主要作物中PAL基因家族的鉴定和序列分析.docx

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主要作物中PAL基因家族的鉴定和序列分析

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盖江涛+++沈建凯++王鹏

摘要:苯丙氨酸解氨酶(PAL,phenylalanineammonia-lyase[EC:4])存在于各种植物和部分微生物中,是与植物抗病性相关的关键酶,具有重要的植物生理意义。采用BLASTP的方法,依托全基因组数据库,获得了拟南芥[Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.]、水稻(OryzasativaL.)、玉米(ZeamaysLinn.)、小麦(TriticumaestivumLinn.)、谷子[Setariaitalica(L.)P.Beauv.]、大豆[Glycinemax(Linn.)Merr.]6种植物中的PAL基因家族共45条序列,对其进行了系统进化分析、生物信息学分析等。分析结果显示:单子叶植物与双子叶植物分别聚集在不同的分支,说明单子叶植物水稻、玉米、小麦、谷子亲缘关系较近,双子叶植物拟南芥、大豆亲缘关系较近,而单子叶植物与双子叶植物亲缘关系较远,也说明PAL基因的分化在单子叶植物和双子叶植物分化前形成;酸性蛋白质占93.3%,稳定性蛋白占97.8%,有信号肽的蛋白占2.2%,有导肽的蛋白占4.4%,所有蛋白均为有明显跨膜现象的亲水性蛋白;所有PAL基因亚细胞定位于细胞质中,都有蛋白活性位点。分析结果为进一步研究作物中PAL代谢机理提供理论支持。

关键词:苯丙氨酸解氨酶;PAL;基因家族;氨基酸

:Q78文献标志码:A

:1002-1302(2016)06-0045-05

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonia-lyase,PAL,EC:4)存在于各种植物和少数微生物中,是目前研究较多的与植物抗病性相关的酶,与植物抗毒素及酚类化合物的形成密切相关[1-2]。PAL不能直接抵御病虫害,但在植物体内通过苯丙烷类途径进一步转化为木质素、黄酮、异黄酮、生物碱等次生代谢产物来增强植株的抗性[3-4]。

1961年,Koukol等首次记录了高等植物中PAL酶的提取分离[5],此后关于这种酶的研究迅速展开,目前PAL已从水稻[6]、小麦[6]等多种植物中得到分离纯化,并对拟南芥[7]、水稻[8]等植物PAL基因进行了cDNA克隆和序列分析。

研究发现,不同种植物中PAL活性不同,如水稻叶的PAL活性远比小麦的高[6]。在同一株植物中,不同的组织部位PAL活性也不同,一般来说越嫩的部位PAL活性越高[9],如杨树PAL活性在正在发育的木质部、嫩茎和嫩叶中最高[10]。免疫细胞化学研究显示PAL合成于栅栏细胞和海绵细胞,主要在细胞质和叶绿体内[11]。组织印迹显示PAL的mRNA常出现在表皮和微管附近的组织细胞中[12]。

PAL基因参与复杂的植物防御体系[13],比如受伤害、病原菌侵染及光照(红光、白光等)时,PAL与植物抗性表现出明显的相关性。玉米大斑病[14]、小斑病[15]、叶斑病[16],小麦赤霉病[17],水稻抗UV-B辐射及稻瘟病[18]、大豆疫霉根腐病[19]等的研究中都证实感染病原菌的植物PAL活性增强。

在拟南芥中,基因组编码4个PAL基因,分别为PAL1(AT2G37040)、PAL2(AT3G53260)、PAL3(AT5G04230)、PAL4(AT3G10340)。用过量的Cu处理植物显示PAL活性增加,当同时再增加Si的含量时,PAL1、PAL2、PAL3呈现出相似的基因表达模式,表达水平均降低;而PAL4无论是否增加Si的含量,都没有引起PAL4表达水平降低。说明PAL基因对植物的非生物胁迫有作用,但是4个基因表达模式有区别[20]。

本研究以已知PAL基因功能的拟南芥[Arabidopsisthaliana(Linnaeus)Heynhold]的PAL基因为参考,以禾本科(Poaceae)植物水稻(OryzasativaLinnaeus)、玉米(ZeamaysLinnaeus)、小麦(TriticumaestivumLinnaeus)、谷子[Setariaitalica(Linnaeus)P.deBeauvois]、豆科植物大豆[(Glycinemax(Linnaeus)Merrill]作为研究对象,以其全基因组数据库为依托,通过BLAST的方法获得了这5种植物PAL基因家族的全部序列,通过系统发育分析、理化性质分析、结构分析等生物信息学方法分析PAL基因家族,比较主要作物中PAL基因的特性,为推动主要作物中PAL基因功能研究提供理论支持。

1材料与方法

1.1数据库搜索

从phytozomeV9.1[21](http://)中搜索得到拟南芥、水稻、玉米、谷子、大豆的PAL基因信息

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