毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.01.004

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (1): 29-38.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.01.004

毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析

马霜¹^,², 王博雅¹, 曹颖¹, 胡尚连¹, 高志民²()

^1.西南科技大学生命科学与工程学院，绵阳 621000
^2.国家林业和草原局/北京竹藤科学与技术重点开放实验室，国际竹藤中心竹藤资源基因科学与基因产业化研究所，北京 100102

收稿日期:2020-11-13 出版日期:2022-01-20 发布日期:2021-12-30
通讯作者: 高志民 E-mail:gaozhimin@icbr.ac.cn
作者简介:马霜（1995—），女，硕士研究生，主要从事林木遗传育种研究。
基金资助:
国际竹藤中心基本科研业务费专项资金项目(1632020004);国家自然科学基金(31971736)

Identification and Expression Analysis of Expansin Genes in Moso Bamboo (Phyllostachys edulis)

Shuang Ma¹^,², Boya Wang¹, Ying Cao¹, Shanglian Hu¹, Zhimin Gao²()

^1.College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621000
^2.State Forestry and Grassland Administration/Beijing Key Laboratory on the Science and Technology of Bamboo and Rattan，Institute of Gene Science and Industrialization for Bamboo and Rattan Resources，International Center for Bamboo and Rattan，Beijing 100102

Received:2020-11-13 Online:2022-01-20 Published:2021-12-30
Contact: Zhimin Gao E-mail:gaozhimin@icbr.ac.cn
About author:Ma Shuang（1995—），female，postgraduate，mainly engaged in tree genetics and breeding research.
Supported by:
The special funds for fundamental scientific research on professional work supported by International Center for Bamboo and Rattan(1632020004);National Natural Science Foundation of China(31971736)

摘要/Abstract

摘要：

为全面了解毛竹中扩展蛋白的分子特征和表达模式，本研究利用生物信息学方法在毛竹基因组中共鉴定出43个扩展蛋白基因家族成员，属于4个亚家族（EXPA、EXPB、EXLA和EXLB），分别包含18、17、7和1个成员，分布在37个Scaffold上。除PeEXPA1没有内含子和PeEXLB1含有11个内含子外，其它毛竹扩展蛋白基因的内含子为1~5个。毛竹扩展蛋白基因编码蛋白长度为91~508个氨基酸，所有的氨基酸都具有高频密码子，大部分蛋白为碱性亲水性蛋白。大部分毛竹扩展蛋白二级结构中β转角占比例最少，而β折叠占比例最大，各亚家族多数成员具有类似的三级结构。qRT-PCR结果表明，18个EXPA亚家族成员在不同组织表达存在明显差异，除PeEXPA2、PeEXPA6外其它基因表达的最高值均出现在叶片中，表明它们可能在叶片生长过程中发挥着重要作用。

关键词: 毛竹, 扩展蛋白基因, 生物信息学, 表达分析

Abstract:

In order to fully understand the molecular characteristics and expression patterns of expansin genes in moso bamboo（Phyllostachys edulis）， bioinformatics methods were used in this study，and a total of 43 members of the expansin gene family was identified from the genome of moso bamboo， and the members were divided into four subfamilies（EXPA， EXPB， EXLA and EXLB）， which contained 18， 17， 7 and 1 members respectively， and distributed on 37 Scaffolds. Except that PeEXPA1 had no introns and PeEXLB1 had 11 introns， other expansin genes have 1 to 5 introns respectively. The amino acid length of the expansin was 91~508 aa respectively， all amino acids had high-frequency codons， and most of the expansins were basic and hydrophilic. Protein structure analysis showed that most of the expansins of moso bamboo accounted for the smallest proportion of β-turns and the largest proportion of β-sheets in the secondary structure. The tertiary structure of most members in each subfamily was similar. The qRT-PCR results of 18 EXPA subfamily members showed that their expression were significantly different in different tissues， and the highest expression values were found in leaves except PeEXPA2 and PeEXPA6， indicating that they might play an important role in the growth of leaves.

Key words: moso bamboo, expansin gene, bioinformatics, expression pattern analysis

中图分类号:

S795.7

马霜, 王博雅, 曹颖, 胡尚连, 高志民. 毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析[J]. 植物研究, 2022, 42(1): 29-38.

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图/表 7

表1

图1

图2

表2

毛竹扩展蛋白的基本理化性质分析

基因名称 Gene	基因编号 Accession number	编码氨基酸长度 Coding amino acid length （aa）	理论等电点 pI	分子量 Molecular weight /kDa	不稳定系数 Unstability index	脂肪系数 Aliphatic index	总平均亲水性 GRAVY
PeEXPA1	PH01000000G0970	257	8.38	38.65	33.31	80.86	0.02
PeEXPA2	PH01000009G2460	258	8.59	38.50	33.31	80.12	0.02
PeEXPA3	PH01000083G0540	250	5.47	35.86	41.46	59.00	-0.18
PeEXPA4	PH01000094G0210	126	9.41	19.08	32.18	72.40	-0.12
PeEXPA5	PH01000135G1480	247	9.89	37.13	39.13	63.68	-0.21
PeEXPA6	PH01000160G0990	127	10.00	19.73	30.12	77.38	-0.11
PeEXPA7	PH01000519G0080	275	9.26	38.87	39.22	68.07	-0.07
PeEXPA8	PH01000615G0020	259	8.65	38.20	39.58	65.60	-0.05
PeEXPA9	PH01000659G0190	251	7.55	36.06	37.71	59.16	-0.16
PeEXPA10	PH01000705G0150	256	8.62	38.07	31.13	73.52	0.07
PeEXPA11	PH01001348G0370	247	9.89	37.13	39.13	63.68	-0.21
PeEXPA12	PH01001280G0510	250	5.47	35.86	41.46	59.00	-0.18
PeEXPA13	PH01001032G0370	126	10.00	19.73	30.12	77.38	-0.11
PeEXPA14	PH01001528G0240	260	9.28	38.25	40.04	65.38	-0.08
PeEXPA15	PH01001624G0020	248	8.77	35.92	38.40	69.76	-0.01
PeEXPA16	PH01002238G0310	252	8.07	36.17	40.70	58.93	-0.14
PeEXPA17	PH01003318G0170	118	11.20	17.80	18.81	64.49	-0.30
PeEXPA18	PH01003538G0010	125	9.41	19.08	32.18	72.40	-0.12
PeEXPB1	PH01000028G1350	250	6.02	36.11	38.33	62.12	-0.15
PeEXPB2	PH01000069G0690	134	7.52	19.50	21.87	87.29	0.18
PeEXPB3	PH01000104G0690	91	7.50	12.52	9.96	63.00	-0.02
PeEXPB4	PH01000397G0840	264	6.93	39.65	31.45	71.94	-0.21
PeEXPB5	PH01000397G0850	227	8.47	33.94	36.93	72.88	-0.15
PeEXPB6	PH01000397G0880	267	5.07	39.48	28.81	70.83	-0.12
PeEXPB7	PH01000397G0930	279	6.38	42.25	26.25	66.45	-0.27
PeEXPB8	PH01000995G0300	291	9.03	42.40	34.60	69.14	-0.11
PeEXPB9	PH01001155G0250	262	6.07	39.35	35.82	70.76	-0.19
PeEXPB10	PH01001155G0260	273	9.10	41.20	34.06	70.40	-0.19
PeEXPB11	PH01001155G0300	265	5.20	39.27	27.40	68.91	-0.14
PeEXPB12	PH01001155G0360	276	8.12	42.08	21.19	69.28	-0.30
PeEXPB13	PH01001579G0330	265	8.34	39.90	31.37	72.91	-0.18
PeEXPB14	PH01001963G0300	272	8.76	40.71	29.54	77.46	0.01
PeEXPB15	PH01002134G0230	160	8.82	24.35	22.84	78.19	0.02
PeEXPB16	PH01003173G0150	307	4.67	44.32	27.81	81.07	0.23
PeEXPB17	PH01042209G0010	304	5.08	44.48	30.28	62.96	-0.44
PeEXLA1	PH01000059G1970	251	9.62	37.37	40.02	82.03	0.09
PeEXLA2	PH01000233G0920	251	7.55	36.06	37.71	59.16	-0.16
PeEXLA3	PH01000243G0350	276	7.47	41.11	39.03	77.35	-0.05
PeEXLA4	PH01000724G0610	299	6.45	45.37	41.33	77.02	-0.18
PeEXLA5	PH01001177G0450	271	8.84	41.20	33.98	79.23	-0.07
PeEXLA6	PH01001195G0040	278	8.86	42.12	35.93	85.25	-0.07
PeEXLA7	PH01001848G0230	303	7.93	45.99	36.21	77.62	-0.17
PeEXLB1	PH01000553G0340	508	6.41	76.77	38.91	87.20	-0.02

表2

表3

图3

图4

参考文献 28

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基因名称 Gene name	上游引物 Forward primer（5′→3′）	下游引物 Reverse primer（5′→3′）
PeEXPA1	ACAACGAACTTCTGCGCT	AGCGCAATCTTCTCGAA
PeEXPA2	GCCACCGACGTTACTGACT	ACCATTTTCTCCTCCCCAT
PeEXPA3	TTTGCTACCAGGGATCCAAC	TGAAGGAACCCCATCCTATG
PeEXPA4	TAGGCTTGCTAGTTCTTGCC	TCCTCCCATTGTTCCTGAGG
PeEXPA5	TTCAACCTGGTGCTTGTCAC	GCGTTGTTCTGCCAGTTCTG
PeEXPA6	CCGCCCAACCACCATTT	CCGCCTTCACGAAGACACT
PeEXPA7	TCACGGCCACCAACTTCTG	ACAATGCCGGCCTTGTAGAG
PeEXPA8	ATGGGAGGGGCTTGTGGGTA	TTCGGCGGGCAGAGATTGGT
PeEXPA9	CGGTCGGTGTCGATCAA	CGTCCAGGTACGAGTTGCT
PeEXPA10	TGAAGGACTGGCGGAAAGT	TGGGTGAAGGGGACGAA
PeEXPA11	TCAGAACGGCAAGTGGTG	TCCTGTAGGTGATGGGCAC
PeEXPA12	TCTTCACACAGGGAACCCTT	TTCTGCCCGCCCAACTA
PeEXPA13	GAGGGTTCCATGTGTGAGG	ACAAGTACGAGATTGAAGTAGTCG
PeEXPA14	TTGCCATGCCCATGTTCCTC	AAGTACCGGAACCCGTTGATC
PeEXPA15	ACTTGAACCCAAATTAAGGCC	GATGGAGGAAGAGGAGGACG
PeEXPA16	GTGCCGTGCGTGAAGAA	GAAGTAGGAGTGGCCGTTG
PeEXPA17	GTTCAGGTACTTCAACCTGGTGC	GCGTTGGACTGCCAGTTCT
PeEXPA18	CGACCATCGCCATCTACCA	TCCACATCTGCGTCACCAC
PeTIP41	AAAATCATTGTAGGCCATTGTCG	ACTAAATTAAGCCAGCGGGAGTG

氨基酸 Amino acid	密码子 Codon	相对使用频率 RFSC /%	氨基酸 Amino acid	密码子 Codon	相对使用频率 RFSC /%	氨基酸 Amino acid	密码子 Codon	相对使用频率 RFSC /%	氨基酸 Amino acid	密码子 Codon	相对使用频率 RFSC /%
Phe	UUU	11.00	Ser	UCU	8.33	Tyr	UAU	10.50	Cys	UGU	8.00
Phe	UUC	89.00		UCC	36.00	Tyr	UAC	89.50	Cys	UGC	92.00
Leu	UUA	1.67		UCA	4.67	TER	UAA	18.00	TER	UGA	51.33
	UUG	5.33		UCG	19.67	TER	UAG	30.67	Trp	UGG	100.00
	CUU	9.83	Pro	CCU	9.25	His	CAU	14.00	Arg	CGU	6.00
	CUC	48.33		CCC	42.75	His	CAC	86.00		CGC	35.33
	CUA	2.83		CCA	8.50	Gln	CAA	12.50		CGA	4.00
	CUG	32.00		CCG	39.50	Gln	CAG	87.50		CGG	23.00
Ile	AUU	12.33	Thr	ACU	5.50	Asn	AAU	11.50	Ser	AGU	2.00
Ile	AUC	80.33		ACC	50.75	Asn	AAC	88.50	Ser	AGC	29.33
Met	AUA	7.00		ACA	7.75	Lys	AAA	8.50	Arg	AGA	7.67
Met	AUG	100.00		ACG	36.00	Lys	AAG	91.50	Arg	AGG	24.00
Val	GUU	8.00	Ala	GCU	10.00	Asp	GAU	14.00	Gly	GGU	10.25
	GUC	42.00		GCC	54.50	Asp	GAC	86.00		GGC	63.25
	GUA	3.00		GCA	8.00	Glu	GAA	20.00		GGA	6.50
	GUG	47.00		GCG	27.50	Glu	GAG	80.00		GGG	19.75

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毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析

Identification and Expression Analysis of Expansin Genes in Moso Bamboo (Phyllostachys edulis)

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图/表 7

参考文献 28

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