刘林娅龙翔宇六盘水师范学院生物科学与技术学院中国热带农业科学院橡胶研究所/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室大连大学生命健康学院

橡胶树胶乳代谢过程受到多种机制调控，其中泛素化修饰调控最为显著。韧皮部蛋白PP2属于F-box蛋白家族，在胶乳中特异性高表达，可能参与了胶乳再生调控。本研究对巴西橡胶树基因组中鉴定到的17个F-box成员HbPP2基因进行生物信息学和表... 详细信息

橡胶树胶乳代谢过程受到多种机制调控，其中泛素化修饰调控最为显著。韧皮部蛋白PP2属于F-box蛋白家族，在胶乳中特异性高表达，可能参与了胶乳再生调控。本研究对巴西橡胶树基因组中鉴定到的17个F-box成员HbPP2基因进行生物信息学和表达模式分析发现：橡胶树PP2基因编码的蛋白大多数为不稳定亲水性蛋白，分子量介于9.402-61.206 kD之间；系统进化分析表明巴西橡胶树中的17个HbbPP2基因可以分为三个亚组（I亚组，II亚组和III亚组），其中HbbPP2成员在I亚组中完全缺失；顺式作用元件分析发现，PP2基因启动子区域包含生长发育调控、激素响应和光响应等多种顺势作用元件；亚细胞定位预测发现，PP2蛋白主要定位在叶绿体或细胞质中；表达分析显示，橡胶树HbPP2家族中除部分成员具有组织表达特异性外，多数成员在各个组织中都有表达。在胶乳中，HbPP2-B1、HbPP2-B1.1、HbPP2-B10.1、HbPP2-A13.2、HbPP2-B13和HbPP2-A15.1的表达丰度较高，但割胶处理只显著上调HbPP2-A13.2和HbPP2-B13的表达。本研究初步揭示巴西橡胶树HbPP2家族成员的理化特征和表达特征，为进一步研究该基因家族在橡胶树胶乳合成代谢中的功能奠定了基础。

关键词：巴西橡胶树基因表达分析韧皮部蛋白2 PP2基因家族胶乳生物合成

巴西橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定

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热带作物学报 2023年

作者：杜晓愚赵一杰张世鑫田维敏晁金泉浙江农林大学现代农学院中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重实验室海南大学热带作物学院

磺肽素是一种高等植物特有的小肽类激素，广泛参与了植物的生长发育、分裂分化、生物或非生物胁迫等生物学过程。磺肽素受体蛋白(Phytosulfokine receptor， PSKR)是磺肽素的直接受体，对于磺肽素信号传导至关重要。采用RT-PCR (Reverse... 详细信息

磺肽素是一种高等植物特有的小肽类激素，广泛参与了植物的生长发育、分裂分化、生物或非生物胁迫等生物学过程。磺肽素受体蛋白(Phytosulfokine receptor， PSKR)是磺肽素的直接受体，对于磺肽素信号传导至关重要。采用RT-PCR (Reverse transcription-polymerase chain reaction)技术克隆了橡胶树的HbPSKR2基因，并对其进行生物信息学、基因表达模式、互作蛋白筛选及鉴定分析。结果显示HbPSKR2基因的开放阅读框全长3，159 bp，编码1，052个氨基酸，理论分子量为114.84kD，理论等电点为6.34。结构域分析显示HbPSKR2属于典型的跨膜蛋白，前640氨基酸是由亮氨酸重复组成的天线结构，第692至第714氨基酸是跨膜结构域，第765至第1，052氨基酸是膜内激酶结构域。对HbPSKR2膜内激酶结构域以及拟南芥和水稻的PSKR同源序列进行多重比对，结果显示均存在ATP binding site、CaM binding site、Activation segment、GC Centre等保守性位点。表达模式分析显示HbPSKR2基因在橡胶树形成层区高丰度表达，其表达量在冠菌素处理前期显著上升。通过酵母双杂交技术筛选到12个与HbPSKR2互作的候选蛋白，并对其中的两个蛋白激酶(HbPBL8和HbPIX13)与HbPSKR2的互作关系进行荧光素酶互补成像验证。结果显示在烟草中共转化HbPSKR2-nLUC/HbPBL8-cLUC和HbPSKR2-nLUC/HbPIX13-cLUC可以观察到强烈的荧光信号，进一步证明了HbPSKR2在体内可以与HbPBL8激酶和HbPIX13激酶互作。橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定将为深入揭示橡胶树乳管分化分子机制提供新的思路。

关键词：巴西橡胶树 HbPSKR2 酵母双杂交荧光素酶互补成像互作蛋白

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巴西橡胶树ACA/ECA基因鉴定及分析

热带作物学报 2023年

作者：杨晶晶方永军张鸿韬龙翔宇秦云霞阳江华肖小虎海南大学热带作物学院农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/中国热带农业学院橡胶研究所云南农业大学热带作物学院

Ca2+是植物细胞的第二信使，Ca2+-ATPase(ACA/ECA)作为Ca2+运输的重要蛋白，在保证细胞内钙离子的平衡和植物非生物胁迫方面发挥着至关重要的作用。为了研究巴西橡胶树中Ca2+-ATPase(ACA/ECA)的生物学功能，以模式植物拟南芥的ACA/ECA... 详细信息

Ca2+是植物细胞的第二信使，Ca2+-ATPase(ACA/ECA)作为Ca2+运输的重要蛋白，在保证细胞内钙离子的平衡和植物非生物胁迫方面发挥着至关重要的作用。为了研究巴西橡胶树中Ca2+-ATPase(ACA/ECA)的生物学功能，以模式植物拟南芥的ACA/ECA蛋白序列为探针，从橡胶树基因组中鉴定得到45个ACA/ECA基因家族成员，其中ACA成员38个，ECA成员7个。利用Expasy、Plant-mPLoc等工具对45个成员的理化性质、基因结构、染色体定位、系统进化和表达进行全面分析。染色体定位结果显示，ACA/ECA家族的45个成员不均匀的分布在橡胶树的14条染色体和1个Contig上；其中2号和9号染色体上成员分布最多，为11个；理化性质分析表明，各成员编码蛋白的氨基酸数目为86-1142个，氨基酸分子量在10048.04-125412.8Da之间，蛋白产物多定位于细胞质膜，有少量成员定位于内质网、叶绿体、液泡和细胞核；在进化方面，ACA/ECA家族成员明显聚于ACA和ECA两个分枝，两个分支中橡胶树始终与木薯紧靠，表明在系统进化过程中橡胶树与木薯存在较近的亲缘关系；表达分析显示，部分成员在不同组中的表达存在明显差异，HbACA31在叶片中表达丰度最高，HbACA36在胶乳中表达丰度最高，并且HbACA36经乙烯利刺激处理后在胶乳中的表达明显上调；另外，我们还分析了割胶对ACA/ECA基因表达的影响，发现HbACA36在PR107和热研8-79两个橡胶树品种割胶过程中均处于较高的表达水平，并且在高产品种热研8-79开割过程中明显上调表达，推测HbACA36参与橡胶树产胶排胶调控，并在其中起重要作用。本研究结果首次揭示了橡胶树ACA/ECA家族成员的理化性质和表达模式，为进一步研究ACA/ECA基因在巴西橡胶树中的生物学功能，特别是橡胶树产胶调控方面的功能奠定了基础。

关键词：巴西橡胶树 Ca -ATPase(ACA/ECA) 基因家族生物学功能表达分析

巴西橡胶树ACA/ECA基因家族鉴定及分析

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热带作物学报 2023年第11期44卷 2244-2255页

作者：杨晶晶方永军张鸿韬龙翔宇秦云霞阳江华肖小虎农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/中国热带农业学院橡胶研究所海南海口571101 云南农业大学热带作物学院云南普洱665099 海南大学热带作物学院海南海口570228

Ca^(2+)是植物细胞的第二信使,Ca^(2+)-ATPase(ACA/ECA)作为Ca^(2+)运输的重要蛋白,在保证细胞内钙离子的平衡和植物非生物胁迫方面发挥着至关重要的作用。为了研究巴西橡胶树中Ca^(2+)-ATPase(ACA/ECA)的生物学功能,以模式植物拟南芥的... 详细信息

Ca^(2+)是植物细胞的第二信使,Ca^(2+)-ATPase(ACA/ECA)作为Ca^(2+)运输的重要蛋白,在保证细胞内钙离子的平衡和植物非生物胁迫方面发挥着至关重要的作用。为了研究巴西橡胶树中Ca^(2+)-ATPase(ACA/ECA)的生物学功能,以模式植物拟南芥的ACA/ECA蛋白序列为探针,从橡胶树基因组中鉴定得到45个ACA/ECA基因家族成员,其中ACA成员38个,ECA成员7个。利用Expasy、Plant-mPLoc等工具对45个成员的理化性质、基因结构、染色体定位、系统进化和表达进行全面分析。理化性质分析表明:各成员编码蛋白的氨基酸数目为86~1142个,氨基酸分子量在10048.04~125412.75 Da之间,蛋白产物多定位于细胞质膜,有少量成员定位于内质网、叶绿体、液泡和细胞核。在进化方面,ACA/ECA家族成员明显聚于ACA和ECA两个分枝,2个分支中橡胶树始终与木薯紧靠,表明在系统进化过程中橡胶树与木薯存在较近的亲缘关系。染色体定位结果显示:ACA/ECA家族的45个成员不均匀地分布在橡胶树的14条染色体和1个contig上,其中2号和9号染色体上成员分布最多,为11个。表达分析显示:部分成员在不同组织中的表达存在显著差异,HbACA31在叶片中表达丰度最高,HbACA36在胶乳中表达丰度最高,并且HbACA36经乙烯利刺激处理后在胶乳中的表达明显上调。另外,本研究还分析了割胶对ACA/ECA家族成员基因表达的影响,发现HbACA36在PR107和热研8-79两个橡胶树品种割胶过程中均处于较高的表达水平,并且在高产品种热研8-79开割过程中明显上调表达,推测HbACA36参与橡胶树产胶排胶调控,并在其中起重要作用。本研究结果首次揭示了橡胶树ACA/ECA家族成员的理化性质和表达模式,为进一步研究ACA/ECA基因在巴西橡胶树中的生物学功能,特别是橡胶树产胶调控方面的功能奠定基础。

关键词：巴西橡胶树 Ca^(2+)-ATPase(ACA/ECA) 基因家族生物学功能表达分析

巴西橡胶树雄性不育相关基因HbACO1的表达与生物信息学分析

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分子植物育种 2023年第1期21卷 94-101页

作者：党一敏刘红东王英高和琼庄南生海南大学热带作物学院海口570228 中国热带农业科学院橡胶研究所海口571101

ACO1(1-aminocyclopropane-1-carboxylateoxidase1)是植物内源乙烯生物合成途径的限速酶,与花芽分化和器官衰老密切相关。本研究通过实时荧光定量技术对基因HbACO1在雌雄花、叶、胶乳和嫩皮组织的表达模式进行分析,结果显示基因HbACO1... 详细信息

ACO1(1-aminocyclopropane-1-carboxylateoxidase1)是植物内源乙烯生物合成途径的限速酶,与花芽分化和器官衰老密切相关。本研究通过实时荧光定量技术对基因HbACO1在雌雄花、叶、胶乳和嫩皮组织的表达模式进行分析,结果显示基因HbACO1在雄花表达量最高,在雌花、叶和嫩皮中表达量低,在胶乳中几乎不表达。对雄花发育不同时期(小孢子母细胞时期,四分体期和单核小孢子时期)的HbACO1基因表达量分析表明:在不育品种(‘热研7-33-97',‘PR107’)的四分体和小孢子时期表达量明显高于在可育品种(热研‘93-114',‘天任31-45')相应时期的表达量,推测基因HbACO1可能在雄花的四分体及单核孢子期间异常高表达导致了雄花败育现象。利用mRNA原位杂交技术对HbACO1基因进行了原位表达分析,结果显示在不育品种中绒毡层细胞、花药外壁细胞和小孢子母细胞能检测出基因HbACO1的荧光信号,在可育品种中在花柱和花药外壁有荧光信号,推测HbACO1基因可能主要是在雄花的绒毡层、花药外壁和小孢子母细胞特定细胞类型中表达来调控雄花的发育,而在这些细胞类型中的异常表达可能导致了橡胶树的雄性不育。HbACO1基因的ORF长度为921bp,编码306个氨基酸,HbACO1基因编码的蛋白理论等电点为5.69,相对分子质量为34.80kD,总平均亲水性GRAVY为负值,亚细胞定位预测结果表明定位于细胞质中,且不具有信号肽及跨膜螺旋结构的亲水性蛋白,进化树显示HbACO1蛋白与木薯(Manihotesculenta)的MeACO1蛋白聚为一类,亲缘关系较近。本研究结果可为橡胶树雄性不育分子机制的深入研究以及橡胶树的育种工作提供基础数据和科学依据。

关键词：巴西橡胶树 ACO1基因荧光定量PCR mRNA-FISH技术生物信息学分析