楸树DELLA基因家族生信分析及CbuGRAS9的功能分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2024.01.016

摘要/Abstract

摘要：

通过鉴定楸树（Catalpa bungei）DELLA家族基因并分析CbuGRAS9的基因功能，为楸树生殖调控性状的遗传改良提供理论依据。基于楸树基因组数据，鉴定并克隆了5个与拟南芥（Arabidopsis thaliana）同源的CbuDELLAs基因；利用ExPASy、SWISS-MODEL、Plant-mPloc、PlantCare等在线工具对CbuDELLAs蛋白进行等电点、蛋白结构、亚细胞定位及启动子顺式作用元件预测；以9-1（Catalpa bungei ‘Luoqiu No.1’）和‘百日花’楸树（Catalpa ‘Bairihua’）为材料，分析了CbuDELLAs基因的表达量差异，并通过异源转化拟南芥证实了CbuGRAS9的分子功能，利用酵母双杂交文库筛选了与CbuGRAS9互作的蛋白。结果表明：5个CbuDELLAs蛋白的氨基酸数目为455~588，蛋白相对分子质量为5.04~6.43 kDa，等电点为4.81~5.14；CbuDELLAs蛋白均含有DELLA和GRAS保守结构域，全部为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示CbuDELLAs蛋白均定位于细胞核中。启动子顺式作用元件分析发现，这5个DELLAs基因启动子区均含有参与赤霉素反应的顺式作用元件。qRT-PCR结果显示，‘百日花’楸中CbuDELLAs基因表达量显著高于对照9-1楸，其中CbuGRAS9为差异最显著的基因，CbuGRAS9转基因株系的开花时间被明显推迟。鉴定到与CbuGRAS9互作的蛋白质主要富集在核糖体、氨基酸合成、次级代谢、光合作用、TCA循环等代谢通路。

关键词: 楸树, DELLAs, 生物信息学分析, 功能分析, 互作蛋白

Abstract:

To provide theoretical basis for genetic improvement of reproductive regulatory traits of Catalpa bungei， DELLAs family genes were identified and the function of CbuGRAS9 was analyzed. Based on the genomic data of Catalpa bungei， five CbuDELLAs genes homologous to Arabidopsis thaliana were identified and cloned. ExPASy， SWISS-MODEL， Plant-mPloc， PlantCare and other online tools were used to predict the isoelectric point， protein structure， sub-cellular localization and promoter cis-acting elements of CbuDELLAs protein. The expression differences of CbuDELLAs were analyzed by using Catalpa ‘Bairihua’ and Catalpa bungei ‘Luoqiu No.1’ as materials， and the molecular function of CbuGRAS9 was confirmed by heterologus transformation in Arabidopsis thaliana， and the proteins interacted with CbuGRAS9 were screened by yeast two-hybrid library. The results showed that the amino acid number of the five CbuDELLAs proteins ranged from 455 to 588 aa， the relative molecular weight of the proteins ranged from 5.04 to 6.43 kDa， and the isoelectric point value ranged from 4.81 to 5.14. All CbuDELLAs proteins contained DELLA and GRAS conserved domains and are hydrophilic proteins. Sub-cellular localization prediction showed that CbuDELLAs protein was located in the nucleus. The analysis of promoter cis-acting elements showed that the five promoter regions of DELLAs all contained cis-acting elements involved in gibberellin reaction. The results of qRT-PCR showed that the expression of CbuDELLAs in Catalpa ‘Bairihua’ were significantly higher than that in Catalpa bungei ‘Luoqiu No.1’， and CbuGRAS9 was the most significantly gene， and the flowering time of CbuGRAS9 transgenic plants were significantly delayed. Proteins interacted with CbuGRAS9 were mainly concentrated in metabolic pathways such as ribosome， amino acid synthesis， secondary metabolism， photosynthesis and TCA cycle.

Key words: Catalpabungei, DELLAs, bioinformatics analysis, function analysis, interacting proteins

中图分类号:

Q949.777.9

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拟南芥蛋白名称 Protein names in Arabidopsis thaliana	楸树蛋白名称 Protein names in Catalpa bungei	编码区长度 Encoding length/bp	氨基酸数目 Amino acid number	等电点 Isoelectric point	相对分子质量 Molecular weight/kDa	亚细胞定位 Sub-cellular localization
AtGAI（AT1G14920）	CbuGRAS22	1755	585	4.81	6.41	细胞核Nucleus
AtRGA1（AT2G01570）	CbuGRAS1	1767	588	4.99	6.43	细胞核Nucleus
AtRGL2（AT3G03450）	CbuGRAS9	1662	553	4.93	6.01	细胞核Nucleus
AtGAI（AT1G14920）	CbuGRAS2	1368	455	5.14	5.04	细胞核Nucleus
AtRGA1（AT2G01570）	CbuGRAS32	1755	584	5.08	6.40	细胞核Nucleus

楸树蛋白名称 Protein names in Arabidopsis thaliana	α螺旋 α-helix		β转角 β-sheet		无规则卷曲 Random coil		延伸链 Extended strand
楸树蛋白名称 Protein names in Arabidopsis thaliana	数量 Number	比例 Percent/%	数量 Number	比例 Percent/%	数量 Number	比例 Percent/%	数量 Number	比例 Percent/%
CbuGRAS1	265	45.07	28	4.76	240	40.82	55	9.35
CbuGRAS2	257	56.48	20	4.40	130	28.57	48	10.55
CbuGRAS9	273	49.37	26	4.70	197	35.62	57	10.31
CbuGRAS22	269	45.98	33	5.64	228	38.97	55	9.40
CbuGRAS32	269	46.06	28	4.79	235	40.24	52	8.90

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