2024年9月14日发(作者:应育)
热带作物学报2018,39(8):1570—1579
Chinese Journal of Tropical Crops
文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析
杨翠萍,胡 进,闫冰玉,巩笑笑,谭玉荣,高 璇,王 丹,张 恒,
刘进平
海南省热带生物资源可持续利用重点实验室/海南大学热带农林学院,海南海口 570228
摘 要 利用转录组文库中的 7基因序列,从文心兰盛开期花瓣中扩增得到文心兰PRR7基因的2个成员,
分别命名为OnPRR7一 (GenBank登录号:MG543993)和OnPRR7—2(GenBank登录号:MG543994 o OnPRR7-
和OnPRR7—2基因全长分别为2 091 bp和2 154 bp,分别编码696和717个氨基酸大小的蛋白质序列。蛋白质二
级结构分析表明,OnPRR7—1和OnPRR7.2均为疏水性蛋白。BlastX比对和系统发育分析表明,OnPRR7- 和
OnPRR7—2基因和铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的 基因同源性比较高。实时荧光定量PCR分析结果表明,OnPRR7-,
和OnPRR7—2基因均呈现昼夜节律性表达格式,并且在正午12点时表达量达到峰值;在花发育和衰老过程中,
OnPRR7一,和OnPRR7.2基因在花瓣中的表达量均在绽口期和衰老初期达到峰值,表明其有可能在花发育的开花和
花衰老的过程中发挥作用。
关键词文心兰;生物钟;PRR7基因;表达分析;开花;花衰老
¥682.31 文献标识码A 中图分类号
Cloning and Expression Analysis of Circadian—·Associated Gene PRR 7
YANG Cuiping,HU Jin,YAN Bingyu,GONG Xiaoxiao,TAN Yurong,GAO Xuan,WANG Dan,
ZHANG Heng,LIU Jinping
Hainan Key Laboratory for Sustainable Utilization of Tropical Bioresources/Tropical Agriculture and Forestry Institute,Hainan
University,Haikou,Hainan 570228,China
Abstract Tw0 members of Oncidium尸R 7 gene family.OnP 7—1 and OnP 7—2,were isolated from the petals of
the fu11.opened flowers based on the predicted P尼R 7 gene sequence through transcriptome analysis.The ful1一length of
OnP R7.1 and OnPRR7—2 was 2 091 bp and 2 154 bp in length.encoding peptides with 696 and 717 amino acids.re.
spectively.Secondary structure modeling showed that these proteins were hydrophobic.BLASTX alignment and phy—
logenetic analysis showed that the OnPRR7.1 and OnPRR7.2 had high homology with the the counterparts of Den—
drobium 0历cinale and Phalaenopsis equestris.Real—time fluorescence quantitative PCR analysis showed that
OnP尺 7—1 and OnP尺R7—2 genes both had a circadian expression pattern.with the expression levels peaked at 12:00
within 24 hours.During the flower development and senescence.the expression levels of OnP足尺7—1 and OnP足尺7—2 in
petals reached the peak at the bud burst stage and the initial stage of senescence,suggesting that they play a role in
lowering and fflower senescence in Oncidium.
Keywords Oncidium;circadian clock;PRR 7 gene;expression analysis;flowering;flower senescence
DOI 10.3969/j.issn.1000—2561.2018.08.015
生物钟(circadian clock)是生物体内一种内
在计时机制,是生物体对地球光照和温度等环境
收稿日期2017 11 21;修回日期2018-04—26
因子昼夜周期变化长期适应而演化产生的适应机
制 钔。在植物体中,可以使体内生物学过程与体
基金项目 国家自然科学基金项目(No.31560573);海南省重大科技专项(No.ZDZX2013023 o
作者简介杨翠萍(1992一),女,硕士研究生,研究方向:生化与分子生物学。 通信作者(Corresponding author):刘进 (LIU
Jinping),E—mail:liu3305602@163.com。
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析 157l
外的昼夜和季节条件变化同步化,从而调控新陈
代谢活动并在最有利的昼夜和季节时问来分配
资源[5]。生物钟对于植物的生长、发育、生殖和
胁迫反应都有调控作用[1-5]。在生物钟系统核心
为一套复杂的、环环相扣的转录和翻译反馈环路
组成。生物钟核心振荡器由3个循环组成:中
心循环、早晨循环、傍晚循环l2 J。其中PRRs
(pseudo.response regulators)为植物转录/翻译
昼夜节律网络中的关键成分,在生物钟系统中
的中央振荡器和生物钟输出过程起着至关重要
的调控作用L6 J。
目前拟南芥中发现参与生物钟调控的PRRs
共有5个,分别是PRR1/TOC1、PRR3、PRR5、
PRR7和PRR9 ]。拟南芥中PRR家族成员在一
天里表达峰值按照PRR9、PRR7、PRR5、PRR3、
PRR1的顺序依次出现,间隔2~3 h。其中PRR9
出现在黎明,而PRR1表达峰值出现在傍晚【7 J。
这5个成员因为与原核生物的磷酸化和脱磷酸化
双元信号系统的受体RR(response regulator)
有很高的同源性而被命名为PRRs家族。PRRs
基因均具有两个保守的结构域,分别是氨基端
的RLD(receiver.1ike domain)结构域和羧基端
CCT(C0NSTANS/C0NS1 NS.LIKE/TOC1)结
构域[8-10]。目前,除在模式植物拟南芥和水稻中
PRR基因研究较为充分外,在少数重要作物如玉
米、高粱、大麦、小麦和甜菜等也有少数的研究,
但尚未见到在观赏园艺植物上相关基因研究的报
道 ¨。
对于 7基因的研究不多,但是先前有研
究表明PRR7—8.葡糖醛酸糖苷酶融合蛋白定位
于细胞核,意味着其可能在调控光敏基因表达中
起作用,并经研究发现PRR7可作为光敏色素调
节的基因表达中信号传导的中间体,负责响应于
光的幼苗的消长和生物钟的阶段[1 。拟南芥的生
物钟是由一系列的互锁反馈循环环组成,PRR7
和PRR9在早上循环环中起作用;经prr7/prr9双
突变体研究发现,PRR7和PRR9在调节CCA1
和LHY响应环境温度的活动中发挥作用 引。
文心兰(Oncidium)属于兰科文心兰属植物,
又名舞女兰、金蝶兰等,是世界上重要的切花品种,
具有极其重要的观赏价值和经济价值[14-15]o栽培的
文心兰切花品种以黄色花南茜种(Oncidium Gower
Ramsey)及其变异种为主 引。海南大学热带农
林学院刘进平课题组研究表明,文心兰花发育可
根据其形态特征明确分期,是一种很好的花发
育和衰老的研究系统¨ ]。此前刘进平课题组
已从文心兰中克隆和鉴定出一系列跟花发育和
衰老相关的基因[19-23]。植物能精确地控制其开
花时间,以确保其能成功地进行繁殖。开花时
间的季节控制的一个重要因素是光周期,而日
照时长由体内生物钟所测量的。因此,生物钟
对光周期反应和植物开花具有重要的调控作用
[24-25]
。
我们最近的转录组学研究表明,生物钟
基因PRR7基因可能还参与了花瓣衰老的启动
调控。
本研究利用转录组分析所获得的序列,克隆
到生物钟相关基因 7,并利用生物信息学方法
分析了该基因推定的蛋白质的结构,利用序列比
对构建了系统进化树,并研究了 7基因昼夜
节律性表达及在文心兰切花发育和衰老过程中在
花瓣中的基因表达格式。
1材料与方法
1.1材料
本研究所用材料为文心兰南茜种‘黄金3
代’(Oncidium Gower Ramsey‘Gold 3’)鲜切花。
购白海南出入境检验检疫局热带植物隔离检疫
中心。
l-2 方法
1.2.1 文心兰花瓣总RNA的提取及cDNA第一
链的合成 取2~3个文心兰花瓣于预冷的研钵
中,在液氮环境下充分研磨成粉末状,之后用通
用植物总RNA提取试剂盒(离心柱型,购自北京
百泰克生物技术有限公司)提取RNA。用1%琼
脂糖凝胶电泳鉴定RNA完整性,并且测量RNA
的浓度。获得高质量RNA后,按照PrimeScript RT
reagent Kit with gDNA Eraser试剂盒(购自
TaKaRa公司)说明进行反转录反应,合成eDNA
第一链。
1.2.2 文心兰PRR7基因的克隆利用转录组测
序得到的差异表达基因PRR7序列片段,用NCBI
热带作物学报 第39卷
的Conserved Domains(https://www.ncbi.nlm.nih.
expasy.org)预测蛋白质的三级结构,使用
gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)进行保守结构域分
TMHMM Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/
析,然后用NCBI的ORFfinder(https://www.ncbi.
TMHMM/)进行跨膜预测,使用DNAMAN软件
nlm.nih.gov/orfifnder/)分析序列的开放阅读框, 进行氨基酸序列的多重比对,并且使用MEGA 6.0
并根据ORF两端设计上下游引物PRR7.F和 软件构建NJ系统进化树。
PRR7 R(表1),克隆PRR7基因的ORF序列。
1.2.4文心兰PRR7基因的节律性表达分析以及
PCR反应体系如下:TaKaRa LATaq 0.5 pL,10 ̄ 在花发育过程中的表达分析文心兰PRR7基因
LA Taq Buffer 5 L,dNTPs 8 L,eDNA l L,
的节律性表达分析取样方法为:首先将购买的1 00
上下游引物各0.5 uL,灭菌蒸馏水34.5 ktL。PCR
枝文心兰鲜切花在12 h光照和12 h黑暗(12L:
程序如下:94℃预变性3 min;94℃变性30 S, 12D),预处理2~3 d,然后每隔2 h采样,总共
55℃退火30 S,72℃延伸2 min 15 S,30个循环; 采样时间48 h;文心兰PRR7基因在花发育过程
72℃延伸10 min;4℃保存。将PCR产物进行
中的表达分析取样方法为早上8点采集分别处于
1%的琼脂糖凝胶电泳检测,然后用OMEGA Gel 花苞期、绽口期、半开放期、盛开前期、盛开期、
Extraction Kit(购自TaKaRa公司)进行胶回收,
衰老初期、衰老期和脱落干枯期8个阶段的文心
回收目的片段,之后连接到pMD.19T载体上,转 兰花瓣。采用1.2.1节中的方法进行花瓣总RNA
化大肠杆菌感受态细胞DH5a,过夜培养,进行 的提取和反转录反应。用Actin检测基因对反转
菌落PCR鉴定,获得阳性克隆后送上海英潍捷基 录得到的eDNA进行质量的检测,Actin基因作
生物公司进行测序。 为内参。所用引物序列见表1。Q.PCR表达分析
1.2.3 PRR7—1和PRR7—2基因生物信息学分析 的反应体系如下:SYBR Primix TaqⅢ10“L,
利用NCBI的ORFfinder进行ORF和编码氨基酸
eDNA模板2 L,ddH20 6.6 L,Dyel1 0.4 pL,
序列预测;用ExPASy在线分析软件
上下游引物各0.5“L。每个不同来源的模板都进
(https://www.expasy.org/vg/index/Protein)进行蛋
行3次生物学重复实验。PCR程序如下:94℃
白质理化性质的预测,包括蛋白质等电点和相对
预变性3 min;94℃15 S,60℃15 S,72℃20 S,
分子质量和蛋白质二级结构预测(SOPMA&
40个循环。最后采用2以Act法进行目的基因的表
COILS),用Swiss.model(https://swissmode1.
达量分析。
表1本研究所用引物序列
Tab.1 Primer sequences used in this study
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析
1.2.5 文心兰PRR7一,和PRR7—2基因差异验证
泳道4为以OnPRR7—2为模板,以OnPRR7一,一F.Q
和OnPRR7一R—Q为引物的扩增产物,产物大小为
l l 8 bp。结果表明OnPRR7一,和OnPRR7—2相似性
考虑到两个基因仅存在60 bp左右碱基的明显差
异,所以Q PCR对这两个基因进行区分验证时采
用相同的下游引物
上游引物
尺7一R.Q,而上游引物
很高但是也存在差异,说明是2个不同的序列。
PRR7一,一F.Q是在差异序列之前区域设计的引物,
尺7—2.F—Q则是在差异序列区域设计
尺7一R.Q,及
1O0bp
的引物;以 JR7一,和P尺尺7—2为模板,以Q.PCR
设计的引物朋尺7一,.F.Q和
PRR7—2一F—Q和 7一R—Q为引物分别进行PCR
扩增反应,观察扩增产物的异同。
M:l00 bpDNAmarker;I、2:OnPRR7—1基因扩增产物;
3、4:OnPRR7—2基因扩增产物。
2结果与分析
2.1 文心兰 7基因eDNA的克隆
以文心兰花盛开前期的花瓣RNA反转录产
生的cDNA为模板,PCR扩增得到两条2 000 bp
M:l00 bD DNA marker;1,2:the product ofPCR reaction with
OnPRR7-,as template;3.4:the product of PCR reaction with
OnPRR 7-2 as template.
图2 OnPRR7-1和OnPRR7-2基因差异序列验证
Fig.2 Verification of OnPRR7.1 and OnPRR7-2
左右的条带(图1),分别命名为OnPRR7一J,
(GenBank登录号:MG543993)和OnPRR7—2
(GenBank登录号:MG543994)。
M 1 2
2.3 文心兰OnPRR7-1和OnPRR7-2基因的生
物信息学分析
测序表明OnPRR7一J和OnPRR7-2存在很小
的差异,其中OnPRR7—2比OnPRR7一 多60 bp左
右的核苷酸序列。理化性质分析表明,OnPRR7一
编码的蛋白分子式为C3246H5190N1010O1064S28,分
2 000bp—
子量76 286.72,等电点是7.92,经预测该蛋白是
一
1 000 bp—
种不稳定蛋白。在氨基酸组成上是负电荷残基
(Asp+Glu)总数为80个,正电荷残基(Arg+Lys)
M:1 kb DNA ladder:1:0nPRR7-,;2:OnPRR7-2。
总数为82个。OnPRR7一l蛋白是一种亲水性蛋白,
经跨膜结构域预测可知,OnPRR7—1蛋白没有明
显的跨膜结构域,因此它可能不是膜蛋白。
OnPRR7-2 编码的蛋白分子式为
图1文心兰PRR7基因的克隆
Fig.1 Cloning of Oncidium PRR7 genes
2.2 文心兰OnPRR 7_J和On
验证
7-2差异序列
C3338H5341N1039O1098S27,分子量为78 462.05,等
电点是8.13,经预测该蛋白也是一种不稳定的蛋
白。在氨基酸组成上,负电荷残基(Asp+Glu)
总数为81个,正电荷残基(Arg+Lys)总数为84
OnPRR7—2序列中间部分有60 bp左有的序列
与OnPRR7一,序列差异比较大,因此使用设计的
Q—PCR引物OnPRR7一J—F—O与OnPRR7一R.Q,及
OnPRR7-2一F—Q与OnPRR7一R.Q对2个基因进行
个,OnPRR7.2同样也是一种疏水性蛋白。经跨
膜结构域预测,该蛋白同样没有明显的跨膜结构,
因此也不是膜蛋白。测序结果显示,OnPRR7.,
和OnPRR7—2的cDNA片段分别为2 09l bp和2
l54 bp。以NCBI上的ORF开放阅读框在线分析
可知,OnPRR7-1和OnPRR7—2分别编码696个氨
基酸(图3)和717个氨基酸(图4)。
验证.其中OnPRR7—2.F—Q引物是根据差异序列设
计的引物,扩增结果如图2所示。图2中泳道1
为以OnPRR7 1为模板,以OnPRR7-2.F—Q和
OnPRR7一R—Q为引物的扩增结果;泳道2为以
D,2 尺7一,为模板,以OnPRR7一』.F—Q和OnPR 7一
R—Q为引物的扩增产物,产物大小76bp;泳道3
为以OnPRR7-2为模板,以OnPRR7—2.F和
OnPRR7一R为引物的扩增产物,产物大小89 bp;
经二级结构预测可知,OnPRR7一,编码的蛋白
二级结构主要包含28.30%c【螺旋,16.95%D片层,
l574 热带作物学报 第39卷
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图3 OnPRR7-1基因核苷酸序列及推测的氨基酸序列
Fig.3 The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of OnPRR7一
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图4 OnPRR7-2基因核苷酸序列及推测的氨基酸序列
Fig.4 The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of OnPRR7-2
47.13%无规则卷曲;OnPRR7—2编码的蛋白主要 2个基因表达的蛋白均与一种趋化蛋白CheY有
包含27.34% 螺旋,17.29%p片层,46.86%无规
则卷曲;其中均是以无规 则卷曲含量最多。用
Swiss.mode1分析OnPRR7.1的三级结构(图5)
和OnPRR7 2蛋白的三级结构(图6),结果显示
25%左右的相似性,相似度并不高。
用DNAMAN将OnPRR7.1和OnPRR7.2蛋
白的氨基酸序列与其他9个物种的PRR7蛋白氨
基酸序列进行同源序列比对,比对结果如图7所
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析 1575
及其同源的其他植物的PRR调控因子构建系统发
育树(图8)。共同构建系统发育树的其他PRR
调控因子分别是:巴旦木APRR7(Prunus persica
XP 020423049.1)、花生APRR7(Arachis ipaensis
XP 0l6l83324.1)、苦瓜APRR7(Momordica
charantia XP 022 143922.1)、榴莲APRR7(Durio
zibethinus XP 022745742.1)、 菡萏PRR3/7
( lumbo nucifera XP 010253458.1)、桑树PRR
图5预测的OnPRR7.1蛋白三级结构
Fig.5 Deduced tertiary structure of OnPRR7—1
(Morus notabilis XP 0l0ll2318.1)、番茄PRR3/7
(Solanum lycopersicum XP 004237533.1)、葡萄
PRR3/7(Vitis vinifera xP 010658l57.1)、蓖麻
PRR3/7(Ricinus communis XP 0l 5578380.1)、枣
13转角
31-turn
PRR3/7(Ziziphusju) uba XP 0l5877ll3.1)、大桉
PRR3/7(Eucalyptus grandis XP 0l0067243.1)、
可 可 子PRR3/7 (Theobroma cacao
XP 007009669.2)、铁皮石斛PRR7/3(Dendrobium
catenatum XP 020692445.1)、小兰屿蝴蝶兰
PRR7/3(Phalaenopsis equestris XP
02060—
一
q螺旋
c【.helix
0l89.1)、野生稻PRR7/3(01Tza brachyantha
XP 006649884.1)、 玉米PRR7/3(Zeas
ACG24234.1)、风梨PRR3/7(Ananas comosus
图6预测的OnPRR7.2蛋白和三级结构
Fig.6 Deduced tertiary structure of OnPRR7—2
xP 020l08378.1)、石刁柏PRR7/3(Asparagus
oficifnalis XP 02027 l482.1)、茳芏PRR7/3(Musa
acuminata subsp.malaccensis XP 009386543.1)、
示。其他9个物种的蛋白分别是:海枣PRR37
(Phoenix dacty,ifera,XP 008789022.1)、菡萏
PRR37(Nelumbo nuc ̄era,XP 010253458.1)、葡
海 枣PRR3/7 (Phoenix dactylifera
XP 008789022.1)、油棕PRR3/7(Elaeis guineensis
萄PRR37(Vitis vinifera,XP 010658157.1)、油
棕PRR37(Elaeis guineensis,XP 010920961.1)、
xP 0l0920961.1)、拟南芥PRRs(Arabidopsis
thaliana AED97278.1、AED90520.1、AEC 1 0754.1、
蓖麻PRR37(Ricinus communis,XP 01557838—
0.1)、凤梨PRR37(Ananas comosus,XP 020108—
378.1)、巴旦木APRR7(Prunuspersica,XP 020—
BAB13743.1、0AO90757.1)水稻PRRs(Oryza
sativa Indica BAD38859.1、BAD38858.1:Oryza
sativa Japonica BAD38856.1、BAD38855.1)、小立
碗藓(Physcomitrella patens BAJ83829.1、
BAJ83827.1 、 BAJ83826.1 、
423049.1)、小兰屿蝴蝶兰PRR73(Phalaenopsis e—
BAJ83828.1 、
questris,xP 0206001 89.1)和铁皮石斛PRR73(D—
endrobium catenatum,XP 020692445.1)。比对结
果显示,分析的10个物种的氨基酸序列均在N
BAI39993.1)、铁皮石斛PRR1(Dendrobium
catenatum PKU76ll8.1)、深圳拟兰(Apostasia
shenzhenica PKA66208.1)和作为外族的巴两安白
僵菌PRR1(Beauveria bassiana PMB67668.1)。
末端有非常保守的RLD结构域,c末端有非常保
守的CCT结构域。
分析结果表明,OnPRR7一l和OnPRR7—2与同为兰
科植物的铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的PRR7/3亲
缘关系最近,并且系统发育树的分支表明,双子
叶植物纲和单子叶植物纲的PRR蛋白分别分支成
了上下两组。
2.4 OnPRR7.1和onPRR7.2蛋白系统进化
分析
为研究OnPRR7一l和OnPRR7—2蛋白的进化关
系,用MEGA 6.0软件将OnPRR7—1和OnPRR7.2
l576 热带作物学报 第39卷
Anana.s antonius.t
'36
DartdT’ohium eaten
Elaeis a,uineensi
Eucalvntus ̄,rand
Nelumbo nucifera
Ph8IaenonsIs eou
Phoenix dactvlif
Pruntis nemicat
143
1 35
l42
136
I42
l43
j27
Ricinus cornmunis
Theobroma cacao
Vitis vini ra t
0nPRR7.1 txt
0nPRR7-2 txt
138
140
l37
126
126
Consensus
Ananas comos ̄s t
Dendrobium caten
Elaeis maineensi
Eucalvntus m-and
Nelumbo nucifem
Phalaenonsis eou
Phoenix daetvlif
Prunus nersica t
Ricinus communis
Tbeobroma cacao
Vitis vini忆ra l
onPRR7-1 txt
OnPRR7-2 txt
Conseosus
Ananaa comostm t
257
268
256
262
257
265
264
250
280
260
259
247
247
393
Dendrohium caten
Elaeis ̄naineensi
Eucalvntus ̄rand
Nelumho nucifera
PhaIaen0n s e口u
Phoenix dscrvlif
Prunus oersica t
Ricinus communis
Theohrorna cacao.
Vitis vinifera t
OnPRR7.1 txt
OnPRR7.2 txt
Consensus
Anan8s cnmnR ̄qt
394
391
399
398
394
399
358
421
401
393
350
371
529
51 5
Dendrohium catcn
Elaeis mlineensi
Eucalvnms re'and
Nelumho nucifera
Phalaen0nsis eou
Phoenix dactvlif
Pmnus nersica t
Ricinus comrnunis
Theohrorna cacao
Vitis vinifera t
OnPRR7.1 txt
onPRR7.2 txt
ConsenSUS
Ananas comosus t
529
525
535
501
537
495
55l
538
530
466
487
670
Dendrobium eaten
Elaeis gruineensi
Eucalvntus re'and
636
663
66l
670
Nelumho nucifera
Phalaenonsis eou
Phoenix dactvlif
Prun ̄r ̄ersica t
Ricinus communis
Theobroma cacao
Vitis vini佗ra.t
0nPRR7-1 txt
onPRR7-2 txt
Consensos
Anan&s COtTIOSUSt
6l 3
67I
631
686
676
650
580
6Ol
Dendrobium eaten
Elaeis c,uineens{
Eucalv-otus trrand
Nelumho nuei ̄
Phalaen0n R eOu
Phoenix daetvlif
Prunus nersica t
Ricinus communis
Theobroma cacao.
Vitis viniferat
OnPRR7.1 txt
OnPRR7-2 Ixt
79l
74R
775
778
787
733
790
746
gO1
792
769
696
7l7
Consensus
红线部分是保守的结构域,绿线是OnPRR7—1和OnPRR7.2的序列差异区域。
The red line indicates a conserved domain,and the green line indicates the region of sequence different between OnPRR7_1 and OnPRR7·2
图7 文心兰OnPRR7—1和OnPRR7.2与其他物种PRR家族蛋白氨基酸序列多重比对
F|gl 7 Amino acid alignment of OnPRR7—1 and OnPRR7—2 and other PRR family members from the selected plant species
2.5 OnPRR7-1和D,l艘 7-2基因表达分析
通过Q.PCR可知,在连续的12L:12D处理
光照前的4 h(凌晨2:00)左右。
在文心兰花发育的8个时期(花苞期A、绽
口期B、半开放期C、盛开前期D、盛开期E、
衰老初期F、衰老期G和脱落干枯期H)中,
D 7一 和OnPRR7-2基因表达情况如图10所
下的48 h中OnPRR7一,和OnPRR7—2基因表达变
化情况如图9所示。分析可知,OnPRR7一,和
0 PRR7.2基因在2个连续的周期内呈现节律性
表达,在12L:12D条件下,2个基因的表达峰值
现在光照后的4 h(上午10:00),谷值出现在
示。该基因在绽口期(B)和衰老初期(F)时期
表达量达到高峰值,而在盛开前期(D)和脱落
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因 R7克隆与表达分析 1577
∞
图8 OnPRR7.1和OnPRR7-2蛋白的系统进化树分析
Fig.8 Phylogenetic tree of OnPRR7—1 and OnPRR7—2 and 0ther PRR proteins from severa1 hi曲。 p1
6 8 10121416182022242 4 6 810121416182022242 4
6 810121416182022242 4 6 8 10121416182022242 4
时间Time/h
时间Time/h
图9 OnPRR7-1和OnPRR7-2基因的节律性表达分析
Fig.9 Circadian expression analysis of OnPRR7_ 和OnPRR7_2 in 48 hours
热带作物学报 第39卷
2.5
2.O
2.O
1.5
至
莨罂
【_oA。一吕 2dxu o 焉一Q
1.O
_薹i
§
夏
喜
0.5
0.5
O
A B C D E F G H
花发育阶段
Flower development stages
花发育阶段
Flower development stages
A:花苞期;B:绽口期;C:半开放期;D:盛开前期;E:盛开期;F:衰老初期;G:衰老期;H:脱落干枯期。
A:The bud stage;B:The bud burst stage;C:The half-opened stage;D:The pre—blooming stage;E:The blooming stage;F:The initial stage
of senescence;G:The senescence stage;H:The withered and abscised stage.
图10 OnPRR7-1和OnPRR7-2文心兰花发育和衰老过程中的表达分析
Fig.10 Expression analysis of OnPRR7- 和OnPRR7—2 during the Oncidium nower development and senescence
莨
干枯期(H)表达达到低峰值。 物种的同族基因一样具有保守性 J。
表达分析表明,OnPRR7.,和OnPRR7-2基因
3 讨论
在文心兰花瓣中呈现连续的昼夜循环表达。在
12L:12D光照黑暗循环处理下,OnPRR7一 和
OnPRR7—2基因呈现节律性表达,和之前研究的拟
南芥和菁芜菁PRRs基因的表达模式相一致f31-32]。
本研究克隆得到2个文心兰PRR7基因:
OnPRR7一 和OnPRR7-2基因,这2个PRR7基因
成员的核苷酸序列仅有60 bp左右差异。序列比
对表明它们与其他物种PRR基因氨基酸序列均在
N端或C端有非常保守的RLD和CCT结构域。
文心兰尸 R7基因存在2个成员的现象和小立碗
拟南芥PRR7与PRR9和PRR5通过对CCA1和
LHY启动子的阻遏活性而在生物钟反馈环路中
发挥功能【7 J,PRR7本身也通过转录和转录后机制
藓及水稻情况类似。小立碗藓 尺7存在编码不
同的氨基酸序列的两个成员PRRTa和PRR7b[ ],
水稻粳稻和籼稻中也具有序列不同的两基因成员
尺 和 37【27],但拟南芥中只有一个 尺7
基因,这可能是由于在进化过程中基因含量和序
列发生变化所致。OnPRR7一,和OnPRR7.2基因含
而受到调控 引。有研究表明拟南芥PRR7与PRR9
和PRR5一起通过CONSTANS依赖性途径控制开
花时问【j引。本研究中,OnPRR7一 和OnPRR7—2
基因在文心兰花发育和花衰老过程中呈现双峰表
达模式,表达量分别在绽口期(B)和衰老初期
(F)达到高峰值,而在两峰之间的盛开前期(D)
处于低峰。OnPRR7一,和OnPRR7—2基因这种表达
有RLD和CCT保守结构域的氨基酸序列,这与
其他物种的PRRs家族基因编码的氨基酸序列保
守结构域相一致,但中间序列则差异较大。PRRs
被定义为是包含有2个保守域的蛋白质,这2个
模式,表明它们有可能在花发育的开花和仡衰老
的过程中发挥作用,但仍待进一步证实。
参考文献
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结构域被1个不太保守的“可变”域分隔l 引。
因此,本研究克隆的2个文心兰基因属于PRR基
因家族。发育树的分支表明,双子叶植物纲和单
子叶植物纲的PRR蛋白分别形成亲缘关系较远的
两组,而OnPRR7.1和OnPRR7 2与同为兰科植
物的铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的PRR7/3亲缘关
系最近。显然文心兰PRR基因在进化上也与其他
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2024年9月14日发(作者:应育)
热带作物学报2018,39(8):1570—1579
Chinese Journal of Tropical Crops
文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析
杨翠萍,胡 进,闫冰玉,巩笑笑,谭玉荣,高 璇,王 丹,张 恒,
刘进平
海南省热带生物资源可持续利用重点实验室/海南大学热带农林学院,海南海口 570228
摘 要 利用转录组文库中的 7基因序列,从文心兰盛开期花瓣中扩增得到文心兰PRR7基因的2个成员,
分别命名为OnPRR7一 (GenBank登录号:MG543993)和OnPRR7—2(GenBank登录号:MG543994 o OnPRR7-
和OnPRR7—2基因全长分别为2 091 bp和2 154 bp,分别编码696和717个氨基酸大小的蛋白质序列。蛋白质二
级结构分析表明,OnPRR7—1和OnPRR7.2均为疏水性蛋白。BlastX比对和系统发育分析表明,OnPRR7- 和
OnPRR7—2基因和铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的 基因同源性比较高。实时荧光定量PCR分析结果表明,OnPRR7-,
和OnPRR7—2基因均呈现昼夜节律性表达格式,并且在正午12点时表达量达到峰值;在花发育和衰老过程中,
OnPRR7一,和OnPRR7.2基因在花瓣中的表达量均在绽口期和衰老初期达到峰值,表明其有可能在花发育的开花和
花衰老的过程中发挥作用。
关键词文心兰;生物钟;PRR7基因;表达分析;开花;花衰老
¥682.31 文献标识码A 中图分类号
Cloning and Expression Analysis of Circadian—·Associated Gene PRR 7
YANG Cuiping,HU Jin,YAN Bingyu,GONG Xiaoxiao,TAN Yurong,GAO Xuan,WANG Dan,
ZHANG Heng,LIU Jinping
Hainan Key Laboratory for Sustainable Utilization of Tropical Bioresources/Tropical Agriculture and Forestry Institute,Hainan
University,Haikou,Hainan 570228,China
Abstract Tw0 members of Oncidium尸R 7 gene family.OnP 7—1 and OnP 7—2,were isolated from the petals of
the fu11.opened flowers based on the predicted P尼R 7 gene sequence through transcriptome analysis.The ful1一length of
OnP R7.1 and OnPRR7—2 was 2 091 bp and 2 154 bp in length.encoding peptides with 696 and 717 amino acids.re.
spectively.Secondary structure modeling showed that these proteins were hydrophobic.BLASTX alignment and phy—
logenetic analysis showed that the OnPRR7.1 and OnPRR7.2 had high homology with the the counterparts of Den—
drobium 0历cinale and Phalaenopsis equestris.Real—time fluorescence quantitative PCR analysis showed that
OnP尺 7—1 and OnP尺R7—2 genes both had a circadian expression pattern.with the expression levels peaked at 12:00
within 24 hours.During the flower development and senescence.the expression levels of OnP足尺7—1 and OnP足尺7—2 in
petals reached the peak at the bud burst stage and the initial stage of senescence,suggesting that they play a role in
lowering and fflower senescence in Oncidium.
Keywords Oncidium;circadian clock;PRR 7 gene;expression analysis;flowering;flower senescence
DOI 10.3969/j.issn.1000—2561.2018.08.015
生物钟(circadian clock)是生物体内一种内
在计时机制,是生物体对地球光照和温度等环境
收稿日期2017 11 21;修回日期2018-04—26
因子昼夜周期变化长期适应而演化产生的适应机
制 钔。在植物体中,可以使体内生物学过程与体
基金项目 国家自然科学基金项目(No.31560573);海南省重大科技专项(No.ZDZX2013023 o
作者简介杨翠萍(1992一),女,硕士研究生,研究方向:生化与分子生物学。 通信作者(Corresponding author):刘进 (LIU
Jinping),E—mail:liu3305602@163.com。
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析 157l
外的昼夜和季节条件变化同步化,从而调控新陈
代谢活动并在最有利的昼夜和季节时问来分配
资源[5]。生物钟对于植物的生长、发育、生殖和
胁迫反应都有调控作用[1-5]。在生物钟系统核心
为一套复杂的、环环相扣的转录和翻译反馈环路
组成。生物钟核心振荡器由3个循环组成:中
心循环、早晨循环、傍晚循环l2 J。其中PRRs
(pseudo.response regulators)为植物转录/翻译
昼夜节律网络中的关键成分,在生物钟系统中
的中央振荡器和生物钟输出过程起着至关重要
的调控作用L6 J。
目前拟南芥中发现参与生物钟调控的PRRs
共有5个,分别是PRR1/TOC1、PRR3、PRR5、
PRR7和PRR9 ]。拟南芥中PRR家族成员在一
天里表达峰值按照PRR9、PRR7、PRR5、PRR3、
PRR1的顺序依次出现,间隔2~3 h。其中PRR9
出现在黎明,而PRR1表达峰值出现在傍晚【7 J。
这5个成员因为与原核生物的磷酸化和脱磷酸化
双元信号系统的受体RR(response regulator)
有很高的同源性而被命名为PRRs家族。PRRs
基因均具有两个保守的结构域,分别是氨基端
的RLD(receiver.1ike domain)结构域和羧基端
CCT(C0NSTANS/C0NS1 NS.LIKE/TOC1)结
构域[8-10]。目前,除在模式植物拟南芥和水稻中
PRR基因研究较为充分外,在少数重要作物如玉
米、高粱、大麦、小麦和甜菜等也有少数的研究,
但尚未见到在观赏园艺植物上相关基因研究的报
道 ¨。
对于 7基因的研究不多,但是先前有研
究表明PRR7—8.葡糖醛酸糖苷酶融合蛋白定位
于细胞核,意味着其可能在调控光敏基因表达中
起作用,并经研究发现PRR7可作为光敏色素调
节的基因表达中信号传导的中间体,负责响应于
光的幼苗的消长和生物钟的阶段[1 。拟南芥的生
物钟是由一系列的互锁反馈循环环组成,PRR7
和PRR9在早上循环环中起作用;经prr7/prr9双
突变体研究发现,PRR7和PRR9在调节CCA1
和LHY响应环境温度的活动中发挥作用 引。
文心兰(Oncidium)属于兰科文心兰属植物,
又名舞女兰、金蝶兰等,是世界上重要的切花品种,
具有极其重要的观赏价值和经济价值[14-15]o栽培的
文心兰切花品种以黄色花南茜种(Oncidium Gower
Ramsey)及其变异种为主 引。海南大学热带农
林学院刘进平课题组研究表明,文心兰花发育可
根据其形态特征明确分期,是一种很好的花发
育和衰老的研究系统¨ ]。此前刘进平课题组
已从文心兰中克隆和鉴定出一系列跟花发育和
衰老相关的基因[19-23]。植物能精确地控制其开
花时间,以确保其能成功地进行繁殖。开花时
间的季节控制的一个重要因素是光周期,而日
照时长由体内生物钟所测量的。因此,生物钟
对光周期反应和植物开花具有重要的调控作用
[24-25]
。
我们最近的转录组学研究表明,生物钟
基因PRR7基因可能还参与了花瓣衰老的启动
调控。
本研究利用转录组分析所获得的序列,克隆
到生物钟相关基因 7,并利用生物信息学方法
分析了该基因推定的蛋白质的结构,利用序列比
对构建了系统进化树,并研究了 7基因昼夜
节律性表达及在文心兰切花发育和衰老过程中在
花瓣中的基因表达格式。
1材料与方法
1.1材料
本研究所用材料为文心兰南茜种‘黄金3
代’(Oncidium Gower Ramsey‘Gold 3’)鲜切花。
购白海南出入境检验检疫局热带植物隔离检疫
中心。
l-2 方法
1.2.1 文心兰花瓣总RNA的提取及cDNA第一
链的合成 取2~3个文心兰花瓣于预冷的研钵
中,在液氮环境下充分研磨成粉末状,之后用通
用植物总RNA提取试剂盒(离心柱型,购自北京
百泰克生物技术有限公司)提取RNA。用1%琼
脂糖凝胶电泳鉴定RNA完整性,并且测量RNA
的浓度。获得高质量RNA后,按照PrimeScript RT
reagent Kit with gDNA Eraser试剂盒(购自
TaKaRa公司)说明进行反转录反应,合成eDNA
第一链。
1.2.2 文心兰PRR7基因的克隆利用转录组测
序得到的差异表达基因PRR7序列片段,用NCBI
热带作物学报 第39卷
的Conserved Domains(https://www.ncbi.nlm.nih.
expasy.org)预测蛋白质的三级结构,使用
gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)进行保守结构域分
TMHMM Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/
析,然后用NCBI的ORFfinder(https://www.ncbi.
TMHMM/)进行跨膜预测,使用DNAMAN软件
nlm.nih.gov/orfifnder/)分析序列的开放阅读框, 进行氨基酸序列的多重比对,并且使用MEGA 6.0
并根据ORF两端设计上下游引物PRR7.F和 软件构建NJ系统进化树。
PRR7 R(表1),克隆PRR7基因的ORF序列。
1.2.4文心兰PRR7基因的节律性表达分析以及
PCR反应体系如下:TaKaRa LATaq 0.5 pL,10 ̄ 在花发育过程中的表达分析文心兰PRR7基因
LA Taq Buffer 5 L,dNTPs 8 L,eDNA l L,
的节律性表达分析取样方法为:首先将购买的1 00
上下游引物各0.5 uL,灭菌蒸馏水34.5 ktL。PCR
枝文心兰鲜切花在12 h光照和12 h黑暗(12L:
程序如下:94℃预变性3 min;94℃变性30 S, 12D),预处理2~3 d,然后每隔2 h采样,总共
55℃退火30 S,72℃延伸2 min 15 S,30个循环; 采样时间48 h;文心兰PRR7基因在花发育过程
72℃延伸10 min;4℃保存。将PCR产物进行
中的表达分析取样方法为早上8点采集分别处于
1%的琼脂糖凝胶电泳检测,然后用OMEGA Gel 花苞期、绽口期、半开放期、盛开前期、盛开期、
Extraction Kit(购自TaKaRa公司)进行胶回收,
衰老初期、衰老期和脱落干枯期8个阶段的文心
回收目的片段,之后连接到pMD.19T载体上,转 兰花瓣。采用1.2.1节中的方法进行花瓣总RNA
化大肠杆菌感受态细胞DH5a,过夜培养,进行 的提取和反转录反应。用Actin检测基因对反转
菌落PCR鉴定,获得阳性克隆后送上海英潍捷基 录得到的eDNA进行质量的检测,Actin基因作
生物公司进行测序。 为内参。所用引物序列见表1。Q.PCR表达分析
1.2.3 PRR7—1和PRR7—2基因生物信息学分析 的反应体系如下:SYBR Primix TaqⅢ10“L,
利用NCBI的ORFfinder进行ORF和编码氨基酸
eDNA模板2 L,ddH20 6.6 L,Dyel1 0.4 pL,
序列预测;用ExPASy在线分析软件
上下游引物各0.5“L。每个不同来源的模板都进
(https://www.expasy.org/vg/index/Protein)进行蛋
行3次生物学重复实验。PCR程序如下:94℃
白质理化性质的预测,包括蛋白质等电点和相对
预变性3 min;94℃15 S,60℃15 S,72℃20 S,
分子质量和蛋白质二级结构预测(SOPMA&
40个循环。最后采用2以Act法进行目的基因的表
COILS),用Swiss.model(https://swissmode1.
达量分析。
表1本研究所用引物序列
Tab.1 Primer sequences used in this study
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析
1.2.5 文心兰PRR7一,和PRR7—2基因差异验证
泳道4为以OnPRR7—2为模板,以OnPRR7一,一F.Q
和OnPRR7一R—Q为引物的扩增产物,产物大小为
l l 8 bp。结果表明OnPRR7一,和OnPRR7—2相似性
考虑到两个基因仅存在60 bp左右碱基的明显差
异,所以Q PCR对这两个基因进行区分验证时采
用相同的下游引物
上游引物
尺7一R.Q,而上游引物
很高但是也存在差异,说明是2个不同的序列。
PRR7一,一F.Q是在差异序列之前区域设计的引物,
尺7—2.F—Q则是在差异序列区域设计
尺7一R.Q,及
1O0bp
的引物;以 JR7一,和P尺尺7—2为模板,以Q.PCR
设计的引物朋尺7一,.F.Q和
PRR7—2一F—Q和 7一R—Q为引物分别进行PCR
扩增反应,观察扩增产物的异同。
M:l00 bpDNAmarker;I、2:OnPRR7—1基因扩增产物;
3、4:OnPRR7—2基因扩增产物。
2结果与分析
2.1 文心兰 7基因eDNA的克隆
以文心兰花盛开前期的花瓣RNA反转录产
生的cDNA为模板,PCR扩增得到两条2 000 bp
M:l00 bD DNA marker;1,2:the product ofPCR reaction with
OnPRR7-,as template;3.4:the product of PCR reaction with
OnPRR 7-2 as template.
图2 OnPRR7-1和OnPRR7-2基因差异序列验证
Fig.2 Verification of OnPRR7.1 and OnPRR7-2
左右的条带(图1),分别命名为OnPRR7一J,
(GenBank登录号:MG543993)和OnPRR7—2
(GenBank登录号:MG543994)。
M 1 2
2.3 文心兰OnPRR7-1和OnPRR7-2基因的生
物信息学分析
测序表明OnPRR7一J和OnPRR7-2存在很小
的差异,其中OnPRR7—2比OnPRR7一 多60 bp左
右的核苷酸序列。理化性质分析表明,OnPRR7一
编码的蛋白分子式为C3246H5190N1010O1064S28,分
2 000bp—
子量76 286.72,等电点是7.92,经预测该蛋白是
一
1 000 bp—
种不稳定蛋白。在氨基酸组成上是负电荷残基
(Asp+Glu)总数为80个,正电荷残基(Arg+Lys)
M:1 kb DNA ladder:1:0nPRR7-,;2:OnPRR7-2。
总数为82个。OnPRR7一l蛋白是一种亲水性蛋白,
经跨膜结构域预测可知,OnPRR7—1蛋白没有明
显的跨膜结构域,因此它可能不是膜蛋白。
OnPRR7-2 编码的蛋白分子式为
图1文心兰PRR7基因的克隆
Fig.1 Cloning of Oncidium PRR7 genes
2.2 文心兰OnPRR 7_J和On
验证
7-2差异序列
C3338H5341N1039O1098S27,分子量为78 462.05,等
电点是8.13,经预测该蛋白也是一种不稳定的蛋
白。在氨基酸组成上,负电荷残基(Asp+Glu)
总数为81个,正电荷残基(Arg+Lys)总数为84
OnPRR7—2序列中间部分有60 bp左有的序列
与OnPRR7一,序列差异比较大,因此使用设计的
Q—PCR引物OnPRR7一J—F—O与OnPRR7一R.Q,及
OnPRR7-2一F—Q与OnPRR7一R.Q对2个基因进行
个,OnPRR7.2同样也是一种疏水性蛋白。经跨
膜结构域预测,该蛋白同样没有明显的跨膜结构,
因此也不是膜蛋白。测序结果显示,OnPRR7.,
和OnPRR7—2的cDNA片段分别为2 09l bp和2
l54 bp。以NCBI上的ORF开放阅读框在线分析
可知,OnPRR7-1和OnPRR7—2分别编码696个氨
基酸(图3)和717个氨基酸(图4)。
验证.其中OnPRR7—2.F—Q引物是根据差异序列设
计的引物,扩增结果如图2所示。图2中泳道1
为以OnPRR7 1为模板,以OnPRR7-2.F—Q和
OnPRR7一R—Q为引物的扩增结果;泳道2为以
D,2 尺7一,为模板,以OnPRR7一』.F—Q和OnPR 7一
R—Q为引物的扩增产物,产物大小76bp;泳道3
为以OnPRR7-2为模板,以OnPRR7—2.F和
OnPRR7一R为引物的扩增产物,产物大小89 bp;
经二级结构预测可知,OnPRR7一,编码的蛋白
二级结构主要包含28.30%c【螺旋,16.95%D片层,
l574 热带作物学报 第39卷
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图3 OnPRR7-1基因核苷酸序列及推测的氨基酸序列
Fig.3 The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of OnPRR7一
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图4 OnPRR7-2基因核苷酸序列及推测的氨基酸序列
Fig.4 The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of OnPRR7-2
47.13%无规则卷曲;OnPRR7—2编码的蛋白主要 2个基因表达的蛋白均与一种趋化蛋白CheY有
包含27.34% 螺旋,17.29%p片层,46.86%无规
则卷曲;其中均是以无规 则卷曲含量最多。用
Swiss.mode1分析OnPRR7.1的三级结构(图5)
和OnPRR7 2蛋白的三级结构(图6),结果显示
25%左右的相似性,相似度并不高。
用DNAMAN将OnPRR7.1和OnPRR7.2蛋
白的氨基酸序列与其他9个物种的PRR7蛋白氨
基酸序列进行同源序列比对,比对结果如图7所
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因PRR7克隆与表达分析 1575
及其同源的其他植物的PRR调控因子构建系统发
育树(图8)。共同构建系统发育树的其他PRR
调控因子分别是:巴旦木APRR7(Prunus persica
XP 020423049.1)、花生APRR7(Arachis ipaensis
XP 0l6l83324.1)、苦瓜APRR7(Momordica
charantia XP 022 143922.1)、榴莲APRR7(Durio
zibethinus XP 022745742.1)、 菡萏PRR3/7
( lumbo nucifera XP 010253458.1)、桑树PRR
图5预测的OnPRR7.1蛋白三级结构
Fig.5 Deduced tertiary structure of OnPRR7—1
(Morus notabilis XP 0l0ll2318.1)、番茄PRR3/7
(Solanum lycopersicum XP 004237533.1)、葡萄
PRR3/7(Vitis vinifera xP 010658l57.1)、蓖麻
PRR3/7(Ricinus communis XP 0l 5578380.1)、枣
13转角
31-turn
PRR3/7(Ziziphusju) uba XP 0l5877ll3.1)、大桉
PRR3/7(Eucalyptus grandis XP 0l0067243.1)、
可 可 子PRR3/7 (Theobroma cacao
XP 007009669.2)、铁皮石斛PRR7/3(Dendrobium
catenatum XP 020692445.1)、小兰屿蝴蝶兰
PRR7/3(Phalaenopsis equestris XP
02060—
一
q螺旋
c【.helix
0l89.1)、野生稻PRR7/3(01Tza brachyantha
XP 006649884.1)、 玉米PRR7/3(Zeas
ACG24234.1)、风梨PRR3/7(Ananas comosus
图6预测的OnPRR7.2蛋白和三级结构
Fig.6 Deduced tertiary structure of OnPRR7—2
xP 020l08378.1)、石刁柏PRR7/3(Asparagus
oficifnalis XP 02027 l482.1)、茳芏PRR7/3(Musa
acuminata subsp.malaccensis XP 009386543.1)、
示。其他9个物种的蛋白分别是:海枣PRR37
(Phoenix dacty,ifera,XP 008789022.1)、菡萏
PRR37(Nelumbo nuc ̄era,XP 010253458.1)、葡
海 枣PRR3/7 (Phoenix dactylifera
XP 008789022.1)、油棕PRR3/7(Elaeis guineensis
萄PRR37(Vitis vinifera,XP 010658157.1)、油
棕PRR37(Elaeis guineensis,XP 010920961.1)、
xP 0l0920961.1)、拟南芥PRRs(Arabidopsis
thaliana AED97278.1、AED90520.1、AEC 1 0754.1、
蓖麻PRR37(Ricinus communis,XP 01557838—
0.1)、凤梨PRR37(Ananas comosus,XP 020108—
378.1)、巴旦木APRR7(Prunuspersica,XP 020—
BAB13743.1、0AO90757.1)水稻PRRs(Oryza
sativa Indica BAD38859.1、BAD38858.1:Oryza
sativa Japonica BAD38856.1、BAD38855.1)、小立
碗藓(Physcomitrella patens BAJ83829.1、
BAJ83827.1 、 BAJ83826.1 、
423049.1)、小兰屿蝴蝶兰PRR73(Phalaenopsis e—
BAJ83828.1 、
questris,xP 0206001 89.1)和铁皮石斛PRR73(D—
endrobium catenatum,XP 020692445.1)。比对结
果显示,分析的10个物种的氨基酸序列均在N
BAI39993.1)、铁皮石斛PRR1(Dendrobium
catenatum PKU76ll8.1)、深圳拟兰(Apostasia
shenzhenica PKA66208.1)和作为外族的巴两安白
僵菌PRR1(Beauveria bassiana PMB67668.1)。
末端有非常保守的RLD结构域,c末端有非常保
守的CCT结构域。
分析结果表明,OnPRR7一l和OnPRR7—2与同为兰
科植物的铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的PRR7/3亲
缘关系最近,并且系统发育树的分支表明,双子
叶植物纲和单子叶植物纲的PRR蛋白分别分支成
了上下两组。
2.4 OnPRR7.1和onPRR7.2蛋白系统进化
分析
为研究OnPRR7一l和OnPRR7—2蛋白的进化关
系,用MEGA 6.0软件将OnPRR7—1和OnPRR7.2
l576 热带作物学报 第39卷
Anana.s antonius.t
'36
DartdT’ohium eaten
Elaeis a,uineensi
Eucalvntus ̄,rand
Nelumbo nucifera
Ph8IaenonsIs eou
Phoenix dactvlif
Pruntis nemicat
143
1 35
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136
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l43
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Ricinus cornmunis
Theobroma cacao
Vitis vini ra t
0nPRR7.1 txt
0nPRR7-2 txt
138
140
l37
126
126
Consensus
Ananas comos ̄s t
Dendrobium caten
Elaeis maineensi
Eucalvntus m-and
Nelumbo nucifem
Phalaenonsis eou
Phoenix daetvlif
Prunus nersica t
Ricinus communis
Tbeobroma cacao
Vitis vini忆ra l
onPRR7-1 txt
OnPRR7-2 txt
Conseosus
Ananaa comostm t
257
268
256
262
257
265
264
250
280
260
259
247
247
393
Dendrohium caten
Elaeis ̄naineensi
Eucalvntus ̄rand
Nelumho nucifera
PhaIaen0n s e口u
Phoenix dscrvlif
Prunus oersica t
Ricinus communis
Theohrorna cacao.
Vitis vinifera t
OnPRR7.1 txt
OnPRR7.2 txt
Consensus
Anan8s cnmnR ̄qt
394
391
399
398
394
399
358
421
401
393
350
371
529
51 5
Dendrohium catcn
Elaeis mlineensi
Eucalvnms re'and
Nelumho nucifera
Phalaen0nsis eou
Phoenix dactvlif
Pmnus nersica t
Ricinus comrnunis
Theohrorna cacao
Vitis vinifera t
OnPRR7.1 txt
onPRR7.2 txt
ConsenSUS
Ananas comosus t
529
525
535
501
537
495
55l
538
530
466
487
670
Dendrobium eaten
Elaeis gruineensi
Eucalvntus re'and
636
663
66l
670
Nelumho nucifera
Phalaenonsis eou
Phoenix dactvlif
Prun ̄r ̄ersica t
Ricinus communis
Theobroma cacao
Vitis vini佗ra.t
0nPRR7-1 txt
onPRR7-2 txt
Consensos
Anan&s COtTIOSUSt
6l 3
67I
631
686
676
650
580
6Ol
Dendrobium eaten
Elaeis c,uineens{
Eucalv-otus trrand
Nelumho nuei ̄
Phalaen0n R eOu
Phoenix daetvlif
Prunus nersica t
Ricinus communis
Theobroma cacao.
Vitis viniferat
OnPRR7.1 txt
OnPRR7-2 Ixt
79l
74R
775
778
787
733
790
746
gO1
792
769
696
7l7
Consensus
红线部分是保守的结构域,绿线是OnPRR7—1和OnPRR7.2的序列差异区域。
The red line indicates a conserved domain,and the green line indicates the region of sequence different between OnPRR7_1 and OnPRR7·2
图7 文心兰OnPRR7—1和OnPRR7.2与其他物种PRR家族蛋白氨基酸序列多重比对
F|gl 7 Amino acid alignment of OnPRR7—1 and OnPRR7—2 and other PRR family members from the selected plant species
2.5 OnPRR7-1和D,l艘 7-2基因表达分析
通过Q.PCR可知,在连续的12L:12D处理
光照前的4 h(凌晨2:00)左右。
在文心兰花发育的8个时期(花苞期A、绽
口期B、半开放期C、盛开前期D、盛开期E、
衰老初期F、衰老期G和脱落干枯期H)中,
D 7一 和OnPRR7-2基因表达情况如图10所
下的48 h中OnPRR7一,和OnPRR7—2基因表达变
化情况如图9所示。分析可知,OnPRR7一,和
0 PRR7.2基因在2个连续的周期内呈现节律性
表达,在12L:12D条件下,2个基因的表达峰值
现在光照后的4 h(上午10:00),谷值出现在
示。该基因在绽口期(B)和衰老初期(F)时期
表达量达到高峰值,而在盛开前期(D)和脱落
第8期 杨翠萍等:文心兰生物钟相关基因 R7克隆与表达分析 1577
∞
图8 OnPRR7.1和OnPRR7-2蛋白的系统进化树分析
Fig.8 Phylogenetic tree of OnPRR7—1 and OnPRR7—2 and 0ther PRR proteins from severa1 hi曲。 p1
6 8 10121416182022242 4 6 810121416182022242 4
6 810121416182022242 4 6 8 10121416182022242 4
时间Time/h
时间Time/h
图9 OnPRR7-1和OnPRR7-2基因的节律性表达分析
Fig.9 Circadian expression analysis of OnPRR7_ 和OnPRR7_2 in 48 hours
热带作物学报 第39卷
2.5
2.O
2.O
1.5
至
莨罂
【_oA。一吕 2dxu o 焉一Q
1.O
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夏
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0.5
0.5
O
A B C D E F G H
花发育阶段
Flower development stages
花发育阶段
Flower development stages
A:花苞期;B:绽口期;C:半开放期;D:盛开前期;E:盛开期;F:衰老初期;G:衰老期;H:脱落干枯期。
A:The bud stage;B:The bud burst stage;C:The half-opened stage;D:The pre—blooming stage;E:The blooming stage;F:The initial stage
of senescence;G:The senescence stage;H:The withered and abscised stage.
图10 OnPRR7-1和OnPRR7-2文心兰花发育和衰老过程中的表达分析
Fig.10 Expression analysis of OnPRR7- 和OnPRR7—2 during the Oncidium nower development and senescence
莨
干枯期(H)表达达到低峰值。 物种的同族基因一样具有保守性 J。
表达分析表明,OnPRR7.,和OnPRR7-2基因
3 讨论
在文心兰花瓣中呈现连续的昼夜循环表达。在
12L:12D光照黑暗循环处理下,OnPRR7一 和
OnPRR7—2基因呈现节律性表达,和之前研究的拟
南芥和菁芜菁PRRs基因的表达模式相一致f31-32]。
本研究克隆得到2个文心兰PRR7基因:
OnPRR7一 和OnPRR7-2基因,这2个PRR7基因
成员的核苷酸序列仅有60 bp左右差异。序列比
对表明它们与其他物种PRR基因氨基酸序列均在
N端或C端有非常保守的RLD和CCT结构域。
文心兰尸 R7基因存在2个成员的现象和小立碗
拟南芥PRR7与PRR9和PRR5通过对CCA1和
LHY启动子的阻遏活性而在生物钟反馈环路中
发挥功能【7 J,PRR7本身也通过转录和转录后机制
藓及水稻情况类似。小立碗藓 尺7存在编码不
同的氨基酸序列的两个成员PRRTa和PRR7b[ ],
水稻粳稻和籼稻中也具有序列不同的两基因成员
尺 和 37【27],但拟南芥中只有一个 尺7
基因,这可能是由于在进化过程中基因含量和序
列发生变化所致。OnPRR7一,和OnPRR7.2基因含
而受到调控 引。有研究表明拟南芥PRR7与PRR9
和PRR5一起通过CONSTANS依赖性途径控制开
花时问【j引。本研究中,OnPRR7一 和OnPRR7—2
基因在文心兰花发育和花衰老过程中呈现双峰表
达模式,表达量分别在绽口期(B)和衰老初期
(F)达到高峰值,而在两峰之间的盛开前期(D)
处于低峰。OnPRR7一,和OnPRR7—2基因这种表达
有RLD和CCT保守结构域的氨基酸序列,这与
其他物种的PRRs家族基因编码的氨基酸序列保
守结构域相一致,但中间序列则差异较大。PRRs
被定义为是包含有2个保守域的蛋白质,这2个
模式,表明它们有可能在花发育的开花和仡衰老
的过程中发挥作用,但仍待进一步证实。
参考文献
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结构域被1个不太保守的“可变”域分隔l 引。
因此,本研究克隆的2个文心兰基因属于PRR基
因家族。发育树的分支表明,双子叶植物纲和单
子叶植物纲的PRR蛋白分别形成亲缘关系较远的
两组,而OnPRR7.1和OnPRR7 2与同为兰科植
物的铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰的PRR7/3亲缘关
系最近。显然文心兰PRR基因在进化上也与其他
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