Analysis of differential protein expression during growth state

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氨基酸的平均分子量

氨基酸的平均分子量1. 介绍在生物化学中，氨基酸是构成蛋白质的基本单元。

每个氨基酸分子由一个氨基末端、一个羧基末端以及一个侧链组成。

氨基酸的平均分子量是指所有氨基酸分子量的平均值。

本文将深入探讨氨基酸的平均分子量以及其在生物学和化学领域的重要性。

2. 氨基酸的分子量氨基酸的分子量是指一个氨基酸分子中所有原子的质量之和。

不同的氨基酸具有不同的分子量，这取决于其化学结构和组成。

一般来说，氨基酸的分子量在100到200之间。

3. 氨基酸的平均分子量的计算方法计算氨基酸的平均分子量需要考虑到不同氨基酸的相对丰度。

丰度是指在特定组织或生物体中某种氨基酸的含量相对于其他氨基酸的含量的比例。

根据不同组织或生物体的特点，不同氨基酸的丰度可能有所不同。

氨基酸的平均分子量的计算方法如下： 1. 将每种氨基酸的分子量乘以其在特定组织或生物体中的丰度。

2. 将上述乘积相加。

3. 将上述总和除以所有氨基酸的丰度总和。

通过计算，可以得到氨基酸的平均分子量。

4. 氨基酸的平均分子量的应用氨基酸的平均分子量在生物学和化学领域有着广泛的应用。

4.1 蛋白质研究蛋白质是由氨基酸构成的，因此氨基酸的平均分子量对于研究蛋白质的结构和功能非常重要。

通过分析氨基酸的平均分子量，可以了解蛋白质的整体结构和稳定性。

4.2 药物研发氨基酸的平均分子量在药物研发中也起着重要的作用。

许多药物是由氨基酸构成的，因此了解氨基酸的平均分子量可以帮助研发人员设计更有效的药物。

4.3 营养学研究在营养学研究中，氨基酸的平均分子量用于评估蛋白质的质量。

蛋白质的质量取决于其中所含氨基酸的种类和丰度，因此了解氨基酸的平均分子量可以衡量蛋白质的营养价值。

4.4 化学分析在化学分析中，氨基酸的平均分子量被用作定性和定量分析的基准。

通过比较样品中氨基酸的分子量和丰度与已知的平均分子量，可以判断样品中氨基酸的相对含量和种类。

5. 结论氨基酸的平均分子量是指所有氨基酸分子量的平均值，它具有重要的生物学和化学应用价值。

三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析

㊀Ｇｕｉｈａｉａ㊀Ａｕｇ.２０２０ꎬ４０(８):１１４０－１１５０ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｇｕｉｈａｉａ－ｊｏｕｒｎａｌ.ｃｏｍＤＯＩ:１０.１１９３１/ｇｕｉｈａｉａ.ｇｘｚｗ２０１９０２０１９王赛赛ꎬ李锦ꎬ祝建波.三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析[Ｊ].广西植物ꎬ２０２０ꎬ４０(８):１１４０－１１５０.ＷＡＮＧＳＳꎬＬＩＪꎬＺＨＵＪＢ.Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓｉｎｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].Ｇｕｉｈａｉａꎬ２０２０ꎬ４０(８):１１４０－１１５０.三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析王赛赛ꎬ李㊀锦ꎬ祝建波∗(石河子大学ꎬ新疆石河子８３２０００)摘㊀要:线粒体作为植物细胞的能量代谢中心ꎬ在植物响应逆境胁迫中有重要的作用ꎮ该研究基于雪莲(Ｓａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ)㊁番茄(Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ)和拟南芥(Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ)三种不同低温耐受性植物的低温转录组ꎮ通过ｂｌａｓｔ比对和数据库检索筛选相关物种的线粒体基因ꎬ使用ＰｌａｎｔＣＡＲＥ在线网站分析启动子ꎬ使用ｍｅｇａ７软件对系统发育树构建分析ꎮ结果表明:通过差异表达基因筛选ꎬ分别在雪莲㊁拟南芥㊁番茄中筛选出２㊁２４㊁１５个显著差异表达基因ꎬ主要包括线粒体核糖体亚基和电子传递链各复合体亚基ꎬ其中部分基因的低温差异表达情况如ＮＡＤ１和ＮＡＤ５ꎬ可能与植物的低温适应性有关ꎻ通过表达模式的聚类分析ꎬ雪莲与拟南芥在基因的表达模式上相对于番茄更为相近ꎬ且不同类别的基因表达模式在不同物种间差异较大ꎻ雪莲与其他菊科植物的呼吸链相关基因的蛋白序列具有很大差异ꎬ与万年藓(Ｃｌｉｍａｃｉｕｍｄｅｎｄｒｏｉ￣ｄｅｓ)㊁牛舌藓(Ａｎｏｍｏｄｏｎｍｉｎｏｒ)等高山植物的进化距离较近ꎮ在整体上拟南芥㊁番茄和雪莲三种植物线粒体基因在低温响应上具有很大差异ꎬ表明线粒体基因及其表达调控与植物的低温耐受性之间存在一定的关联性ꎮ关键词:低温耐受性ꎬ植物ꎬ线粒体基因ꎬ表达模式中图分类号:Ｑ９４３㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１０００￣３１４２(２０２０)０８￣１１４０￣１１开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓｉｎｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＷＡＮＧＳａｉｓａｉꎬＬＩＪｉｎꎬＺＨＵＪｉａｎｂｏ∗(ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｉｈｅｚｉ８３２０００ꎬＸｉｎｊｉａｎｇꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｓｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｃｅｎｔｅｒｏｆｐｌａｎｔｃｅｌｌｓꎬｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｐｌａｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｓｔｒｅｓｓ.ＴｏａｎａｌｙｚｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｏｆｍｉｔｏｃｈｄｒｉａｇｅｎｅｆｒｏｍｔｈｅＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａꎬＬｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎ￣ｔｕｍａｎｄＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａꎬｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｇｅｎｅｓ(ＤＥＧｓ)ｗａｓｆｉｌｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｒａｎ￣ｓｃｒｉｐｔｏｍｅｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅＤＥＧｓｆｒｏｍｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓ.Ａｌｌｔｈｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｇｅｎｅｓｗｅｒｅｆｉｌ￣收稿日期:２０１９－０４－２７基金项目:国家自然科学基金(３１３６００５３)ꎻ国家转基因重大专项项目(２０１６ＺＸ０８０００５００４￣００９)[ＳｕｐｐｏｒｔｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉ￣ｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(３１３６００５３)ꎻｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｊｏｒＰｒｏｊｅｃｔ(２０１６ＺＸ０８０００５００４￣００９)]ꎮ作者简介:王赛赛(１９９２－)ꎬ男ꎬ河南商丘人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为植物基因工程ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)５７２８７９５４２＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ∗通信作者:祝建波ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ研究方向为植物基因工程ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)２７４８３１２１３＠ｑｑ.ｃｏｍꎮｔｅｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｂｌａｓｔａｇａｉｎｓｔｔｈｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｇｅｎｏｍｅｓｔｈａｔｗａｓｄｏｗｎｌｏａｄｅｄｆｒｏｍｔｈｅＮＣＢＩｄａｔａｂａｓｅ.ＰｒｏｍｏｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｈｒｏｕｇｈＰｌａｎｔＣＡＲＥｏｎｌｉｎｅｗｅｂｓｉｔｅａｎｄｔｈｅｍｅｇａｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ:Ｉｎｔｏｔａｌꎬｔｈｅｒｅｗｅｒｅ２ꎬ２４ａｎｄ１５ＤＥＧｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｉｎＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａꎬＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａａｎｄＬｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍꎬａｎｄｔｈｅｓｅｇｅｎｅｓｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｄｏｎｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｒｉｂｏｓｏｍａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｉｎｃｏｍｐｌｅｘｓｕｂｕｎｉｔｓꎻＡｆｅｗｇｅｎｅｓｗｅｒｅｓｅｅｍｅｄｔｏｒｅｌａｔｅｔｏｔｈｅｃｏｌｄａｄａｐｔａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｅｖｅｌｗａｓｐｏｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｌｄｔｏｌｅｒａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｔｈｅＮＡＤ１ａｎｄＮＡＤ５ｇｅｎｅꎻＴｈｒｏｕｇｈｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓꎬＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａａｎｄＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａｗｅｒｅｍｏｒｅｓｉｍｉｌａｒｉｎｇｅｎｅｓｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｔｈａｎＬｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍꎬａｎｄｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｅｎｅｓｈａｄａｑｕｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｓꎻＦｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｏｎｓｅｒｖｅｄｍｏｔｉｆｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｇｅｎｅｓꎬｔｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａｓｈｏｗｅｄｍｏｒｅｃｌｏｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅａｌｐｉｎｅｐｌａｎｔｓｓｕｃｈａｓＣｌｉｍａｃｉｕｍｄｅｎｄｒｏｉｄｅｓａｎｄＡｎｏｍｏｄｏｎｍｉｎｏｒｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉ￣ｔａｅｐｌａｎｔｓ.ＩｎｇｅｎｅｒａｌꎬｔｈｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓｈａｄａｑｕｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｃｏｎｓｅｒｖｅｄｍｏｔｉｆａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａꎬＬｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍａｎｄＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ.Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｇｅｎｅｓａｎｄｉｔｓｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｃｏｌｄａｄａｐｔａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｌｅｒａｎｃｅꎬｐｌａｎｔｓꎬｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅꎬｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅ㊀㊀植物线粒体通过氧化磷酸化提供生命活动所需的各种能量ꎬ在光呼吸代谢㊁Ｃ４植物的光合作用和景天酸代谢(Ｐｉｃａｕｌｔｅｔａｌ.ꎬ２００４)等途径中发挥着重要作用ꎮ线粒体的主要功能是进行三羧酸循环ꎬ通过电子传递链及氧化磷酸化合成ＡＴＰꎬ这里是物质彻底氧化分解的场所ꎬ为细胞内的各种生命活动提供能量ꎮ此外ꎬ线粒体还与细胞内众多代谢过程相关ꎬ如参与细胞内信号转导ꎬ调节细胞内氧化还原电位ꎬ调控基因表达㊁细胞凋亡等(Ｍｉｌｌａｒｅｔａｌ.ꎬ２０１１)ꎮ线粒体在植物响应逆境胁迫中有重要作用ꎬ在逆境胁迫下它们的形态结构和生理功能会发生明显的变化ꎬ在一定程度上可作为表征植物对逆境条件耐受性的依据(周宇飞等ꎬ２０１３)ꎮ逆境胁迫会引起呼吸代谢的紊乱(Ｖａｎｈｏｕｄｔｅｔａｌ.ꎬ２０１１ꎻＴｕｌａｈ＆Ｂｉｒｃｈ￣Ｍａｃｈｉｎꎬ２０１３)ꎬ造成活性氧的积累ꎬ过剩的ＲＯＳ会诱导或加剧膜脂过氧化程度ꎬ导致脂质过氧化物水平迅速提高(Ｓａｉｒａｍ＆Ｓｒｉｖａｓｔａｖａꎬ２００２)ꎬ主要体现在线粒体膜和膜蛋白的损伤㊁线粒体蛋白质损伤㊁线粒体ＤＮＡ损伤等(Ｒａｃｈｅｌｅｔａｌ.ꎬ２００５ꎻＦｏｙｅｒ＆Ｎｏｃ￣ｔｏｒꎬ２０１０ꎻ马晓蕾等ꎬ２０１３)ꎮ通过对冷胁迫下植物线粒体蛋白组的研究发现ꎬ一些线粒体蛋白如线粒体电子传递链(ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｉｎꎬｍＥＴＣ)复合物Ｉ－Ｖ㊁交替氧化酶(ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｏｘｉｄａｓｅꎬＡＯＸ)㊁解偶联蛋白(ｕｎｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎꎬＵＣＰ)等的表达水平受到冷或热胁迫的影响ꎬ预示着这些蛋白可能参与了植物对温度胁迫的响应过程(Ｙｉｎｅｔａｌ.ꎬ２００９ꎻＱｉｎｅｔａｌ.ꎬ２００９ꎻＴａｎｅｔａｌ.ꎬ２０１２)ꎮ但是ꎬ植物线粒体中存在有多条电子传递途径ꎬ低温胁迫对不同植物线粒体呼吸链的具体伤害位点也会不同(刘美君等ꎬ２０１４)ꎮ如在对半耐寒植物豌豆(Ｐｉｓｕｍｓａｔｉｖｕｍ)的蛋白组研究中ꎬ低温对其电子传递链复合物的影响较小ꎬ主要影响的是线粒体中ＡＯＸ和ＵＣＰ的丰度(Ｔａｙｌｏｒｅｔａｌ.ꎬ２００９)ꎻ在对耐寒植物高山离子芥(Ｃｈｏｒｉｓｐｏｒａｂｕｎ￣ｇｅａｎａ)研究中ꎬ低温对其线粒体的影响又出现不同ꎬ其线粒体中ＡＯＸ和ＵＣＰ含量变化较小ꎬ但呼吸链复合体的变化较高(常建锋ꎬ２００７)ꎮ这表明不同植物线粒体在应对低温胁迫时的响应机制有所不同ꎬ其响应机制可能与其低温耐受性之间存在某种关联ꎮ本研究主要根据雪莲㊁拟南芥和番茄三种不同低温耐受性植物的低温转录组ꎬ筛选并比较其线粒体基因表达差异ꎬ来探索植物线粒体低温表达模式与低温耐受性之间的关系ꎮ通过对低温条件下ꎬ三种不同低温耐受性植物线粒体基因表达差异比较和不同低温耐受性植物间线粒体基因进化关系的对比ꎬ来分析不同低温耐受性植物间低１４１１８期王赛赛等:三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析温响应机制和代谢水平的差异ꎬ以及通过响应冷胁迫的关键节点基因的序列差异ꎬ来探索不同低温耐受性植物间线粒体的低温表达模式的差别ꎬ为进一步研究植物线粒体冷胁迫响应机制和相关基因功能奠定理论基础ꎮ１㊀材料与方法１.１雪莲㊁番茄㊁拟南芥线粒体低温差异表达基因的抽取雪莲转录本源数据(李锦等ꎬ２０１７)的下载ꎬ以向日葵㊁菊花等菊科线粒体基因参照ꎬ与转录本进行比对ꎬ参照雪莲转录组注释文件ꎬ筛选出雪莲线粒体基因的低温差异表达量数据ꎬ编写ｐｙｔｈｏｎ脚本并筛选其基因序列ꎮ番茄低温转录本数据(Ｂａｒｒｅｒｏ￣Ｇｉｌｅｔａｌ.ꎬ２０１６)的下载ꎬ以ＮＣＢＩ数据库中的番茄线粒体基因组为参考ꎬ从源数据中筛选出其线粒体基因的低温表达量数据ꎮ拟南芥低温转录组源数据(Ｖｏｇｅｌｅｔａｌ.ꎬ２００５)下载ꎬ以拟南芥线粒体基因组(Ｓｌｏａｎｅｔａｌ.ꎬ２０１８)为参考ꎬ筛选出拟南芥线粒体的低温差异表达量数据ꎮ１.２三种植物线粒体基因低温差异表达对比根据三种植物的低温差异表达的线粒体基因表达量数据ꎬ使用Ｒ语言中的ｐｈｅａｔｍａｐ包进行聚类分析ꎬ比较其低温线粒体基因表达差异ꎬ并分析差异表达基因分属的不同代谢通路ꎬ分析其代谢通路差异与低温胁迫之间的关系ꎬ主要从代谢通路的关键节点基因入手ꎮ１.３三种植物线粒体低温差异表达基因的验证对以上筛选的部分线粒体低温差异表达基因进行实时荧光定量实验验证ꎬ检测其转录组数据的准确性ꎮ根据三种植物低温转录本的测定条件ꎬ分别对其进行低温处理ꎬ雪莲组培苗低温处理组为４ħ冷驯化７ｄꎬ－２ħ再处理４８ｈꎬ参照组为４ħ冷驯化７ｄꎬ所用雪莲为生长２个月的组培苗ꎻ拟南芥低温处理组条件为４ħ处理２４ｈꎬ参照组条件为１８ħ培养基中正常生长２周的拟南芥ꎻ番茄低温处理组条件为１０ħ处理４８ｈꎬ参照组条件为２５ħ正常生长３周的番茄栽培苗ꎮ分别提取其ＲＮＡ并反转录为ｃＤＮＡꎬ根据筛选出的三种植物主要的低温差异表达基因序列ꎬ设计实时荧光定量检测引物(各基因的引物序列与内参基因引物表１)ꎬ进行ＲＴ￣ｑＰＣＲ实验ꎮ分析三种植物的线粒体基因低温差异表达情况ꎬ是否与转录组中筛选的低温差异表达趋势一致ꎮ１.４三种植物的线粒体呼吸链基因的启动子分析从筛选出的低温差异表达基因中ꎬ找到与呼吸链组成密切相关的基因ꎬ并获得其启动子序列(雪莲基因组由祝建波研究员提供ꎬ未发表)ꎬ使用ＰｌａｎｔＣＡＲＥ(Ｌｅｓｃｏｔｅｔａｌ.ꎬ２００２)在线网站分析其顺式作用原件ꎬ统计并分析呼吸链相关基因启动子中的顺式作用元件功能与数量ꎮ对含有低温响应元件的线粒体基因表达差异进行分析ꎮ１.５多种植物线粒体低温差异表达基因的进化关系分析下载了１７种拥有不同低温耐受性植物线粒体基因组序列ꎬ抗寒植物包括尖叶牛舌藓(Ａｎｏｍｏｄｏｎａｔ￣ｔｅｎｕａｔｅｓ)㊁万年藓(Ｃｌｉｍａｃｉｕｍａｍｅｒｉｃａｎｕｍ)㊁欧洲山杨(Ｐｏｐｕｌｕｓｔｒｅｍｕｌａ)㊁人参(Ｐａｎａｘｇｉｎｓｅｎｇ)ꎬ耐寒植物有柴胡(Ｂｕｐｌｅｕｒｕｍｆａｌｃａｔｕｍ)㊁蚕豆(Ｖｉｃｉａｆａｂａ)㊁沙冬青(Ａｍｍｏｐｉｐｔａｎｔｈｕｓｍｏｎｇｏｌｉｃｕｓ)ꎬ较耐寒植物有甘蓝(Ｂｒａｓｓｉｃａｏｌｅｒａｃｅａ)㊁菊花(Ｃｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｕｍｂｏｒｅａｌｅ)㊁向日葵(Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓａｎｎｕｕｓ)ꎬ以及不耐寒的天仙子(Ｈｙｏｓｃｙａｍｕｓｎｉｇｅｒ)㊁烟草(Ｎｉｃｏｔｉａｎａａｔｔｅｎｕａｔｅ)㊁丹参(Ｓａｌｖｉａｍｉｌｔｉｏｒｒｈｉｚａ)㊁巨桉(Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓｇｒａｎｄｉｓ)㊁辣椒(Ｃａｐｓｉｃｕｍａｎｎｕｕｍ)㊁葡萄藻(Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓｂｒａｕｎｉｉ)㊁共球藻(Ｔｒｅｂｏｕｘｉｏｐｈｙｃｅａｅｓｐ.)ꎮ通过对不同适应温度的植物线粒体基因蛋白保守序列的比对与进化关系分析ꎬ来探索和讨论不同植物间在低温胁迫下的线粒体基因的作用与响应机制ꎮ首先使用ＤＮＡＭＡＮ对线粒体基因中响应低温的蛋白序列进行多序列比对ꎬ并使用ｍｅｇａ７分析它们之间的进化关系与距离ꎮ主要探究其低温耐受性与线粒体差异表达基因序列相似性的关系ꎮ２㊀结果与分析２.１三种植物低温差异表达线粒体基因筛选从三种植物的转录本中共筛选出３２个线粒体差异表达基因ꎬ雪莲２个ꎬ番茄１５个ꎬ拟南芥２４２４１１广㊀西㊀植㊀物４０卷表１　实时荧光定量实验所用的引物序列Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｒｉｍｅｒｓｅｑｕｅｎｃｅｓｕｓｅｄｉｎｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ基因名称Ｇｅｎｅｎａｍｅ正向引物(５ᶄ－３ᶄ)Ｆｏｒｗａｒｄｐｒｉｍｅｒ反向引物(５ᶄ－３ᶄ)ＲｅｖｅｒｓｅｐｒｉｍｅｒＳｉｋＮＡＤ１ＴＧＴＡＣＡＴＡＧＣＡＧＴＴＣＣＡＧＣＴＧＡＡＡＣＧＡＴＣＣＣＡＣＴＡＣＡＴＣＡＧＧＡｔＮＡＤ１ＴＣＧＡＧＴＧＡＧＡＴＴＧＴＣＡＴＧＧＣＧＣＴＣＧＡＴＴＡＧＴＴＴＣＴＧＣＴＡＧＡＣＧＬｅＮＡＤ１ＧＧＧＣＴＣＧＡＴＣＴＧＧＴＴＴＡＧＴＡＴＣＣＣＧＡＧＣＴＡＡＴＧＡＴＡＧＡＧＧＣＡＡＧＳｉｋＮＡＤ３ＣＴＧＡＣＴＧＣＴＡＴＣＴＡＣＧＡＴＧＣＧＣＡＣＴＴＴＧＴＴＴＴＣＴＣＧＣＴＣＣＴＴＧＡｔＮＡＤ３ＣＴＴＴＧＡＴＣＣＴＡＣＴＣＧＧＴＧＴＴＣＣＡＡＣＧＡＣＴＴＣＴＧＧＣＡＴＣＡＣＣＬｅＮＡＤ３ＣＴＡＴＴＴＡＧＴＧＡＴＣＡＧＣＣＣＧＣＴＡＧＧＧＡＡＧＧＡＴＣＧＡＡＡＣＣＡＣＡＴＴＣＳｉｋＮＡＤ５ＴＧＧＴＧＣＴＧＴＴＧＧＧＡＡＡＴＣＴＧＡＴＣＡＡＡＧＣＧＧＡＴＡＣＴＧＧＡＧＴＧＡｔＮＡＤ５ＧＴＴＧＣＧＴＡＴＡＡＴＧＴＡＡＡＴＣＣＣＧＴＡＧＧＣＡＧＧＡＡＣＧＡＴＣＴＧＡＣＴＡＧＡＡＡＧＬｅＮＡＤ５ＡＴＣＧＣＡＴＡＣＴＴＧＧＴＣＡＣＣＴＧＡＣＡＡＴＣＡＡＡＧＣＣＧＴＡＧＧＴＧＧＳｉｋＲＰＳ１２ＴＣＡＡＴＧＴＣＣＣＣＡＧＡＡＧＣＡＡＧＣＡＡＡＴＴＡＴＧＡＣＣＴＴＣＧＣＣＣＧＡｔＲＰＳ１２ＧＡＴＡＡＡＴＧＴＣＣＣＣＡＧＡＡＡＡＣＡＧＧＡＡＴＴＡＴＧＡＣＣＴＴＣＧＣＣＣＧＧＬｅＲＰＳ１２ＴＣＡＡＴＧＴＣＣＣＣＡＧＡＡＧＣＡＡＧＴＴＡＴＧＡＣＣＴＴＣＧＣＣＴＧＧＡＡＴＧＳｉｋＲＰＬ２ＴＴＴＣＴＴＧＧＣＡＧＡＧＴＣＴＴＡＧＧＣＴＣＴＣＣＡＴＴＴＣＣＴＴＣＡＣＣＡＴＣＧＡｔＲＰＬ２ＡＡＣＣＴＡＣＣＡＣＧＡＡＣＡＣＣＡＴＣＡＣＴＡＣＡＴＡＡＧＣＧＧＣＣＡＴＣＡＧＬｅＲＰＬ２ＡＡＡＴＣＡＡＣＣＡＣＧＡＣＴＡＣＣＣＴＣＣＴＡＣＡＴＡＡＧＴＣＧＣＣＡＴＣＣＧＴＣＳｉｋＲＰＬ５ＣＣＡＡＣＧＴＴＡＴＧＧＡＡＧＴＴＣＣＴＧＧＴＣＧＡＡＧＣＣＣＴＴＴＧＴＧＴＣＴＧＡｔＲＰＬ５ＡＴＴＧＧＣＴＡＴＧＧＡＧＡＴＴＣＣＧＣＡＧＡＧＴＧＣＴＴＴＧＴＣＧＴＧＣＴＡＧＬｅＲＰＬ５ＡＧＴＡＣＣＡＡＡＧＡＣＡＧＣＡＣＣＴＴＣＣＴＴＴＣＣＴＧＴＴＧＡＡＧＣＣＣＴＴＴＧＳｉｋＡＴＰ６ＣＣＴＣＣＡＣＡＧＴＴＴＡＣＡＴＣＣＴＧＧＧＴＴＧＴＡＧＡＣＴＣＴＣＡＡＴＡＴＡＧＣＣＣＧＡｔＡＴＰ６ＣＧＡＧＡＡＧＴＧＴＧＡＧＧＣＡＴＴＡＡＣＴＴＣＴＴＧＡＡＡＧＧＣＴＴＣＣＣＣＧＬｅＡＴＰ６ＧＧＣＣＧＧＴＣＡＴＡＧＴＴＣＡＧＴＡＡＡＧＧＣＴＡＣＡＣＣＴＡＡＴＴＣＣＡＧＡＣＣＧＳｉｋＣＣＢ２０６ＣＡＴＴＣＴＡＴＴＡＧＧＧＡＧＣＣＴＧＧＴＣＧＡＧＧＴＡＣＧＡＧＡＡＡＧＧＧＴＴＧＧＡｔＣＣＢ２０６ＣＧＴＧＴＴＴＴＣＴＧＴＧＧＴＴＴＴＣＣＣＴＧＴＧＡＴＴＣＣＡＡＧＡＧＣＣＧＡＡＣＬｅＣＣＢ２０６ＴＣＧＧＣＴＣＴＴＧＧＡＡＴＣＡＣＡＴＣＧＧＣＡＡＴＧＡＡＧＴＡＧＧＴＧＡＡＧＴＧＧＳｉｋＣＯＢＡＧＴＡＧＧＴＴＧＧＧＴＡＧＣＴＴＴＴＧＣＡＴＴＣＣＧＧＴＡＣＡＡＴＡＴＧＡＧＧＣＧＡｔＣＯＢＴＡＴＴＴＣＣＴＡＣＣＧＡＴＣＣＡＴＧＣＣＧＴＣＧＡＡＡＡＣＴＴＧＡＡＣＴＡＣＧＣＡＣＬｅＣＯＢＴＡＴＴＴＣＣＴＡＣＣＧＡＴＣＣＡＴＧＣＣＧＧＧＣＧＡＡＡＡＣＴＴＧＡＡＣＴＡＣＧＳｉｋＣＯＸ１ＴＴＣＴＣＡＴＴＣＴＧＣＣＴＧＧＡＴＴＣＧＧＡＧＣＣＣＡＡＡＣＡＡＧＡＡＡＴＣＣＡＡＧＡｔＣＯＸ１ＴＣＴＴＡＧＧＧＣＴＴＴＣＡＧＧＴＡＴＧＣＣＴＧＣＴＴＡＡＡＧＴＧＡＴＴＧＴＴＡＣＧＡＣＣＬｅＣＯＸ１ＴＧＴＡＴＡＴＴＣＣＣＡＴＴＣＴＧＣＣＴＧＧＧＡＧＣＣＣＡＡＡＣＡＡＧＡＡＡＴＣＣＡＡＧＳｉｋＣＯＸ２ＣＴＴＣＣＴＣＡＴＴＣＴＴＡＴＴＴＴＧＧＴＴＴＴＣＧＣＡＴＧＡＡＣＡＡＴＣＣＴＴＴＧＣＧＧＧＡｔＣＯＸ２ＡＣＣＡＧＣＣＡＡＡＡＣＴＣＡＴＣＴＡＣＧＣＡＧＣＡＴＣＡＣＡＴＴＴＧＡＣＡＣＣＴＧＬｅＣＯＸ２ＣＴＣＡＴＡＧＴＴＧＧＧＣＴＧＴＡＣＣＴＴＣＧＴＴＣＣＡＣＡＡＡＴＣＴＣＡＣＴＧＣＡＣＳｉｋＧＡＰＤＨＴＡＧＣＡＡＧＧＡＴＧＣＴＣＣＣＡＴＧＴＴＣＧＴＡＡＡＧＧＡＧＣＡＡＧＧＣＡＧＴＴＧＧＴＴＧＴＧＡｔＡＣＴＩＮ１１ＣＣＡＣＡＴＧＣＴＡＴＴＣＴＧＣＧＴＴＴＧＧＡＣＣＣＡＴＣＣＣＴＴＡＣＧＡＴＴＴＣＡＣＧＣＴＣＴＧＣＬｅＡＣＴＩＮＴＧＴＣＣＣＴＡＴＴＴＡＣＧＡＧＧＧＴＴＡＴＧＣＡＧＴＴＡＡＡＴＣＡＣＧＡＣＣＡＧＣＡＡＧＡＴ个ꎮ从表２可以看出ꎬ线粒体中低温差异表达基因主要为组成各呼吸链复合体的亚基和核糖体蛋白大小亚基基因ꎬ包括ＮＡＤ㊁ＣＯＢ㊁ＣＯＸ㊁ＣＣＢ㊁ＡＴＰ６㊁ＲＰＳ和ＲＰＬ等ꎮ拟南芥低温差异表达基因有２４个ꎬ主要包括呼吸链复合体Ｉ亚基基因８个ꎬ复合体Ⅲ亚基基因５个ꎬ复合物Ⅳ亚基基因２个ꎬ核糖体亚基基因８个ꎬ１个线粒体ｍＲＮＡ成熟酶Ｒ基因ꎻ番茄低温差异表达基因有１５个ꎬ主要包括３４１１８期王赛赛等:三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析表２㊀三种植物低温条件下线粒体基因相对表达量ｌｏｇ２ＦＣＴａｂｌｅ２㊀Ｒｅｌａｔｉｖｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｅｖｅｌｓｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓｉｎｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ基因名称Ｇｅｎｅｎａｍｅ相对表达量ｌｏｇ２ＦＣＲｅｌａｔｉｖｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｏｇ２ＦＣ拟南芥Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ番茄Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ雪莲ＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａＮＡＤＨ脱氢酶亚基１(ＮＡＤ１ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ１)１.４５－１.７９０ＮＡＤＨ脱氢酶亚基９(ＮＡＤ９ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ９)０.９３００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基６(ＮＡＤ６ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ６)－０.２６００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基７(ＮＡＤ７ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ７)１.１９００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基４(ＮＡＤ４ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ４)０.５３００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基４Ｌ(ＮＡＤ４ＬꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ４Ｌ)－０.１３００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基３(ＮＡＤ３ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ３)１.１９００ＮＡＤＨ脱氢酶亚基５(ＮＡＤ５ꎬＮＡＤＨｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ５)１.３２－１.３０核糖体蛋白小亚基１２(ＲＰＳ１２ꎬ４０ＳｒｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１２)１.１９１.３５０核糖体蛋白小亚基４(ＲＰＳ４ꎬ４０ＳｒｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ４)１.４５１.５６０核糖体蛋白小亚基１０(ＲＰＳ１０ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１０)０.９３(ｃｈｒ３)１.６６０.００(ｃｐｄｎａ)核糖体蛋白大亚基２(ＲＰＬ２ꎬ６０ＳＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＬ２)０.７９１.３６０核糖体蛋白大亚基５(ＲＰＬ５ꎬ６０ＳＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＬ５)－１.３２１.２８０核糖体蛋白小亚基１(ＲＰＳ１ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１)０.６６(ｃｈｒ５)１.２７０核糖体蛋白大亚基１６(ＲＰＬ１６ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＬ１６)１.１９１.２０核糖体蛋白小亚基３(ＲＰＳ３ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ３)－０.５３１.５２０核糖体蛋白小亚基７(ＲＰＳ７ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ７)１.３２１.６９(ｃｐｄｎａ)０核糖体蛋白大亚基７(ＲＰＬ７ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＬ７)０１.４４０类核糖体蛋白小亚基１２(ＰｕｔａｔｉｖｅｓｉｍｉｌａｒｔｏｒｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１２)－１.５９００类核糖体蛋白小亚基１３(ＲＰＳ１３ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１３)０.６６(ｃｈｒ１)１.８１０类核糖体蛋白小亚基１９(ＲＰＳ１９ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＳ１９)１.１９(ｃｈｒ５)１.２６０.００(ｃｐｄｎａ)核糖体蛋白大亚基１０(ＲＰＬ１０ꎬＲｉｂｏｓｏｍａｌｐｒｏｔｅｉｎＬ１０)０.９３(ｃｈｒ１/５)１.４５０线粒体ｍＲＮＡ成熟酶Ｒ(ＭＡＴＲꎬＭａｔｕｒａｓｅＲ)１.１９００ＡＴＰ合成酶６(ＡＴＰ６ꎬＡＴＰｓｙｎｔｈａｓｅ６)００－４.９１细胞色素Ｃ合成前体(ＣＣＢꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅＣｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓｐｒｏｔｅｉｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒ)－０.７９００细胞色素Ｃ合成前体(ＣＣＢ２０６ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅＣｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓｏｒｆ２０６)０.４０－４.２６细胞色素Ｃ合成前体Ｃ端(ＣＣＢ４５２ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅＣｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓｏｒｆ４５２)０.４００细胞色素Ｃ合成前体Ｎ端１(ＣＣＢ３８２ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅＣｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓｏｒｆ３８２)０.２６００细胞色素Ｃ合成前体Ｎ端２(ＣＣＢ２０３ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅＣｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓｏｒｆ２０３ｐｒｏｔｅｉｎ)０.７９００细胞色素ｂ(ＣＯＢꎬＡｐｏｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅｂ)０－１.０８０细胞色素ｃ氧化酶亚基２(ＣＯＸ２ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅｃｏｘｉｄａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ２)－０.１３００细胞色素ｃ氧化酶亚基１(ＣＯＸ１ꎬＣｙｔｏｃｈｒｏｍｅｃｏｘｉｄａｓｅｓｕｂｕｎｉｔ１)１.７２００㊀注:ＦＣ表示低温条件下的相对表达量ꎬ即低温表达量/室温表达量ꎻｃｈｒ表示该基因由染色体编码ꎻｃｐｄｎａ表示该基因由叶绿体基因组编码ꎮ㊀Ｎｏｔｅ:ＦＣｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｅｖｅｌｕｎｄｅｒｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｃｈｒｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｇｅｎｅｉｓｅｎｃｏｄｅｄｂｙｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅꎬａｎｄｃｐｄｎａｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｇｅｎｅｉｓｅｎｃｏｄｅｄｂｙｔｈｅｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｇｅｎｏｍｅ.４４１１广㊀西㊀植㊀物４０卷图１㊀三种植物线粒体基因低温差异表达热图Ｆｉｇ.１㊀Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｈｅａｔｍａｐｏｆｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓ呼吸链复合体Ｉ亚基基因２个ꎬ复合体Ⅲ亚基基因１个ꎬ核糖体亚基基因１３个ꎻ雪莲低温差异表达基因２个ꎬ均在呼吸链复合体上ꎬ其中复合体Ⅲ亚基１个ꎬ复合体Ⅳ亚基基因１个ꎮ其中ꎬ低温差异表达上调基因中拟南芥主要为电子传递链复合体亚基基因ꎬ番茄为核糖体亚基基因ꎬ雪莲无上调表达基因ꎮ其中ꎬ雪莲线粒体下调基因ＣＣＢ２０６和ＣＯＢ下调幅度较大ꎬ在拟南芥和番茄中均上调的线粒体基因ꎬ上调幅度均是番茄大于拟南芥ꎮ２.２三种植物线粒体低温差异基因相对表达量分析通过三种植物低温差异表达热图ꎬ雪莲与拟南芥相对于番茄在基因的表达模式上更为相近ꎮ在基因的表达聚类上ꎬ所有差异表达基因可分为６大类ꎬ从上到下分别为６类(图１)ꎮ其中第一类和第二类主要是线粒体核糖体亚基基因ꎬ低温差异表达模式大致相似ꎬ按雪莲㊁拟南芥到番茄依次递增ꎮ第一类中雪莲不变ꎬ拟南芥上调较小ꎬ番茄上调程度最大ꎻ第二类中除核糖体亚基外ꎬ还有两个呼吸链复合体亚基基因ＡＴＰ６和ＣＣＢ２０６ꎬ其低温差异表达与第一类相似ꎬ但拟南芥与番茄的低温差异表达程度差异不大ꎬ雪莲不变或显著下调ꎬ拟南芥和番茄均上调ꎬ且上调幅度一致ꎮ第五类也５４１１８期王赛赛等:三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析图２㊀三种植物呼吸链相关线粒体基因启动子顺式作用元件分析Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｃｈａｉｎ￣ｒｅｌａｔｅｄｇｅｎｅｓｐｒｏｍｏｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓ是由核糖体亚基基因组成ꎬ表达模式与第一类和第二类有一定的相似性ꎬ其低温差异表达模式番茄同样是显著上调表达ꎬ雪莲与拟南芥不变或下调幅度较小ꎮ第三类㊁第四类和第六类主要为呼吸链复合体亚基基因ꎮ第三类低温差异表达为雪莲和番茄差异较小或不变ꎬ拟南芥上调程度最大ꎻ第四类低温差异表达按番茄㊁雪莲㊁拟南芥依次递增ꎬ番茄差异表达下调程度大ꎬ雪莲不变ꎬ拟南芥差异表达上调或不变ꎻ第六类低温差异表达为雪莲和番茄不变ꎬ拟南芥下调幅度较小ꎮ其中第一类㊁第二类和第四类的部分核糖体亚基基因的差异表达情况与其低温耐受性呈负相关ꎮ三种植物线粒体在低温表达模式均有差异ꎬ整体上雪莲与拟南芥相较于番茄的低温表达模式更为相近ꎬ表明其耐受性与线粒体低温表达模式可能存在某种关联性ꎮ２.３三种植物的线粒体基因低温差异表达情况的验证选取ＮＡＤ１㊁ＮＡＤ３㊁ＮＡＤ５㊁ＲＰＳ１２㊁ＲＰＬ２㊁ＲＰＬ５㊁ＡＴＰ６㊁ＣＯＢ㊁ＣＣＢ２０６㊁ＣＯＸ１和ＣＯＸ２等１１个线粒体基因进行低温表达差异检测ꎬ荧光定量ＰＣＲ结果如表３所示ꎬ表中数据为根据各基因低温相对表达量(即２－ΔΔＣＴ)的差异程度分为不同的等级ꎮ雪莲线粒体基因低温处理后的差异表达基因数比低温转录组中的较多ꎬ但大部分基因表达量与转录组数据一致ꎮ在转录组数据中没有筛选６４１１广㊀西㊀植㊀物４０卷表３㊀三种植物线粒体基因的低温实时荧光定量ＰＣＲ结果统计Ｔａｂｌｅ３㊀Ｒｅｓｕｌｔｓｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＰＣＲｉｎｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅｎｅｓａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ基因名称Ｇｅｎｅｎａｍｅ拟南芥Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ番茄Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ雪莲ＳａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａＮＡＤ１＋＋＋－－－ＮＡＤ３＋＋＋－＋ＮＡＤ５＋＋＋－－－－ＲＰＳ１２＋＋＋＋－ＲＰＬ２＋＋＋＋＋－ＲＰＬ５－－＋＋＋－ＡＴＰ６＋＋＋＋＋－－－ＣＯＢ＋＋－－－ＣＣＢ２０６＋＋－－－－ＣＯＸ１－－＋＋ＣＯＸ２＋＋＋＋㊀注:＋＋＋表示该基因上调表达程度极显著ꎬ＋＋表示上调表达程度显著ꎬ＋表示上调表达程度不显著ꎻ－－－表示下调表达程度极显著ꎬ－－表示下调表达程度显著ꎬ－表示下调程度不显著ꎮ㊀Ｎｏｔｅ:＋＋＋ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｖｅｒｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎬ＋＋ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎬ＋ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎻ－－－ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｖｅｒｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎬ－－ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎬ－ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｏｗｎ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｉｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ.出变化的基因ꎬ在荧光定量验证中出现了变化ꎬ但变化量不大ꎬ且重复实验中数据变化量不一致ꎬ使用数据较好的一组ꎬ求平均值进行计算ꎬ会存在一定的实验误差ꎬ当然也可能是由于转录组误差所致ꎬ但其表达量变化不显著ꎬ仍可以进行相关分析ꎮ但总体上三种植物的低温差异表达基因与转录组数据一致ꎬ少数基因的相对表达量大小可能有所出入ꎬ但表达量变化趋势没有变化ꎮ２.４三种植物的线粒体呼吸链基因的启动子分析通过对三种低温差异表达基因的筛选ꎬ其中与呼吸链相关的基因主要有ＮＡＤ１㊁ＮＡＤ２㊁ＮＡＤ４㊁ＮＡＤ５㊁ＮＡＤ６㊁ＮＡＤ７㊁ＮＡＤ９㊁ＡＴＰ６㊁ＣＣＢ３８２㊁ＣＣＢ２０６㊁ＣＣＢ２５６㊁ＣＣＢ４５２㊁ＣＯＢ㊁ＣＯＸ１和ＣＯＸ２ꎬ分别分析其启动子ꎬ启动子中的顺式作用元件种类主要有光响应元件㊁缺氧与厌氧诱导响应元件㊁茉莉酸甲酯响应元件㊁赤霉素响应元件㊁生长素响应元件㊁脱落酸响应元件㊁水杨酸响应元件㊁防御与胁迫响应元件㊁低温响应元件㊁细胞周期调节响应元件ꎬ启动子和增强子区域中常见的响应元件ＣＡＡＴ￣ｂｏｘ㊁ＧＣ￣ｍｏｔｉｆꎬ核心启动子元件ＴＡＴＡ￣ｂｏｘꎬ参与昼夜控制元件ｃｉｒｃａｄｉａｎ等具有不同功能的顺式作用原件ꎮ图２列出了呼吸链相关线粒体基因的元件类型与数量ꎮ由表４可知ꎬ低温响应元件ＬＴＲＥ和脱落酸响应元件ＡＢＲＥ是基因低温诱导调控中的关键元件ꎮ在雪莲中显著下调的ＡＴＰ６和ＣＣＢ２０６基因的启动子中均包含１个ＡＢＲＥ和０个ＬＴＲＥ元件ꎬ说明该ＡＢＡ响应元件可能与其他逆境诱导有关ꎮ拟南芥中低温显著上调的大多数基因均可发现其启动子中包含ＬＴＲＥ或ＡＢＲＥꎬ如ＮＡＤ１㊁ＮＡＤ５和ＮＡＤ９等ꎮ但在拟南芥中ＮＡＤ７作为显著低温上调基因ꎬ其基因启动子区域却均未发现ＬＴＲＥ和ＡＢＲＥꎬ说明该基因的低温诱导表达与其他诱导信号关联ꎮ番茄中的ＮＡＤ１和ＮＡＤ５基因类似与雪莲的ＡＴＰ６和ＣＣＢ２０６基因ꎬ均可发现ＡＢＲＥ元件的存在ꎮ整体上ꎬ大多低温上调表达的基因均可在其表达调控区域发现ＬＴＲＥ或ＡＢＲＥꎬ说明线粒体基因的表达受低温信号或相关激素信号的调控ꎬ但这种调控模式在不同植物间具有很大差异ꎮ２.５不同温度适应性植物线粒体基因序列分析与对比通过ＮＣＢＩ根据不同适应温度ꎬ下载１７种不同温度适应性植物线粒体编码蛋白序列ꎬ进行多序列分析ꎬ并构建系统发育进化树ꎮ由于植物线粒体基因组主要编码部分呼吸链复合体Ⅰ－Ⅵ亚基基因ꎬ这些复合体亚基基因不仅序列上高度保守ꎬ而且在数量上基本相同ꎮ所以各植物选择的线粒体编码基因序列主要是由ＮＡＤ１㊁ＮＡＤ３㊁ＮＡＤ５㊁ＮＡＤ７㊁ＮＡＤ９㊁ＣＯＢ㊁ＣＣＢ㊁ＣＯＸ１㊁ＲＰＳ３㊁ＲＰＳ５和ＲＰＬ５等具有较高保守结构域的基因序列构成ꎮ由图３可知ꎬ雪莲与菊花和向日葵虽同属一科ꎬ但其序列相似度却不高ꎬ与其序列相似度较高的为拟南芥㊁牛舌藓㊁万年藓㊁甘蓝和欧洲山杨ꎮ与雪莲保守序列相似性较高的ꎬ除拟南芥与甘蓝外ꎬ其他均分布在寒温带针叶林ꎬ且都具有抗寒特性ꎬ表７４１１８期王赛赛等:三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析表４　主要功能元件与统计Ｔａｂｌｅ４㊀Ｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｍｏｔｅｒｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ基因名称Ｇｅｎｅｎａｍｅ功能元件及其数量Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｑｕａｎｔｉｔｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ低温响应元件Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔ雪莲Ｓａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ拟南芥Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ番茄Ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍ脱落酸响应元件Ａｂｓｃｉｓｉｃａｃｉｄｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔ雪莲Ｓａｕｓｓｕｒｅａｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａ拟南芥Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ番茄ＬｙｃｏｐｅｒｓｉｃｏｎｅｓｃｕｌｅｎｔｕｍＮＡＤ１１２０２０１ＮＡＤ２０２０１２２ＮＡＤ３００１１１０ＮＡＤ４００１５１０ＮＡＤ５０１００３１ＮＡＤ６０１２２１１ＮＡＤ７００１２００ＮＡＤ９３１１１１１ＡＴＰ６００１１６０ＣＣＢ３８２０００００１ＣＣＢ２０６０２１１００ＣＣＢ２５６０００１１２ＣＣＢ４５２１１００３０ＣＯＢ０１０２０２ＣＯＸ１１２０１０１ＣＯＸ２０１３０１１明雪莲与其他植物的线粒体序列差异不仅体现在种属差异ꎬ还与其生长环境差异有关ꎮ高度保守的蛋白序列之间存在的差异ꎬ一定程度上与其所处环境压力有关ꎮ虽然雪莲㊁菊花㊁向日葵等同属菊科植物ꎬ但在进化关系上距离较远ꎬ与万年藓㊁牛舌藓㊁欧洲山杨等高山植物的进化距离较近ꎬ说明雪莲线粒体在高寒环境影响下ꎬ进化出自身适应该环境的机制ꎬ基因结构也与其他菊科植物产生较大差异ꎮ３㊀讨论与结论三种植物在低温下差异表达基因ꎬ主要集中在电子传递链各复合物亚基和核糖体蛋白亚基基因ꎮ由于植物的低温响应机制特别复杂ꎬ本文只针对呼吸链相关基因低温表达差异与低温耐受性之间的关系ꎮ通过对呼吸链相关基因分析发现ꎬ其中番茄和拟南芥中ＮＡＤＨ脱氢酶亚基基因差异表达最多ꎬ即拟南芥与番茄冷胁迫的影响主要是依赖于ＮＡＤＨ的呼吸受抑制程度较大ꎬ而依赖于琥珀酸的呼吸受抑制较轻ꎬ冷胁迫主要破坏呼吸链中复合体Ⅰ的活性ꎬ复合体Ⅰ低温下差异表达情况ꎬ对其低温耐受性有重要作用(Ｄａｎｉｅｌａｅｔａｌ.ꎬ２００７)ꎮ拟南芥与番茄在调节依赖于ＮＡＤＨ的电子传递途径时的差异ꎬ如ＮＡＤ１㊁ＮＡＤ５拟南芥中显著上调ꎬ而番茄显著下调ꎬ反映出拟南芥与番茄在冷胁迫上的耐受性差异ꎮ两种植物的电子传递链复合体Ⅲ㊁ＩＶ亚基基因在冷胁迫下也具有不同的表达模式ꎬ该复合体同样在植物低温胁迫下具有重要作用ꎬ其表达上调有助于呼吸电子链的电子传递ꎬ有助于氧自由基的消耗ꎬ减少活性氧对细胞的损伤(Ｖｅｒｒｉｅｒｅｔａｌ.ꎬ２００８ꎻＲａｙａｐｕｒａｍｅｔａｌ.ꎬ２００８ꎻＧａｕｄｅｔｅｔａｌ.ꎬ２０１１)ꎮ拟南芥和番茄该复合体亚基基因的低温差异表达模式同样有区别ꎬ拟南芥中该复合体亚基基因大多显著上调表达ꎬ番茄中下调表达或不变ꎬ如ＣＣＢ㊁ＣＯＸ等基因在两种植物中的低温表达差异ꎬ这种表达差别同样是其低温耐受性差异的原因ꎮ雪莲的呼吸链相关基因８４１１广㊀西㊀植㊀物４０卷图３㊀线粒体低温差异表达基因的进化分析Ｆｉｇ.３㊀Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｅｘｐｒｅｓｓｅｄｇｅｎｅｓｉｎｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ的差异表达模式不同于其他两种植物ꎬ由于其较强的低温耐受性ꎬ复合体Ⅰ－Ⅳ的大部分亚基基因均未受到低温伤害ꎬ只有复合体Ⅳ㊁Ⅴ中的ＣＣＢ和ＡＴＰ６出现显著下调ꎬ冷胁迫主要影响的是其电子传递链的最后部分ꎬ通过控制能量代谢速率降低机体能量消耗和呼吸效率ꎬ来应对低温胁迫(Ｊａｃｏｂｙｅｔａｌ.ꎬ２０１１)ꎮ三种植物在低温胁迫下表达模式和调控机制的差异ꎬ可能是形成其低温耐受性差异的一个原因ꎮ通过对呼吸链相关基因蛋白序列分析得出ꎬ虽然雪莲㊁菊花㊁向日葵等同属菊科植物ꎬ但在进化关系上距离较远ꎬ与万年藓㊁牛舌藓㊁欧洲山杨等高山植物的进化距离较近ꎬ雪莲与其他植物的线粒体序列差异不仅体现在种属差异ꎬ还与其生长环境差异有关ꎮ通过以上对三种植物的线粒体差异表达基因模式和基因表达聚类分析得出ꎬ雪莲与拟南芥相对于番茄在基因的表达模式上更为相近ꎻ不同冷耐受性植物线粒体之间的线粒体保守序列分析得出ꎬ虽然雪莲和菊花㊁向日葵等同属菊科植物ꎬ但在进化关系上距离较远ꎬ却与万年藓㊁牛舌藓和欧洲山杨等高山植物的进化距离较近ꎬ这一现象同样验证了一部分线粒体基因的低温差异表达与其自身冷耐受性相关联这一结论ꎮ参考文献:ＢＡＲＲＥＲＯ￣ＧＩＬＪꎬＨＵＥＲＴＡＳＲꎬＲＡＭＢＬＡＪＬꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１６.Ｔｏｍａｔｏｐｌａｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｉｒｔｏｌｅｒａｎｃｅｔｏｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎａｃｈｉｌｌｉｎｇａｃｃｌｉｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｎｔａｉｌｉｎｇｃｏｍ￣ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌａｎｄｍｅｔａｂｏｌｉｃａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＣｅｌｌ＆Ｅｎｖｉｒｏｎꎬ３９(１０):２３０３－２３１８.ＣＨＡＮＧＪＦꎬ２００７.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ９４１１８期王赛赛等:三种植物线粒体基因低温差异表达比较分析ｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｐａｔｈｗａｙｓｉｎＣｈｏｒｉｓｐｏｒａｂｕｎｇｅａｎａｕｎｄｅｒｃｈｉｌｌｉｎｇｓｔｒｅｓｓ[Ｄ].Ｌａｎｚｈｏｕ:ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ.[常建锋ꎬ２００７.高山离子芥线粒体交替途径介导的抗寒特征研究[Ｄ].兰州:兰州大学.]ＤＡＮＩＥＬＡＶꎬＲＯＳＡＡＮＮＡＶꎬＭＡＲＩＡＣＯＮＣＥＴＴＡＤＰꎬｅｔａｌ.ꎬ２００７.ＩｎｔｈｅｅａｒｌｙｐｈａｓｅｏｆｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈｉｎＴｏ￣ｂａｃｃｏＢｒｉｇｈｔＹｅｌｌｏｗ２ｃｅｌｌｓｔｈｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌａｄｅｎｉｎｅｎｕｃｌｅ￣ｏｔｉｄｅｔｒａｎｓｌｏｃａｔｏｒꎬａｄｅｎｙｌａｔｅｋｉｎａｓｅａｎｄｎｕｃｌｅｏｓｉｄｅｄｉｐｈｏｓ￣ｐｈａｔｅｋｉｎａｓｅａｒｅｉｍｐａｉｒｅｄｉｎａｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ￣ｄｅ￣ｐｅｎｄｅｎｔｍａｎｎｅｒ[Ｊ].ＢｉｏｃｈｉｍＢｉｏｐｈｙｓＡｃｔａꎬ１７６７(１):６６－７８.ＦＯＹＥＲＣＨꎬＮＯＣＴＯＲＧꎬ２０１０.Ｒｅｄｏｘｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｓｉｇｎａｌｌｉｎｇａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｉｎｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｓꎬｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅｓａｎｄｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｏｌＰｌａｎｔꎬ１１９(３):３５５－３６４ＧＡＵＤＥＴＰꎬＬＩＶＳＴＯＮＥＭＳꎬＴＨＯＭＡＳＰＤꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１１.Ｐｈｙ￣ｌｏｇｅｎｅｔｉｃ￣ｂａｓｅｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎｎｏｔａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｇｅｎｅｏｎｔｏｌｏｇｙｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ[Ｊ].ＢｒｉｅｆＢｉｏｉｎｆｏｒｍꎬ１２(５):４４９－４６２.ＪＡＣＯＢＹＲＰꎬＴＡＹＬＯＲＮＬꎬＨＡＲＶＥＹＭꎬ２０１１.Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｉｎｓａｌｉｎｉｔｙｔｏｌｅｒａｎｃｅ[Ｊ].ＴｒｅｎｄｓＰｌａｎｔＳｃｉꎬ１６(１１):６１４－６２３.ＬＥＳＣＯＴＭꎬＤÉＨＡＩＳＰꎬＴＨＩＪＳＧꎬｅｔａｌ.ꎬ２００２.ＰｌａｎｔＣＡＲＥ:ａｄａｔａｂａｓｅｏｆｐｌａｎｔｃｉｓ￣ａｃｔｉｎｇｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄａｐｏｒｔａｌｔｏｔｏｏｌｓｆｏｒｉｎｓｉｌｉｃｏａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｍｏｔｅｒｓｅｑｕｅｎｃｅｓ[Ｊ].ＮｕｃｌＡｃｉｄｓＲｅｓꎬＤａｔａｂａｓｅｉｓｓｕｅꎬ３０(１):３２５－３２７.ＬＩＪꎬＹＡＮＰＹꎬＱＩＡＮＦＪꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１７.Ｓａｓｕｓｓｕｒｅｄｉｎｖｏｌｕｃｒａｔａｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅ[Ｊ].ＣｈｉｎＢｕｌｌＢｏｔꎬ５２(４):５３０－５３８.[李锦ꎬ严潘瑶ꎬ钱飞箭ꎬ等ꎬ２０１７.新疆天山雪莲转录组注解知识库[Ｊ].植物学报ꎬ５２(４):５３０－５３８.]ＬＩＵＭＪꎬＳＵＮＸＪꎬＺＨＡＮＧＺＳꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１４.Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｏｆｐｌａｎｔｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉ￣ｃａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｂｉｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＪＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌꎬ５０(１):１１１－１１６.[刘美君ꎬ孙学娟ꎬ张子山ꎬ等ꎬ２０１４.植物线粒体呼吸状态的研究方法及其在植物生物学中的应用[Ｊ].植物生理学报ꎬ５０(１):１１１－１１６.]ＭＡＸＬꎬＺＨＯＵＬＪꎬＳＵＮＭＣꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１３.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｄｖａｎｃｅｏｎｐｌａｎｔｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｃｏｍｐｌｅｘｅｓａｎｄｉｔｓｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｎａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ[Ｊ].ＪＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃＳｃｉꎬ４１(１９):８０９５－８０９６.[马晓蕾ꎬ周丽娟ꎬ孙孟超ꎬ等ꎬ２０１３.线粒体复合体及其对活性氧的调控研究进展[Ｊ].安徽农业科学ꎬ４１(１９):８０９５－８０９６.]ＭＩＬＬＡＲＡＨꎬＷＨＥＬＡＮＪꎬＳＯＯＬＥＫＬꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１１.Ｏｒｇａｎｉ￣ｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｓ[Ｊ].ＡｎｎＲｅｖＰｌａｎｔＢｉｏｌꎬ６２(１):７９－１０４.ＰＩＣＡＵＬＴＮꎬＨＯＤＧＥＳＭꎬＰＡＬＭＩＥＲＩＬꎬｅｔａｌ.ꎬ２００４.ＴｈｅｇｒｏｗｉｎｇｆａｍｉｌｙｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｃａｒｒｉｅｒｓｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ[Ｊ].ＴｒｅｎｄｓＰｌａｎｔＳｃｉꎬ９(３):１３８－１４６.ＱＩＮＧＺꎬＭＥＮＧＸＨꎬＷＡＮＧＱꎬｅｔａｌ.ꎬ２００９.Ｏｘｉｄａｔｉｖｅｄａｍａｇｅｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｐｒｏｔｅｉｎｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｔｏｆｒｕｉｔｓｅｎｅｓ￣ｃｅｎｃｅ:Ａｒｅｄｏｘｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＪＰｒｏｔｅｏｍｅＲｅｓꎬ８(５):２４４９－２４６２.ＲＡＣＨＥＬＣꎬＲＹＡＮＬꎬＰＡＲＫＥＲＫＬꎬｅｔａｌ.ꎬ２００５.Ｓｔｒｅｓｓ￣ｉｎ￣ｄｕｃｅｄｃｏ￣ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｃｈａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ[Ｊ].ＰｌａｎｔＭｏｌＢｉｏｌꎬ５８(２):１９３－２１２.ＲＡＹＡＰＵＲＡＭＮꎬＨＡＧＥＮＭＵＬＬＥＲＪꎬＧＲＩＥＮＥＮＢＥＲＧＥＲＪＭꎬｅｔａｌ.ꎬ２００８.ＴｈｅｔｈｒｅｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｅｎｃｏｄｅｄＣｃｍＦｐｒｏｔｅｉｎｓｆｏｒｍａｃｏｍｐｌｅｘｔｈａｔｉｎｔｅｒａｃｔｓｗｉｔｈＣＣＭＨａｎｄｃ￣ｔｙｐｅａｐｏｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅｓｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ[Ｊ].ＪＢｉｏｌＣｈｅｍꎬ２８３(３７):２５２００－２５２０８.ＳＡＩＲＡＭＲＫꎬＳＲＩＶＡＳＴＡＶＡＧＣꎬ２００２.Ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｓｕｂ￣ｃｅｌｌｕｌａｒｆｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｏｌｅｒａｎｔａｎｄｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅｗｈｅａｔｇｅｎｏｔｙｐｅｓｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｌｏｎｇｔｅｒｍｓａｌｔｓｔｒｅｓｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＳｃｉꎬ１６２(６):８９７－９０４.ＳＬＯＡＮＤＢꎬＷＵＺꎬＳＨＡＲＢＲＯＵＧＨＪꎬ２０１８.ＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｅｒｒｏｒｓｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｇｅ￣ｎｏｍｅｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＣｅｌｌꎬ３０(３):５２５－５２７.ＴＡＮＹＦꎬＭＩＬＬＡＲＡＨꎬＴＡＹＬＯＲＮＬꎬ２０１２.Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｏｘｉｄａｔｉｖｅｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎｖａｒｙｉｎａｂｕｎｄａｎｃｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｃｏｌｄａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＪＰｒｏ￣ｔｅｏｍｅＲｅｓꎬ１１(７):３８６０－３８７９.ＴＡＹＬＯＲＮＬꎬＴＡＮＹＦꎬＪＡＣＯＢＹＲＰꎬｅｔａｌ.ꎬ２００９.ＡｂｉｏｔｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｄｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔꎬｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａａｎｄｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅｐｒｏｔｅｏｍｅｓ[Ｊ].ＪＰｒｏｔｅｏｍｉｃｓꎬ７２(３):３６７－３７８.ＴＵＬＡＨＡＳꎬＢＩＲＣＨ￣ＭＡＣＨＩＮＭＡꎬ２０１３.Ｓｔｒｅｓｓｅｄｏｕｔｍｉｔｏ￣ｃｈｏｎｄｒｉａ:ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｉｎａｇｅｉｎｇａｎｄｃａｎｃｅｒｆｏ￣ｃｕｓｓｉｎｇｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｎｄｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓｉｎｈｕｍａｎｓｋｉｎ[Ｊ].Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉｏｎꎬ１３(５):４４４－４５３.ＶＡＮＨＯＵＤＴＮꎬＶＡＮＤＥＮＨＯＶＥＨꎬＨＯＲＥＭＡＮＳＮꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１１.Ｕｎｒａｖｅｌｉｎｇｕｒａｎｉｕｍｉｎｄｕｃｅｄｏｘｉｄａｔｉｖｅｓｔｒｅｓｓｒｅｌａｔｅｄｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅｓｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａｓｅｅｄｌｉｎｇｓꎬＰａｒｔＩ:ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｉｎｔｈｅｒｏｏｔｓ[Ｊ].ＪＥｎｖｉｒｏｎＲａｄｉｏａｃｔｉｖꎬ１０２(６):６３０－６３７.ＶＥＲＲＩＥＲＰＪꎬＢＩＲＤＤꎬＢＯＢꎬｅｔａｌ.ꎬ２００８.ＰｌａｎｔＡＢＣｐｒｏ￣ｔｅｉｎｓＡｕｎｉｆｉｅｄｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅａｎｄｕｐｄａｔｅｄｉｎｖｅｎｔｏｒｙ[Ｊ].ＴｒｅｎｄｓＰｌａｎｔＳｃｉꎬ１３(４):１５１－１５９.ＶＯＧＥＬＪＴꎬＺＡＲＫＡＤＧꎬＴＨＯＭＡＳＨＯＷＭＦꎬｅｔａｌ.ꎬ２００５.ＲｏｌｅｓｏｆＣＢＦ２ａｎｄＺＡＴ１２ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｉｎｃｏｎ￣ｆｉｇｕｒｉｎｇｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｏｆＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＪꎬ４１(２):１９５－２１１.ＹＩＮＧＫꎬＳＵＮＨＭꎬＸＩＮＸꎬｅｔａｌ.ꎬ２００９.Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｄａｍａｇｅｉｎｔｈｅｓｏｙｂｅａｎｓｅｅｄａｘｉｓｄｕｒｉｎｇｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎａｔｃｈｉｌｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＣｅｌｌＰｈｙｓｉｏｌꎬ５０(７):１３０５－１３１８.ＺＨＯＵＹＦꎬＷＡＮＧＤＱꎬＬＵＺＢꎬｅｔａｌ.ꎬ２０１３.Ｉｍｐａｃｔｓｏｆｄｒｏｕｇｈｔｓｔｒｅｓｓｏｎｌｅａｆｏｓｍｏｔｉｃａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｃｈｏｒｏｐｌａｓｔｕｌｔｒａ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｔａｙｇｒｅｅｎｓｏｒｇｈｕｍ[Ｊ].ＣｈｉｎＪＡｐｐｌＥｃｏｌꎬ２４(９):２５４５－２５５０.[周宇飞ꎬ王德权ꎬ陆樟镳ꎬ等ꎬ２０１３.干旱胁迫对持绿性高粱叶片渗透调节及叶绿体超微结构的影响[Ｊ].应用生态学报ꎬ２４(９):２５４５－２５５０.](责任编辑㊀何永艳)０５１１广㊀西㊀植㊀物４０卷 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基于GEO_和TCGA_数据库对肺腺癌差异表达基因的生物信息学分析

第 49 卷第 6 期2023年 11 月吉林大学学报（医学版）Journal of Jilin University（Medicine Edition）Vol.49 No.6Nov.2023DOI：10.13481/j.1671‑587X.20230612基于GEO和TCGA数据库对肺腺癌差异表达基因的生物信息学分析叶汇, 孙哲, 周丽婷, 齐雯, 叶琳（吉林大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生教研室，吉林长春130021）［摘要］目的目的：采用生物信息学方法筛选影响肺腺癌（LUAD）的关键基因，分析其生物学功能及其对LUAD预后的影响。

方法方法：于高通量基因表达（GEO）数据库下载GSE118370和GSE136043芯片数据，癌症基因组图谱（TCGA）数据库筛选LUAD相关数据。

采用R软件分析共同表达的差异表达基因（DEGs）。

采用clusterProfile R包对DEGs进行基因本体（GO）功能富集分析，DAVID数据库进行京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，STRING数据库构建蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络。

采用Cytoscape筛选连接度排名前10位的关键基因，GEPIA数据库和人类蛋白质图谱（HPA）数据库分析正常肺组织和LUAD组织中关键基因mRNA和蛋白表达情况及不同分期LUAD组织中关键基因表达情况。

关键基因免疫浸润分析和生存分析获取关键基因表达与患者生存期的相关关系。

结果：共筛选DEGs 428个。

GO分析，LUAD的DEGs在主要富集于上皮-间质转化（EMT）等生物过程（BP）方面、细胞基部等细胞组分（CC）方面和细胞外基质（ECM）结构形成等分子功能（MF）方面。

KEGG分析，LUAD的DEGs主要富集于细胞因子受体相互作用通路等方面。

筛选DNA拓扑异构酶Ⅱα（TOP2A）、果蝇纺锤体异常基因（ASPM）、细胞周期蛋白B1（CCNB1）、人类细胞分裂周期相关基因8（CDCA8）、含杆状病毒IAP重复序列蛋白5（BIRC5）、苏氨酸激酶（AURKA）、驱动蛋白超家族成员20A（KIF20A）、中心体相关蛋白55（CEP55）、着丝粒蛋白F（CENPF）和微管组织因子（TPX2）为关键基因。

基于重症支气管哮喘差异表达基因及其治疗中药筛选的生物信息学分析

第 50 卷第 2 期2024年 3 月吉林大学学报（医学版）Journal of Jilin University（Medicine Edition）Vol.50 No.2Mar.2024DOI：10.13481/j.1671‐587X.20240214基于重症支气管哮喘差异表达基因及其治疗中药筛选的生物信息学分析陈丽平1,2, 韩立1, 卞华1, 庞立业1（1. 南阳理工学院河南省张仲景方药与免疫调节重点实验室，河南南阳473004；2. 河南中医药大学呼吸疾病中医药防治省部共建协同创新中心，河南郑州450046）［摘要］目的目的：通过生物信息学方法探讨重症支气管哮喘［简称重症哮喘（SA）］的差异表达基因，分析其作用机制，并筛选潜在具有治疗作用的中药及活性成分。

方法：在高通量基因表达（GEO）数据库中选取GSE136587和GSE158752数据集，利用R软件对数据集进行差异分析获得差异表达基因，并进行蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络分析，筛选核心基因，寻找关键通路和枢纽基因。

最后将核心基因提交至Coremine数据库筛选具有潜在治疗作用的中药，并通过《中华医典》检索相关中药方剂。

结果结果：共筛选出466个差异表达基因。

通过STRING平台构建PPI网络共筛选包括25 kDa 突触关联蛋白（SNAP25）、谷氨酸离子型受体2（GRIA2）、轴突蛋白1（NRXN1）、钾电压门控通道亚家族A成员1（KCNA1）、突触囊泡蛋白 1（SYT1）和嗜铬蛋白A（CHGA）等核心靶点25个。

基因本体（GO）功能富集显示SA的生物学过程与细胞趋化性和白细胞迁移等有重要关系，京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集的通路主要涉及骨髓白细胞迁移、白细胞趋化性、细胞趋化性、白细胞迁移、对外部刺激反应的正向调节和骨髓白细胞活化等信号通路。

采用网络药理学方法基于核心靶点筛选得到具有潜在治疗SA作用的中药367种，其中人参、水牛角、全蝎和黄芪等中药涉及多个核心靶点，与SA具有高度相关性，在《中华医典》中检索具有高度相关性的中药，共得到17个潜在具有治疗效果的中药方剂。

第五讲quantitative proteomics

Function Proteomics
Function proteomics: the function of the proteins, mainly proteins interaction. Technology: 1.yeast two hybrid 2.phage display 3.TAP(tandem affinity purification) 4. Bioinformatics
Isotope-coded affinity tags (ICAT) in vitro
Gygi,S.P.,et al. Nat Biotech, 1999, 17, 994-9
Advantages
1. The method is compatible with any amount of protein harvested from bodily fluids, cells or tissues under any growth conditions. 2. The alkylation reaction is highly specific and occurs in the presence of salts, detergents, and stabilizers (e.g. SDS, urea, guanidine-HCl). 3. The complexity of the peptide mixture is reduced by isolating only cysteine-containing peptides. 4. The ICAT strategy permits almost any type of biochemical, immunological, or physical fractionization, which makes it compatible with the analysis of low- abundance proteins.

曼氏无针乌贼Phb2基因的克隆和其在不同生长阶段的表达分析

曼氏无针乌贼Phb2基因的克隆和其在不同生长阶段的表达分析毋玉婷;郭宝英;祁鹏志;吕振明;吴常文;史会来;平洪领【摘要】Phb2 是抗增殖蛋白(Prohibitin)的一个亚型.本研究利用 RACE 技术首次获得了曼氏无针乌贼(Sepiella ja-ponica)Phb2基因的全长序列,该序列全长为1283 bp,其中5′非编码区(5′-UTR)150 bp,3′非编码区(3′-UTR)236 bp,开放阅读框(ORF)897 bp,预测编码298个氨基酸.序列分析表明,曼氏无针乌贼Phb2基因编码的蛋白无信号肽,第20~42位氨基酸为跨膜结构, 包含1个PHB家族的结构域.采用荧光定量PCR技术检测其在曼氏无针乌贼不同生长时期(幼体、产卵前、产卵中、产卵后濒死前)各组织中的表达情况, 结果显示, Phb2在4个时期的各组织中均有表达, 其中, 幼体和濒死前表达量较低, 产卵前和产卵中的表达量则相对较高, 在各时期中脑、肝表达较多.视腺作为与生殖调控有关的内分泌器官, 其Phb2基因表达具有时期差异性, 在产卵后的表达量由产卵时期的高表达大幅下降, 说明Phb2具有周期调节、控制细胞衰老和凋亡的多效性功能.本研究结果可为进一步了解抗增殖蛋白对曼氏无针乌贼的抗衰老作用提供参考.%Aging and death are very complex biological phenomena. In recent years, aging has become an im-portant research topic. Researchers have explored the mechanisms of aging at the cellular and molecular levels. Sepiella japonica is widely distributed in China's coastal areas,with high food,medicinal,and economic value;it is an important cephalopod of economic value in China. It usually dies after spawning, which is a common char-acteristic of cephalopods. However, the lifecycle and aging-related mechanisms in this squid are still unknown. In this study,we used S.japonica to examine prohibitin,which is ahighly conserved protein that is widely present in eukaryotes from yeasts to mammals and plays an important role in cell cycle management, differentiation, aging, and anti-proliferative activity.Phb2 is a subtype of Prohibitin.We first acquired the Phb2 gene using rapid ampli-fication of the cDNA end (RACE) technique. The full length of the sequence was 1283 bp, containing a 5′-untranslated region (5′-UTR) of 150 bp, a 3′-untranslated region (3′-UTR) of 236 bp, and an open reading frame (ORF) of 897 bp that was predicted to encode 298 amino acids. Sequence analysis showed that the protein encoded by the Phb2 gene did not contain a signal peptide, but contained a domain of the PHB family, and the fragment including 20aa to 42aa was a transmembrane structure. The sequence was 87% similar to Octopus bimaculoides. Phylogenetic analysis showed that S.japonica is clustered with mollusks and arthropods, and the chordate is an-other, which is in accordance with traditional taxonomy. The expression of Phb2 was detected using quantitative real-time PCR on tissues of S.japonica at different growth stages (larvae, spawning, spawning-and-postpartum). The results showed that the Phb2 gene was expressed in all four developmental stages.The expressions were low-er in the larvae and spawning-and-postpartum stages and relatively high during spawning and spawning. Expres-sions in brain and liver tissues were high at all stages. The optic gland, an endocrine organ, was associated with reproductive regulation, and its Phb2 gene expression showed variation over time. Expression of the Phb2 gene was significantly decreased after spawning, which indicated that Phb2 had pleiotropic functions of cycleregula-tion, controlling cell senescence, and apoptosis. The results of this study provide a basis for further study on the anti-aging effects of Prohibitin2 in S.japonica and its expression in cephalopods,and also provides some theoret-ical basis and information for the causes of senility and senescence mechanisms in marine cephalopods.【期刊名称】《中国水产科学》【年(卷),期】2018(025)001【总页数】9页(P9-17)【关键词】抗增殖蛋白Phb2;表达分析;曼氏无针乌贼;抗衰老【作者】毋玉婷;郭宝英;祁鹏志;吕振明;吴常文;史会来;平洪领【作者单位】浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山316022;浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山 316022;浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山 316022;浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山 316022;浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山 316022;浙江省海水增养殖重点实验室浙江省海洋水产研究所,浙江舟山 316022;浙江省海水增养殖重点实验室浙江省海洋水产研究所,浙江舟山 316022【正文语种】中文【中图分类】S917;Q96曼氏无针乌贼(Sepiella japonica,de Rochebrune), 隶属软体动物门(Mollusca), 头足纲(Cephalopoda), 十腕目(Decapoda), 乌贼科(Sepiidae), 无针乌贼属, 在中国沿海分布较广, 具有很高的食用、药用及经济价值。

康替唑胺、利奈唑胺对革兰阳性菌的体外抗菌活性及生物被膜抑制机制

康替唑胺、利奈唑胺对革兰阳性菌的体外抗菌活性及生物被膜抑制机制曹心怡1，沈宗霖2，李桂秋3，林志伟2，郑金鑫2，余治健2，魏影1，41 佳木斯大学临床医学院，黑龙江佳木斯154003；2 华中科技大学协和深圳医院深圳市内源性感染重点实验室；3 华中科技大学协和深圳医院检验医学中心；4 黑龙江省卫生健康管理服务评价中心摘要：目的　探讨康替唑胺、利奈唑胺对常见革兰阳性菌金黄色葡萄球菌、粪肠球菌的体外抗菌活性，初步分析其抑制生物被膜的相关机制。

方法　取革兰阳性菌金黄色葡萄球菌、粪肠球菌，采用微量肉汤稀释法测定康替唑胺、利奈唑胺对金黄色葡萄球菌、粪肠球菌的最小抑菌浓度（MIC ）。

通过生长曲线检测不同药物浓度下细菌生长情况，在不抑制细菌生长的药物浓度下通过结晶紫染色观察细菌生物被膜形成情况及生物被膜内细菌存活率。

采用蛋白质组学筛选康替唑胺、利奈唑胺作用下革兰阳性菌生物被膜差异表达蛋白，基因本体（GO ）功能注释及京都基因与基因组百科全书（KEGG ）通路分析差异表达蛋白功能，蛋白质相互作用网络（PPI ）观察蛋白之间相互作用关系。

结果　康替唑胺及利奈唑胺对金黄色葡萄球菌、粪肠球菌表现出广谱抗菌活性，被选入实验所用菌株MIC 均≤4 µg /mL ，生长曲线结果显示康替唑胺、利奈唑胺在1/2×MIC 并未影响细菌生长，结晶紫染色及生物被膜存活菌计数显示亚抑菌浓度下两种药物能够抑制金黄色葡萄球菌、粪肠球菌生物被膜形成；康替唑胺、利奈唑胺作用下革兰阳性菌生物被膜差异表达蛋白分别为290、222个，差异蛋白主要涉及rpmJ 、rplE 、SasG 、luxS 、ald1、D -丙氨酸氨基转移酶等。

GO 注释分析显示，康替唑胺作用下差异表达蛋白主要与丙酮酸代谢过程、氨基酸代谢等过程相关；利奈唑胺作用下差异表达蛋白主要涉及嘧啶代谢过程、嘌呤代谢、氨基酸代谢等过程。

KEGG 分析显示，康替唑胺作用下差异表达蛋白主要涉及萘降解、嘧啶代谢、糖酵解、核糖体切除修复等过程；利奈唑胺作用下差异表达蛋白主要涉及氨基酸降解、脂肪酸降解、嘌呤代谢、戊糖和葡萄糖磷酸盐转化过程。

谷子CHs家族全基因组鉴定及表达分析

doidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2022.03.01山西农业科学2022，50（3）：281-288Journal of Shanxi Agricultural Sciences谷子CHs家族全基因组鉴定及表达分析孙卓楠，付振鑫，孙玉荣，刘旭，张宝俊（山西农业大学植物保护学院，山西太谷030801）摘要：查尔酮合酶（CHs）是植物类黄酮途径的关键酶，在植物生长发育及响应生物与非生物胁迫等方面有重要作用。

利用生物信息学方法筛选了Xiaomi中CHs基因家族成员，并对其系统进化、理化性质、蛋白结构、启动子顺式作用元件及表达情况进行分析。

结果表明，共鉴定到同时含有Chal_sti_synt_C和Chal_sti_synt_N保守域的谷子CHs基因33个，分布于1、2、4、5、7、8、9号染色体，其中在8号染色体上分布最多为11个，编码氨基酸平均数目423个，蛋白分子质量为16.74~57.50ku；系统发育分析表明，CHs家族基因同源性较高，且该家族成员含有响应水杨酸和生长素等激素的顺式作用元件及调控类黄酮生物合成相关基因，不同基因在种子、根、茎、叶和穗之间存在组织特异性表达，其中SiCHs2、SiCHs27和SiCHs32基因在茎部表达量高，SiCHs18基因在根部表达量高；转录表达分析表明，受禾生指梗霉菌胁迫，22个SiCHs基因表达显著上调，类黄酮、花青素等物质合成及水杨酸、生长素等激素合成途径显著富集。

综上可见，SiCHs2、SiCHs27和SiCHs32基因可能参与茎部生长调控，SiCHs18基因可能参与根部生长调控，CHs家族基因可通过合成抗病类次生代谢产物及调控激素来响应病原菌侵染。

关键词：谷子；CHs基因家族；系统发育分析；基因表达模式中图分类号：S515文献标识码：A文章编号：1002-2481（2022）03-0281-08Genome-wide identification and expression analysis of CHs family in MilletSUN Zhuonan，FU Zhenxin，SUN Yurong，LIU Xu，ZHANG Baojun（College of Plant Protection，Shanxi Agricultural University，Taigu030801，China）Abstract：Chalcone synthase（CHs）is a key enzyme in plant flavonoid pathway,which plays an important role in plant growth and development and response to biological and abiotic stresses.In this study,CHs gene family members in Xiaomi were screened and its phyletic evolution,physical and chemical properties,protein structure,cis-acting elements and expression of promoters were analyzed using bioinformatics methods.The results showed that a total of33CHs genes in Xiaomi（SiCHs）containing both Chal_sti_synt_C and Chal_sti_synt_N conserved domains were identified,which distributed into No.1,No.2, No.4,No.5,No.7,No.8,No.9chromosomes.No.8chromosome had a maximum of11genes.The average number of amino acids encoded was423,and the molecular weight of the protein was16.74-57.50ku.Phylogenetic analysis showed that the CHs family gene had high homology,contained cis-acting elements in response to hormones such as salicylic acid and auxin and genes related to regulation of flavonoid biosynthesis.Different genes were expressed tissue-specifically among seeds,roots,stems, leaves and ears.SiCHs2,SiCHs27and SiCHs32had significantly high expression in stem,and SiCHs18had significantly high expression in root.Transcriptional expression analysis showed that the expression of22SiCHs genes was significantly up regulated under stress of Sclerospora graminicola,which resulted in synthesis of flavonoids and anthocyanins,and significant enrichment of synthesis paths of the hormones such as salicylic acid and auxin.In summary,SiCHs2,SiCHs27and SiCHs32genes might be involved in the regulation of stem growth,SiCHs18gene might be involved in the regulation of root growth,CHs family genes could respond to pathogenic infection by synthesizing disease-resistant secondary metabolites and regulating hormones.Key words：millet（Setaria italica）;CHs gene family;phylogenetic analysis;gene expression pattern聚酮合成酶（Polyketide Synthase，PKS）可催化聚酮类化合物形成芪类、黄酮类化合物、抗生素及真菌毒素等多种物质，在防御UV、植物体营养生长及响应病原菌侵染等方面具有至关重要的作用[1-2]。

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AnalysisofdifferentialproteinexpressionduringgrowthstatesofFerroplasmastrainsandinsightsintoelectrontransportforironoxidation

MarkDopson,13CraigBaker-Austin1andPhilipL.Bond1,2CorrespondencePhilipBondphil.bond@uea.ac.uk

SchoolofBiologicalSciences1andCentreforEcology,EvolutionandConservation2UniversityofEastAnglia,NorwichNR47TJ,UK

Received21July2005Revised7September2005Accepted9September2005

Toinvestigatethemetabolicbiochemistryofiron-oxidizingextremeacidophiles,aproteomicanalysisofchemomixotrophicandchemo-organotrophicgrowth,aswellasproteinexpressionintheabsenceoforganiccarbon,wascarriedoutinFerroplasmaspecies.Electrontransportchaininhibitorstudies,spectrophotometricanalysisandproteomicresultssuggestthatoxidationofferrousironmaybemediatedbythebluecopper-haemproteinsulfocyaninandthederivedelectronpassestoacbb3terminalelectronacceptor.Despiteprevioussuggestionsofaputativecarbon

dioxideﬁxationpathway,noup-regulationofproteinstypicallyassociatedwithcarbondioxideﬁxationwasevidentduringincubationintheabsenceoforganiccarbon.Althoughalackofknowncarbondioxideﬁxationproteinsdoesnotconstituteproof,theresultssuggestthatthesestrainsarenotautotrophic.Proteinsputativelyinvolvedincentralmetabolicpathways,aprobablesugarpermeaseandﬂavoproteinswereup-regulatedduringchemo-organotrophicgrowthincomparisontotheproteincomplementduringchemomixotrophicgrowth.Theseresultsreﬂectahigherenergydemandtobederivedfromtheorganiccarbonduringchemo-organotrophicgrowth.ProteinswithsuggestedfunctionascentralmetabolicenzymeswereexpressedathigherlevelsduringchemomixotrophicgrowthbyFerroplasmaacidiphilumYTcomparedto‘Ferroplasma

acidarmanus’Fer1.Thisstudyaddressessomeofthebiochemicalandbioenergeticquestionsfundamentalforsurvivaloftheseorganismsinextremeacid-leachingenvironments.

INTRODUCTIONAcidophilicmetal-mobilizingmicro-organismshavebeenisolatedfromacidicenvironmentsandtheirbiodiversityandecologyhavebeenreviewed(Hallberg&Johnson,2001).Inenvironmentscontainingmineralsulﬁdes,metalsarereleasedviaoxidationofthemetalsulﬁdebondbyferricironandtheprocessiscatalysedbytheregenerationofferricironbyferrous-iron-oxidizingmicro-organisms(Singer&Stumm,1970).Asaconsequenceofthepivotalrolethatacidophilicmicro-organismsplayinthegenerationofacidminedrainage(AMD),acidrockdrainage(ARD)andbiologicallycatalysedmobilizationandextractionofmetals(termedbioleaching),thesemicro-organismshaveattractedsigniﬁ-cantattention.

Ferroplasmaspp.areofparticularinterestastheyhavebeenisolatedfromthemostacidicandmetal-richnaturalenviron-mentreportedtodate(Edwardsetal.,2000;Nordstrom&Alpers,1999),aswellashavingbeendetectedfromanumberofotherAMDsitesandcommercialbioleachingplants(Dopsonetal.,2004b;Golyshinaetal.,2000;Gonzalez-Toriletal.,2003;Kinnunen&Puhakka,2004;Okibeetal.,2003).Thegenusincludes‘Ferroplasmaacidarmanus’Fer1isolatedfromIronMountain,CA,USA,wheretypicallythedrainagewaterpHisbetween0?5and1?0andmetalionconcentra-tionsareintherangeoftensofgramsperlitre(Edwardsetal.,2000).TheFer1genomehasbeensequenced(97%complete)anddraftresultsareavailableathttp://genome.ornl.gov/microbial/faci/.OtherFerroplasmastrainsincludeFerroplasmaacidiphilumYT,Y-2,MT17andDR1,alliso-

latedfrombioreactorsformetalremoval(Dopsonetal.,2004b;Golyshinaetal.,2000;Okibeetal.,2003;Pivovarovaetal.,2002).AfurtherFerroplasmalineageisdetectedfromanIronMountainbioﬁlmviaDNAsequencingdirectlyfromthebioﬁlm,termedFerroplasmaTypeII(Tysonetal.,2004).Finally,aFerroplasma-likeisolate,whichgrowsoptimallyat55uC,hasrecentlybeenidentiﬁedfroma

chalcociteheapleachoperationinPerth,WesternAustralia(Hawkesetal.,2005).

3Presentaddress:MolecularBiology,Umea˚University,S-90187Umea˚,Sweden.

Supplementarytableswithdetailsoftheproteinsinducedundervariousconditionsareavailablewiththeonlineversionofthispaper.

Abbreviations:AMD,acidminedrainage;ARD,acidrockdrainage;1D-PAGE,one-dimensionalpolyacrylamidegelelectrophoresis;2D-PAGE,two-dimensionalpolyacrylamidegelelectrophoresis;HQNO,2-heptyl-4-hydroxyquinolineN-oxide;MALDI-TOF,matrix-assistedlaserdesorptionionizationtime-of-ﬂight.

0002-8362G2005SGMPrintedinGreatBritain4127

Microbiology(2005),151,4127–4137DOI10.1099/mic.0.28362-0