大白菜YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

yuc1、yuc2、yuc4、yuc6 4 突变体植株的表型更为严重。当 用 YUC 的启动子启动 iaaM 基因在拟南芥体内表达时则可以恢 复由 YUC 突变引起的表型，外源施加生长素却不能恢复这种 表型［4］。这些结果说明，由 YUC 参与的生长素合成途径对于 植物的生长发育是必需的。在单子叶植物水稻中克隆到了 7 个 YUCCA 基因家族成员，过表达 OsYUCCA1 的水稻表现出生 长素表型，而表达反义 OsYUCCA1 的水稻则表现出与水稻生 长素不敏感突变 体 相 似 的 缺 陷 表 型［10］ 。 同 样 在 单 子 叶 植 物 中，玉米 YUCCA 基因对其花序发育极其重要，其突变体 spi1 表现为叶腋分生组织的发育缺陷［11］。
作为生长素生物合成的限速酶编码基因，YUCCA 基因得 到了较为深入的研究。其 中 对 拟 南 芥［4］ 、水 稻［10］ 、玉 米［11］ 和 杨树［12］等为代表的模式植物中 YUCCA 基因家族进行了全基 因组水 平 上 的 鉴 定 和 分 析。 另 外，对 小 麦［13］、烟 草［14］、草 莓［9］和长春花［15］等物种中的 YUCCA 基因也进行了基因克隆 和功能研究。大白菜是我国北方乃至东南亚地区的重要蔬菜 作物，南北各地均有栽培，也是我国种植面积最大的蔬菜作 物。而目前未见关于大白菜 YUCCA 基因的研究报道。大白 菜（ Chiifu － 401 － 42 ） 全基因组测序的完成使得对大白菜中 相关基因家族的鉴定和功能分析成为可能［16］。
关键词： 大白菜； YUCCA； 基因家族； 生物信息学分析 中图分类号： S634． 101 文献标志码： A 文章编号： 1002 － 1302（ 2019） 03 － 0049 － 06
生长素（ IAA） 作为一种重要的植物内源激素，在植物的 生长发育过程中起着关键的调控作用［1］。依赖色氨酸的 IPA （ 吲哚丙酸） 途径是生长素合成的主要途径，以色氨酸为前体 合成的 IPA 在黄素单加氧酶（ YUCCA） 的催化下生成 IAA，这 一过程也是 IAA 生物合成的限速步骤［2 － 3］。该途径产生的生 长素是维管系统发生、花发育、胚胎和种子形成等生物学过程 所必需的［4 － 5］。
收稿日期： 2018 － 09 － 23 基金项目： 国家自然科学基金（ 编号： 31700272 ） ； 大学生创新创业项
目 （ 编 号： 201710452037 ） ； 山 东 省 自 然 科 学 基 金 （ 编 号： ZＲ2017PC012、ZＲ2018PC023） 。 作者简介： 綦 洋（ 1998—） ，女，山东潍坊人，研究方向为蔬菜分子生 物学。E － mail： qiyang@ lyu． edu． cn。 通信作者： 刘振宁，博士，教授，研究方向zhenning@ lyu． edu． cn。
— 49 —
大白菜 YUCCA 基因家族的鉴定与生物信息学分析
綦 洋1 ，王柬钧1 ，桑园园1 ，沈玲玲1 ，申 颖1 ，曹 雪1 ，刘振宁1，2
（ 1． 临沂大学农林科学学院，山东临沂 256000； 2． 浙江大学农业与生物技术学院，浙江杭州 310058）
摘要： 生长素（ IAA） 是一种重要的植物内源激素，YUCCA 基因作为 IAA 生物合成的限速酶编码基因，在植物生长 发育过程中起着重要的调控作用。为深入研究大白菜 YUCCA 基因家族的功能，利用生物信息学分析对大白菜中 YUCCA 基因家族成员进行全基因组水平鉴定，并对其基因组信息、蛋白质生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统 进化树等方面进行研究。结果表明，在大白菜基因组中共鉴定出 19 个 YUCCA 基因，可以聚类到 2 个大的分支，Clade Ⅰ和 Clade Ⅱ； YUCCA 基因在大白菜 10 条染色体上呈不均匀分布，并有 1 对基因以串联重复现象在染色体上分布； 基 因结构分析表明大白菜 YUCCA 基因一般含有 0 ～ 3 个数量不等的内含子； 对大白菜 YUCCA 蛋白质氨基酸序列多重比 对的分析表明大白菜 YUCCA 蛋白质存在高度保守的 FAD 结合位点（ 一致序列为 GAGPxG） 和 NADPH 结合位点（ 一 致序列为 GxGNSG） ； 通过 MEME 软件对大白菜 YUCCA 蛋白质模体（ motif） 的预测还发现 12 个比较保守的 motif。上 述研究结果为大白菜 YUCCA 基因功能的研究奠定了一定的基础。
江苏农业科学 2019 年第 47 卷第 3 期
綦 洋，王柬钧，桑园园，等． 大白菜 YUCCA 基因家族的鉴定与生物信息学分析［J］． 江苏农业科学，2019，47（ 3） ： 49 － 54． doi： 10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2019． 03． 012
YUCCA 酶是 含 黄 素 的 单 氧 化 酶，黄 素 单 加 氧 酶 属 于 FMOs（ flavin － containing monooxygenase） 酶类，由 YUCCA 基因 家族编码。植物中第一个功能被鉴定的 FMOs 就是 YUCCA 基因编码的蛋白质［6］。YUCCA 基因最初是从 IAA 含量降低 的拟南芥显性突变体中克隆鉴定的［6］。拟南芥 YUCCA 基因 家族有 11 个基因成员，在生长素生物合成和调控过程中起着 关键作用。35S 启 动子驱动 YUCCA1 基 因 在 拟 南 芥 中 过 表 达，转基因植株中生长素水平稍有提高，并伴随着下胚轴伸 长、子叶偏上 性 和 顶 端 优 势 增 强 等 表 型［6］ 。 后 续 研 究 表 明， 在水稻、马铃薯和草莓等植物中过表达 YUCCA 基因也都可以 产生类似的生长素过量产生的表型［7 － 9］。对 yuc 基因功能缺 失突变体的研究则进一步证明了 YUC 基因家族在生长素合 成和植物生长发育过程中的重要作用。研究表明，拟南芥中 单个 YUC 基因失活并没有表现出明显的发育缺陷，而 yuc1、 yuc4 双突变体表现为维管组织减少，不能产生正常的花序，