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分子植物育种 2024年

作者：赵鑫月张芬贺魏赵仁亮梁丽云苏会赵广山李叶云班秋艳河南农业大学园艺学院河南农业大学食品科学技术学院安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室

捕光叶绿素a/b结合蛋白(lhc)是由核基因编码的一类膜蛋白，在植物光系统中可以与色素分子结合形成捕光复合体，在光能的捕获、传递及响应各种非生物胁迫中发挥重要作用。本研究从茶树基因组数据库中成功鉴定到了lhc基因，并对该基因家... 详细信息

捕光叶绿素a/b结合蛋白(lhc)是由核基因编码的一类膜蛋白，在植物光系统中可以与色素分子结合形成捕光复合体，在光能的捕获、传递及响应各种非生物胁迫中发挥重要作用。本研究从茶树基因组数据库中成功鉴定到了lhc基因，并对该基因家族成员进行生物信息学分析，同时也分析了茶树lhc基因家族成员在不同组织及冷胁迫、盐胁迫和干旱胁迫处理后的转录组数据。结果表明：茶树lhc基因家族成员有19个，相对分子质量在17 609.48～34 789.78 Da之间，等电点在5.01～8.54范围之内，亚细胞定位显示在叶绿体中；根据系统进化树、基因结构和保守结构域分析，该基因家族成员保守基序基本一致，说明该基因相对保守；基因表达分析表明，lhc基因在嫩叶组织中表达量最高，且不同的lhc基因在冷胁迫和干旱胁迫处理下表达量存在差异。上述结果表明，lhc基因广泛参与茶树生长发育，并在非生物胁迫应答中起重要的调控作用，这将为今后lhc功能的深入挖掘提供理论依据。

关键词：茶树 lhc基因家族基因组鉴定基因表达分析

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小麦lhc基因家族鉴定与表达模式分析

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植物遗传资源学报 2022年第6期23卷 1766-1781页

作者：赵奇茹京娜李宜统王超徐兆师王睿辉河北农业大学农学院/华北作物改良与调控国家重点实验室保定071001 中国农业科学院作物科学研究所/国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程/农业部麦类生物学与遗传育种重点实验室北京100081

捕光叶绿素a/b结合蛋白(lhc,light-harvesting chlorophyll a/b-binding protein)直接影响光合系统的效率和作物产量。小麦作为我国主要粮食作物之一,生长发育过程中,非生物胁迫严重影响小麦的产量和品质。为了系统研究小麦lhc基因家族... 详细信息

捕光叶绿素a/b结合蛋白(lhc,light-harvesting chlorophyll a/b-binding protein)直接影响光合系统的效率和作物产量。小麦作为我国主要粮食作物之一,生长发育过程中,非生物胁迫严重影响小麦的产量和品质。为了系统研究小麦lhc基因家族的特性,本研究对普通小麦中的lhc基因家族成员进行了鉴定和生物信息学分析,并选择其中的差异显著或高表达基因进行了定量表达分析。结果显示,从小麦基因组中共鉴定到96个lhc基因,除4个基因(Talhca5.1、Talhcb1.31、Talhcb1.39和Talhcb1.29)未定位到具体染色体外,其余基因分布于除3A和3D外的19条染色体上;这些lhc基因在系统发育上分属于3个亚家族,处于同一分支的基因具有相似的基因结构与motif;在lhc基因的启动子区域,发现存在大量的胁迫响应元件和生长发育相关响应元件;lhc基因在根、茎、叶、穗和籽粒等器官中的表达模式不同,其中在叶中的表达较高;在所选的4个基因中,Talhca3.3、Talhcb1.7和Talhcb1.20的表达量呈现先升高后降低的趋势,Talhcb1.46呈下调表达趋势。

关键词：小麦 lhc基因家族表达分析非生物胁迫

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玉米lhc基因家族鉴定及调控元件分析

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分子植物育种 2023年

作者：李文龙师梓琳段海洋徐书豪赵海东孙莉李建新熊雪航汤继华张雪海河南农业大学农学院省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室神农种业实验室

捕光叶绿素a/b结合(light-harvesting chlorophyll a/b-binding， lhc)蛋白是一类与色素分子结合的膜蛋白，在光能捕获及能量传递等光合途径中发挥重要作用。不同的lhc基因间的高度相似性及基因结构的复杂性为lhc基因的研究带来巨大挑... 详细信息

捕光叶绿素a/b结合(light-harvesting chlorophyll a/b-binding， lhc)蛋白是一类与色素分子结合的膜蛋白，在光能捕获及能量传递等光合途径中发挥重要作用。不同的lhc基因间的高度相似性及基因结构的复杂性为lhc基因的研究带来巨大挑战。为了深入理解lhc家族基因间的关系、作用机制及可能参与的信号途径，本研究在全基因组水平上对玉米lhc家族基因进行了鉴定，并对其理化性质、基因结构、保守结构域、染色体分布和启动子顺式作用元件进行分析。结果表明，在玉米中共鉴定到35个lhc基因，编码的氨基酸数量为144～315个、分子量大小为1.59×104～3.46×104Da、等电点为4.83～9.69、不稳定系数为15.02～69.37；基因Motif分析和进化分析表明玉米lhc基因结构相似度较高且具有高度保守性，超过94%(33/35)的lhc基因定位于叶绿体；35个玉米lhc基因分布广泛，位于除9号染色体外的其它九条染色体上；启动子顺式作用元件分析表明玉米lhc基因除受光信号、能量信号诱导外，还受茉莉酸、脱落酸、水杨酸等激素信号诱导，暗示其可能在逆境响应中起作用。本研究在玉米基因组中鉴定到lhc基因家族的35个成员，并对其理化性质、基因结构、保守结构域、染色体分布、启动子顺式作用元件和功能进行了预测，为深入理解玉米光合作用机理及逆境响应机制提供了参考。

关键词：玉米 lhc基因家族叶绿体光合作用逆境响应

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苎麻lhc基因的鉴定和表达模式研究

苎麻Lhc基因的鉴定和表达模式研究

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作者：王云鹤华中农业大学

学位级别：硕士

苎麻是世界上重要的纤维作物,也是我国进出口贸易中较为重要的原材料作物。随着规模化栽培的土地环境变化,非生物胁迫因素对苎麻生长的影响愈发显著。利用分子育种技术提高苎麻抗逆性、改良纤维品质一直是苎麻遗传育种的重要方向,然而,... 详细信息

苎麻是世界上重要的纤维作物,也是我国进出口贸易中较为重要的原材料作物。随着规模化栽培的土地环境变化,非生物胁迫因素对苎麻生长的影响愈发显著。利用分子育种技术提高苎麻抗逆性、改良纤维品质一直是苎麻遗传育种的重要方向,然而,植株形态建成、光合作用等方向基因功能的研究还处在探索阶段。光合作用是生物获取能量的重要生命过程,捕获和传递光能是植物能量利用的开端。在高等植物中lhc家族基因在光形态建成及响应胁迫维持植物生命体运转中有着不可或缺的作用,其编码的lhc蛋白是光能吸收传递的天线蛋白。苎麻生长迅速,一般一年可收获三季,且环境适应性强,这与其较高的同化效率密切相关。本研究以苎麻品种“华苎5号”为材料,以本实验室前期建立的3个转录组数据库为基础,鉴定得到苎麻lhc基因,对其表达模式进行探究,为发掘并解析苎麻捕光蛋白及绿色组织特异相关基因奠定基础。主要结果如下:(1)从3个转录组数据库中筛选鉴定得到了14个苎麻lhc基因CDS,lhca和lhcb两个基因家族各包含6个和8个。并克隆得到基因编码区(5’端ATG起始至终止密码子)全长,分析了基因内含子-外显子分布。分别将两个家族成员与拟南芥、杨树和桑树的对应氨基酸序列进行聚类分析,发现苎麻lhca和lhcb基因分别包括5个和7个亚族,依据分类进行命名(Bnlhca1、Bnlhca2.1、Bnlhca2.2、Bnlhca3、Bnlhca4和Bnlhca5;Bnlhcb1.1、Bnlhcb1.2、Bnlhcb2、Bnlhcb3、Bnlhcb4、Bnlhcb5、Bnlhcb6和Bnlhcb7),以华苎5号为模板,克隆得到基因全长序列,分析基因结构特征,并开展后续分析。(2)对Bnlhca和Bnlhcb蛋白氨基酸序列进行转运肽、跨膜结构域及保守结构域等生物信息分析,得到14个Motif元件,其中,Motif1、Motif5、Motif7和Motif8为Bnlhcb蛋白序列的保守结构域,有11个基因N端具有明显的叶绿体转运肽;分布在不同亚族中的其余Motif元件则发挥着各自的功能,还对蛋白质理化性质、亚细胞定位及三级结构进行了预测。将所有lhc基因在基因组草图数据库中比对确认,分析预测了14个基因ATG上游5’非编码区(2000 bp左右)的区域,确定启动子位置范围,得到光响应元件等顺式作用元件分布情况。(3)通过qRT-PCR探究了苎麻lhc基因在苎麻不同部位、昼夜周期内的表达模式。首先研究了苎麻中lhca和lhcb两个基因家族在叶片、茎(嫩梢和成熟茎)和根等不同部位的表达情况,发现所有基因在绿色组织(叶片和嫩梢)中的相对表达量最高,而在根和成熟茎中相对表达量微弱。在模拟昼夜光暗周期(16 h光照/8 h黑暗)的实验中,发现在白天相对表达量明显高于夜晚,且随时间推移在24 h内呈明显的钟形曲线分布。(4)根据时空表达模式,对白天苎麻叶片中lhc基因在不同非生物胁迫下的表达情况进行探究。发现Bnlhca和Bnlhcb家族的基因的表达受高温、低温、干旱和高盐胁迫的影响显著。Bnlhca在4种胁迫条件下,表达量均下调;Bnlhcb1.2、Bnlhcb2和Bnlhcb3的表达量在低温胁迫下表达上调,但在其他胁迫下,其相对表达量均下降。(5)依据顺式作用元件信息和基因结构分析结果,分析了14个苎麻lhc基因启动子区域顺式作用元件,发现其上均分布了保守元件AAGAA-motif、TATA-box、CAAT-box和GATA-box以及光应答、干旱和低温相关的顺式元件。克隆苎麻Bnlhcb1.1基因ATG上游1634 bp DNA序列(Bnlhcb1.1-1634)以及3个不同长度的截短片段(Bnlhcb1.1-1159、Bnlhcb1.1-855和Bnlhcb1.1-344),转入拟南芥中验证了不同株系幼苗期GUS组织化学染色结果,发现在各株系幼苗发芽后第4 d开始表现出子叶特异表达特性,截短至344 bp仍可驱动GUS报告基因在4 d-10 d的生长过程中在子叶和真叶中稳定表达。

关键词：苎麻 lhc基因家族 qRT-PCR 绿色组织特异型启动子

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