玉米泛素结合酶基因ZmUBC—76的功能分析
摘 要 通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到1个泛素结合酶家族基因序列,将其命名为ZmUBC-76。该基因序列开放阅读框为2 589 bp,编码的蛋白具有862个氨基酸,其分子量为98.91 ku,理论等电点为8.07。预测定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,该基因具有组织表达特异性,在根和幼果中的表达量最高,在穗丝中表达最低。非生物胁迫表达分析结果表明:在盐胁迫和干旱胁迫下,ZmUBC-76的表达呈逐渐下降趋势,在处理24 h时达到最低;在低温胁迫时,ZmUBC-76的表达量未出现显著变化。上述结果表明,ZmUBC-76可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。
关键词 玉米;泛素结合酶基因;干旱;低温;盐胁迫
中图分类号 Q78 文献标识码 A
Functional Analysis of a Ubiquitin-conjugating
Enzyme Gene ZmUBC-76 in Maize
JUE Dengwei, SANG Xuelian, SHU Bo, LIU Liqin, WANG Yicheng, SHI Shengyou*
South Subtropical Crops Research Institute, CATAS / Key Laboratory of Tropical Fruit Biology,
Ministry of Agriculture, Zhanjiang, Guangdong 524091, China
Abstract In the present study, a ubiquitin-conjugating family gene was identified and designated as ZmUBC-76, in maize genome by using the bioinformatics method. The ORF of ZmUBC-76 is 2 589 bp that encodes 862 amino acid residues with an estimated molecular mass of 98.91 ku and a calculated pI of 8.07. Meanwhile, Plant-mPLoc predicted that the ZmUBC-76 protein was localized in the nucleus. Real-time qPCR assay showed that the highest expression level of ZmUBC-76 occurred in the roots and young seeds, and the lowest of ZmUBC-76 occurred in the silks, which meant ZmUBC-76 appeared to have a tissue-specific expression pattern. The expression levels of ZmUBC-76 under different abiotic stress were also analyzed by real-time qPCR. The results showed that the expression of ZmUBC-76 decreased at the test time by salt and drought stress, and reached the lowest level at 24 h. However, the expression levels of ZmUBC-76 under low temperature stress had no significant change. These results indicated that ZmUBC-76 could be involved in plant response to salt and drought stress.
Key words Maize; ubiquitin-conjugating enzyme gene; drought; low temperature; salt stress
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.021
泛素化广泛地存在于真核细胞中,从单细胞的酵母到高等生物人类。泛素-蛋白酶体途径(Ubiquitin-proteasome pathway,UPP)是细胞内蛋白质选择性降解的重要途径。蛋白的泛素化主要通过泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素-蛋白连接酶(E3)共同介导完成。通过3种酶先后与靶蛋白结合形成1条多泛素链,将底物蛋白泛素化,使靶蛋白被26S蛋白酶所识别和降解,从而实现对多种代谢过程的调节[1-2]。其中,泛素结合酶(E2)是泛素-蛋白酶体途径的重要组成部分,对泛素化修饰的特异性和精确时空性起关键作用[3]。
目前,在酵母(Saccharomyces cerevisiae)[4]、拟南芥[5]、水稻[6]和香蕉[7]等多种真核生物中都有关于E2蛋白的报道。对植物泛素结合酶功能的研究主要集中在DNA修复、生长发育和抗逆境胁迫响应等方面[8-9]。比如,在拟南芥中发现37个E2,这些E2蛋白在拟南芥的生长、发育及响应逆境胁迫中起到重要的作用[5]。其中AtUBC13参与拟南芥的表皮细胞分化及缺铁应激反应[10]。AtUBC1和AtUBC2参与到叶的发育、激活成花抑制基因和UV抗逆反应。atubc1-1和atubc2-1的功能丧失双突变体表现出莲座叶显著减少和早开花表型[11]。在水稻的39个E2蛋白中,14个OsUBCs在干旱或者盐胁迫下出现差异表达,几乎所有OsUBC基因的表达都受到IAA、6-BA、GA及ABA中至少2种激素的诱导[12]。在前期研究中,笔者从玉米基因组中发现75个E2家族基因中,其中35个基因在NaCl处理时呈上调表达,22个基因在PEG6000处理时上调表达,5个基因在4 ℃處理时上调表达[13]。同样,在怪柳、番茄和香蕉等其他作物中也有关于E2蛋白的类似报道[7, 14-15]。
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