亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        中國沙棘HrNHX6 基因的生物信息學分析及其在鹽脅迫下的表達模式

        2024-04-01 08:13:36肖莎莎費凡董佳偉張丹馬玉花
        山東農(nóng)業(yè)科學 2024年1期

        肖莎莎 費凡 董佳偉 張丹 馬玉花

        摘要:Na+ / H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白(NHX)廣泛存在于多種生物中,可調(diào)節(jié)植物響應鹽脅迫。 本研究對中國沙棘HrNHX6 進行結構預測和分析,并采用qRT-PCR 技術分析不同濃度NaCl 脅迫下HrNHX6 基因的表達情況。結果如下:①HrNHX6 基因總長為1 347 bp,與月季花等植物NHX6 基因具有較高的同源性。 ②HrNHX6 為穩(wěn)定的疏水性蛋白,定位于高爾基體膜中,不具有信號肽,含7 個跨膜螺旋結構,且α-螺旋和無規(guī)則卷曲為其二級結構的主要構成元件,具有多個修飾位點。 ③鹽脅迫下中國沙棘根、莖、葉中的HrNHX6 基因表達上調(diào),說明HrNHX6 基因在中國沙棘響應鹽脅迫的過程中可能發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。 本研究結果可為闡明中國沙棘應對鹽脅迫的機制奠定基礎。

        關鍵詞:中國沙棘;鹽脅迫;HrNHX6 基因;熒光定量PCR;基因表達

        中圖分類號:S793.6;Q786文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2024)01-0017-07

        土壤鹽堿化是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的全球性問題,由于工業(yè)污染、化肥過量使用和灌溉不合理等因素的影響,土壤鹽堿化的程度不斷上升[1] ,已成為影響植物生長的重要問題之一。 鹽脅迫不僅會抑制植物種子的萌發(fā),還會加速植物根系的木栓化[2] ,影響根系對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的攝入,從而抑制植物生長發(fā)育。

        植物耐鹽性可表現(xiàn)為Na+ 被Na+ / H+ 逆向轉(zhuǎn)運蛋白(NHX)外排或區(qū)隔化以維持細胞內(nèi)的低Na+水平[3] 。 研究表明,在鹽脅迫下,植物利用NHXs 將Na+分離到液泡,可以促使細胞從外界應激環(huán)境中吸收水分以維持滲透平衡,調(diào)節(jié)細胞質(zhì)中的Na+濃度和pH,保護細胞器[4-5] 。 NHX 基因已在許多植物中被鑒定出來,但不同植物其成員數(shù)量不同,例如,擬南芥中有8 個NHX 基因[6] ,葡萄中有6 個NHX 基因[7] ,棉花中有25 個NHX 基因[8] 。 擬南芥的8 個NHX 蛋白中,AtNHX1—At ̄NHX4 定位于液泡膜上,AtNHX5 和AtNHX6 定位于胞體內(nèi)膜,AtNHX7(AtSOS1) 和AtNHX8 定位于質(zhì)膜上;根據(jù)亞細胞定位,又可將它們分為液泡NHXs( vacuolar NHXs)、內(nèi)膜NHXs ( endosomalNHXs)、質(zhì)膜NHXs(plasma membrane NHXs)[6] 。AtNHX1—AtNHX4 通過形成的跨膜質(zhì)子梯度提供能量,介導Na+區(qū)隔化,以減少過量鹽離子對細胞的傷害,穩(wěn)定細胞滲透壓,使植物適應鹽旱環(huán)境;AtNHX5 和AtNHX6 具體定位于跨高爾基體網(wǎng)絡,可參與囊泡運輸和細胞擴增活性,特別是在液泡運輸中具有重要作用,并調(diào)節(jié)pH 和K+;At ̄NHX7 通過鹽超敏感(salt overly sensitivity, SOS)信號傳導途徑賦予植物耐鹽性,SOS 途徑包括SOS1(質(zhì)膜Na+ / H+ 反向運輸?shù)鞍祝?、SOS2(絲氨酸/ 蘇氨酸蛋白激酶)和SOS3(鈣結合蛋白),其中SOS2 與SOS3 的復合物可調(diào)節(jié)SOS1 以去除細胞內(nèi)的Na+ [9-10] ;AtNHX8 可以參與Li+ / H+ 反向轉(zhuǎn)運[11-12] 。 但目前有關NHXs 在中國沙棘應對鹽脅迫時的作用機制研究報道相對較少。

        中國沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinen ̄sis)是一種胡頹子科(Elaeagnaceae)沙棘屬(Hipp ̄ophae)植物,具有耐旱、抗寒、抗風沙等特性,在我國西北被廣泛用于水土保持。 研究表明,在鹽脅迫條件下,沙棘滲透壓降低,體內(nèi)脯氨酸、可溶性糖等滲透介質(zhì)的含量增加,滲透調(diào)節(jié)能力增強,以使植株適應外界環(huán)境[13] ;另一方面,沙棘體內(nèi)抗氧化酶(POD、CAT、SOD 等)活性增強,可減輕活性氧對植株的傷害[14] ,從而提高沙棘的耐鹽性。本研究以中國沙棘的抗鹽分子調(diào)節(jié)機制為切入點,對耐鹽相關基因HrNHX6 及其編碼蛋白進行結構分析和亞細胞定位預測,同時分析其在不同濃度NaCl 脅迫下的表達模式,旨在為中國沙棘應對鹽脅迫的機制闡明奠定基礎,同時為高效耐鹽基因的發(fā)掘提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        供試植物材料為長勢一致的中國沙棘兩年生扦插苗,由青海省西寧市大通縣城關苗圃(37°14′45″ N,101°30′15″ E,海拔2 920 m)提供。 2019 年7 月28 日開始鹽脅迫試驗,將18 盆中國沙棘扦插苗隨機分為6 組,分別用500 mL 濃度為0、200、400、600、800、1 000 mmol/ L 的NaCl 溶液澆灌, 3天后再澆灌一次。 每組處理的3 盆作為3 個重復,試驗時在花盆底放置一個托盤,及時將漏出的溶液倒回花盆中,以防止水分和鹽分的流失。 8月2 日采集根、莖、葉,用超純水沖洗后用濾紙吸干水分,裝入凍存管,置于液氮中速凍,隨后放入-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

        1.2 試驗方法

        將中國沙棘根、莖和葉在液氮中研磨成細粉,依照植物RNA 試劑盒說明書快速提取總RNA,使用PrimeScript Ⅱ 1st Strand cDNA SynthesisKit 反轉(zhuǎn)錄質(zhì)量檢測合格的優(yōu)質(zhì)RNA,并通過熒光定量PCR 法分析表達模式,引物(HrNHX6-F:CAATGGATATGTTGCTCCTTCGT, HrNHX6 - R:CTAATGCTGTAAATGATGCTGTGCT)由寶生物工程(大連)有限公司合成。 使用2-ΔΔCt法對基因的相對表達量進行分析,使用Microsoft Excel 2010和SPSS 22 軟件進行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析。

        HrNHX6 基因的全長序列通過轉(zhuǎn)錄組測序獲得。 用DNASTAR 進行核苷酸序列分析和同源比對;用MEME 進行保守基序分析;用ExPASy Prot ̄Param 進行蛋白理化性質(zhì)分析;用PredictProtein進行亞細胞定位;用NetOGlyc 4.0 Server 進行信號肽和跨膜螺旋區(qū)分析;I-TASSER 用于預測蛋白二級結構,SWISS-MODEL 用于預測三級結構;PredictProtein 用于蛋白功能位點的預測。

        2 結果與分析

        2.1 HrNHX6 基因序列分析

        2.1.1 HrNHX6 基因的核苷酸序列分析 HrN ̄HX6 基因序列長度為1 347 bp,含343 個A、288個G、470 個T、246 個C,A+T 的含量(60.36%)高于G+C 的含量(39.64%)。

        2.1.2 HrNHX6 蛋白的氨基酸序列分析 HrN ̄HX6 基因編碼448 個氨基酸,其中,酸性氨基酸(D、E)36 個,堿性氨基酸(K、R)22 個,極性氨基酸(N、C、Q、S、T、Y)119 個,疏水性氨基酸(A、I、L、F、W、V)190 個,分別占氨基酸總量的8.0%、5.0%、26.6%、42.4%。 在該蛋白中Leu (L)和Ser(S)含量較高,所占比例分別為12.3%和9.8%。

        2.1.3 HrNHX6 基因的核苷酸和氨基酸序列同源性分析 將HrNHX6 與10 種植物NHX6 基因的核苷酸和氨基酸序列進行同源比對分析,結果(圖1、圖2)表明,HrNHX6 與其他植物NHX6 基因核苷酸序列的同源性為82.9%~85.7%,氨基酸序列的同源性則達到84.9%~89.7%,其中中國沙棘與月季花的序列同源性最高。

        2.1.4 HrNHX6 基因保守基序分析 通過MEME軟件對HrNHX6 的保守基序進行分析,共得到15個保守結構域,每個結構域的長度為50 個保守氨基酸,具有11 個位點,且E 值都顯著。 HrNHX6保守基序與橡膠樹、山谷白櫟、歐洲野蘋果等植物NHX6 基因保守基序完全一致(圖3)。

        2.2 HrNHX6 蛋白結構預測

        2.2.1 HrNHX6 蛋白理化性質(zhì)及亞細胞定位 HrNHX6 蛋白分子式為C2260 H3436 N552 O636 S20,分子量為49 156.84 Da,理論等電點為5.475,脂肪系2.2.2 信號肽預測 NetOGlyc 4.0 Server 分析表明,切割位點C 的最大值為0.243,位于第33 位氨基酸;信號肽分數(shù)S 的最大值為0.179,位于第44位氨基酸;合并切割位點Y 的最大值為0.164,位于第33 位氨基酸(圖5)。 S 的平均值為0.117,預測剪切點在1~28 位氨基酸。 S 的平均值遠低于0.5,表明HrNHX6 蛋白是一種沒有潛在信號肽位點的非分泌蛋白。

        2.2.3 HrNHX6 蛋白結構及功能位點預測 HrN ̄HX6 蛋白二級結構中α-螺旋、無規(guī)則卷曲、延伸鏈、β - 折疊分別占49. 33%、33. 26%、13. 62%、3.79%,α-螺旋和無規(guī)則卷曲是其主要構成成分(圖6)。 蛋白三維構象如圖7 所示。 跨膜區(qū)預測結果(圖8)顯示,HrNHX6 含7 個跨膜螺旋結構,屬于跨膜蛋白。

        HrNHX6 蛋白功能位點的預測結果顯示該蛋白包含多個修飾位點:2 個N-糖基化位點,即始于215 位氨基酸的NLSE 和始于375 位的NESF;2 個蛋白激酶C 磷酸化位點,分別為始于22 位的SPK 和始于220 位的SQR;5 個酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位點,分別為始于77 位的SATD,始于233 位的SLAE,始于317 位的SIHD,始于350 位的TM ̄LE,始于414 位的TALD;9 個N-豆寇?;稽c,分別為始于31 位的GAIVTF,始于40 位的GTFIAS,始于73 位的GSLISA,始于92 位的GSD ̄VNL,始于145 位的GSLSAG,始于152 位的GVG ̄FTS,始于192 位的GLGLSG,始于304 位的GLR ̄GAM,始于345 位的GGSTGT。

        2.3 不同濃度NaCl 脅迫下HrNHX6 基因的表達模式分析

        NaCl 脅迫下,中國沙棘根、莖、葉中的HrNHX6基因均上調(diào)表達(圖9)。 在中國沙棘葉中,其表達量隨著NaCl 濃度的增加逐漸升高,當NaCl 濃度超過600 mmo/ L 后,表達量顯著升高;在莖中,其表達量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在400 mmol/ L NaCl 處理下最高,NaCl 濃度繼續(xù)升高,其表達量略有下降且變化趨于平緩,但均顯著高于0~200 mmol/ L NaCl處理;在根中,其表達量則表現(xiàn)為波動上升趨勢,在1 000 mmol/ L NaCl 處理下達到最高,除與600mmol/ L NaCl 處理差異不顯著外,顯著高于其他處理。

        3 討論與結論

        本研究結果表明,中國沙棘HrNHX6 基因序列全長為1 347 bp,有15 個保守結構域;HrNHX6為穩(wěn)定蛋白,定位于高爾基體膜中,這與擬南芥中AtNHX6 定位于胞體如高爾基體內(nèi)膜[15] 的結論一致。 高爾基體網(wǎng)絡被認為是細胞成分運輸?shù)闹行?,連接到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡和質(zhì)膜[16] 。 在鹽脅迫下,植物產(chǎn)生大量的次生代謝物并分離破壞細胞結構的鹽離子,這都取決于高爾基體網(wǎng)絡的作用。 因此推測HrNHX6 的耐鹽作用機制可能依賴于高爾基體網(wǎng)絡的功能。 HrNHX6 蛋白的疏水性較強,具有多個疏水區(qū),且含有7 個跨膜結構域。 此外,HrNHX6 蛋白為非分泌蛋白,沒有潛在的信號肽位點,這與楊平等[17] 的研究結果一致,符合植物NHX 的基本特征。

        HrNHX6 蛋白二級結構的主要構成元件為α-螺旋與無規(guī)則卷曲,分別占49.33%和33.26%。α-螺旋靠鏈內(nèi)氫鍵維持,兩側分別由疏水性和親水性氨基酸組成。 疏水側通過疏水鍵與磷脂雙分子層相互作用將蛋白固定在膜上使得HrNHX6 蛋白具有穩(wěn)定跨膜結構域,親水側則形成空桶狀結構使得HrNHX6 蛋白可進行水分跨膜運輸。 這些結構特征賦予了HrNHX6 蛋白高效轉(zhuǎn)運水分的功能,與該蛋白具有7 個跨膜螺旋結構的分析結果一致。 此外,功能位點預測表明,中國沙棘HrN ̄HX6 具有2 個N-糖基化位點、2 個蛋白激酶C 磷酸化位點、5 個酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位點、9 個N-豆寇?;稽c,說明HrNHX6 蛋白可通過糖基化、磷酸化、豆蔻酰化等修飾調(diào)節(jié)該蛋白的功能和構造進而完成Na+的轉(zhuǎn)運。

        植物NHX 在耐鹽、調(diào)節(jié)pH、保持K+ 穩(wěn)態(tài)以及細胞擴張、細胞囊泡的轉(zhuǎn)運等方面發(fā)揮著關鍵作用,可增強石榴[18] 、玉米[19] 、桃[20] 等的耐鹽性。鹽脅迫下,苜蓿MtNHX6 基因在不同組織中的表達水平不同,且在葉片和根部的表達量較高[21] ;玉米ZmNHX6 基因在根中顯著表達[19] ;而在擬南芥幼苗中幾乎檢測不到AtNHX6 基因的表達[22] 。 這些結果表明不同植物的NHX6 基因在鹽脅迫下行使功能的主要組織部位不同。 本研究結果表明,NaCl 脅迫下HrNHX6 基因在中國沙棘根、莖、葉中均上調(diào)表達,這與在石榴[18] 和擬南芥[23] 等植物中的研究結果一致;但不同NaCl 濃度下其表達量差異較大,且同一脅迫濃度下其在不同組織中的表達也不同。 此外,中國沙棘HrN ̄HX6 基因受鹽脅迫顯著誘導,表明中國沙棘HrN ̄HX6 基因在鹽脅迫中行使重要的生物學功能。Sandhu 等[21] 研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下MtNHX6 基因在苜蓿根部上調(diào)表達的幅度顯著高于其他組織。 本研究亦得到相似結果,這可能是由于根組織最先接觸到鹽脅迫的緣故。 另外,根中HrNHX6 基因表達顯著上升有助于根中細胞的Na+ 外排或區(qū)隔化,以維持細胞內(nèi)低Na+水平,從而減輕鹽脅迫對植物地上部分的傷害,同時通過滲透調(diào)節(jié)促進根系吸水。

        本研究結果可為中國沙棘HrNHX6 基因功能研究提供一定的理論參考,并為中國沙棘耐鹽育種基因的挖掘奠定基礎。

        參 考 文 獻:

        [1] Zhu J K. Plant salt tolerance[J]. Trends in Plant Science,2001, 6(2): 66-71.

        [2] Tattini M, Gucci R, Coradeschi M A, et al. Growth, gas ex ̄change and ion content in Olea europaea plants during salinitystress and subsequent relief[J]. Physiologia Plantarum, 1995,95(2): 203-210.

        [3] Apse M P, Blumwald E. Na+ transport in plants[J]. FEBSLetters, 2007, 581(12): 2247-2254.

        [4] Yamaguchi T, Fukada ̄Tanaka S, Inagaki Y, et al. Genes en ̄coding the vacuolar Na+ / H+ exchanger and flower coloration[J]. Plant and Cell Physiology, 2001, 42(5): 451-461.

        [5] Apse M P, Aharon G S, Snedden W A, et al. Salt toleranceconferred by overexpression of a vacuolar Na+ / H+ antiport inArabidopsis[J]. Science, 1999, 285(5431): 1256-1258.

        [6] Brett C L, Donowitz M, Rao R. Evolutionary origins of eukary ̄otic sodium/ proton exchangers[J]. American Journal of Physi ̄ology:Cell Physiology, 2005, 288(2): C223-C239.

        [7] Ayadi M, Martins V, Ben Ayed R, et al. Genome wide identi ̄fication,molecular characterization,and gene expression ana ̄lyses of grapevine NHX antiporters suggest their involvement ingrowth,ripening,seed dormancy,and stress response[J]. Bi ̄ochemical Genetics,2020,58: 102-128.

        [8] Akram U,Song Y,Liang C,et al. Genome ̄wide characteriza ̄tion and expression analysis of NHX gene family under salinitystress in Gossypium barbadense and its comparison with Gossypi ̄um hirsutum[J]. Genes, 2020, 11(7): 803.

        [9] Qiu Q S, Guo Y, Dietrich M A, et al. Regulation of SOS1, aplasma membrane Na+ / H+ exchanger in Arabidopsis thaliana,by SOS2 and SOS3[J]. Proceedings of the National Academyof Sciences, 2002, 99(12): 8436-8441.

        [10] Quintero F J, Ohta M, Shi H, et al. Reconstitution in yeast ofthe Arabidopsis SOS signaling pathway for Na+ homeostasis[J].Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002, 99(13): 9061-9066.

        [11] Wang M, Zheng Q S, Shen Q R, et al. The critical role of po ̄tassium in plant stress response[J]. International Journal ofMolecular Sciences, 2013, 14(4): 7370-7390.

        [12] Meng K, Wu Y. Footprints of divergent evolution in two Na+ /H+ type antiporter gene families (NHX and SOS1) in the ge ̄nus Populus[J]. Tree Physiology, 2018, 38(6): 813-824.

        [13] 阮成江,謝慶良. 鹽脅迫下沙棘的滲透調(diào)節(jié)效應[J]. 植物資源與環(huán)境學報,2002,11(2):45-47.

        [14] 喬楓,耿貴工. 鹽堿脅迫對沙棘種子萌發(fā)及幼苗抗氧化酶活性的影響[J]. 東北林業(yè)大學學報,2012,40(2):17-19.

        [15] Bassil E, Ohto M, Esumi T, et al. The Arabidopsis intracellularNa+ / H+ antiporters NHX5 and NHX6 are endosome associatedand necessary for plant growth and development[J]. The PlantCell, 2011, 23(1): 224-239.

        [16] Larkin H, Costantino S, Seaman M N J, et al. Calnuc functionin endosomal sorting of lysosomal receptors[J]. Traffic, 2016,17(4): 416-432.

        [17] 楊平,蔡小寧,賁愛玲. 鹽芥ThNHX1 基因的克隆及序列分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報,2007,23(6):556-563.

        [18] Dong J M, Liu C Y, Wang Y Y, et al. Genome ̄wide identifi ̄cation of the NHX gene family in Punica granatum L. and theirexpressional patterns under salt stress[J]. Agronomy, 2021,11(2): 264.

        [19] Z?rb C, Noll A, Karl S, et al. Molecular characterization ofNa+ / H+ antiporters (ZmNHX) of maize (Zea mays L.) andtheir expression under salt stress[J]. Journal of Plant Physiolo ̄gy, 2005, 162(1): 55-66.

        [20] 李淼,李桂祥,劉偉. 桃NHX 基因家族的全基因組鑒定與表達分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學,2021,53(12):8-16.

        [21] Sandhu D, Pudussery M V, Kaundal R, et al. Molecular char ̄acterization and expression analysis of the Na+ / H+ exchangergene family in Medicago truncatula[J]. Functional & Integra ̄tive Genomics, 2018, 18: 141-153.

        [22] Yokoi S, Quintero F J, Cubero B, et al. Differential expressionand function of Arabidopsis thaliana NHX Na+ / H+ antiportersin the salt stress response[J]. The Plant Journal, 2002, 30(5): 529-539.

        [23] Wang L G, Wu X X, Liu Y F, et al. AtNHX5 and AtNHX6control cellular K+ and pH homeostasis in Arabidopsis: threeconserved acidic residues are essential for K+ transport[ J].PLoS ONE, 2015, 10(12): e0144716.

        天堂网av一区二区三区在线观看| 亚洲国产成人精品激情| 国产小视频一区二区三区| 午夜视频一区二区三区播放| 中文字幕人妻熟女人妻| 人妻丰满熟妇av无码处处不卡| 丰满人妻无套中出中文字幕| 亚洲av手机在线一区| 国产成人av一区二区三区不卡| 欧美精品一区二区蜜臀亚洲| 亚洲av无码专区亚洲av网站| 亚洲国产av一区二区三区精品| 99久久精品国产一区二区| 国产成人精品一区二区视频| 99久久国内精品成人免费| 夜夜爽妓女8888888视频| 婷婷综合缴情亚洲| 亚洲人成在线播放a偷伦| 99精品国产综合久久麻豆| 欧美真人性野外做爰| 亚洲欲色欲香天天综合网| 最新亚洲av日韩av二区一区| 视频在线观看免费一区二区| 伊人久久久精品区aaa片| 亚洲欧美日韩国产一区二区精品| 亚洲男人的天堂色偷偷| 内射中出日韩无国产剧情 | 亚洲一区二区国产激情| 伊人久久大香线蕉av网禁呦| 久久久久久亚洲AV成人无码国产| 亚洲天堂线上免费av| 久久久亚洲欧洲日产国码aⅴ| 国产欧美一区二区精品性色| 男人的天堂av一二三区| 人妻少妇中文字幕久久| 亚洲色在线v中文字幕| 久久久久久99精品| 91色综合久久熟女系列| 亚洲成a∨人片在线观看不卡| 亚洲综合色一区二区三区另类| 国产熟妇一区二区三区网站|