苹果MdLAC 基因家族成员的鉴定与序列分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2021.07.015

摘要/Abstract

摘要： 为了解苹果漆酶（MdLAC）基因家族的功能和系统进化关系，利用生物信息学方法对苹果MdLAC 基因家族成员进行鉴定，同时分析其家族成员的理化性质、系统进化关系、基因结构、保守结构、氨基酸序列和染色体定位。结果显示，在苹果中共鉴定到77个MdLAC基因家族成员，编码蛋白质的氨基酸序列长度在323~611，分子质量在36.29~67.87 ku，等电点（pI）在4.65~9.92。亚细胞定位预测结果表明，大部分MdLAC蛋白定位在细胞外膜；系统进化树显示，苹果MdLAC基因家族成员聚为10支；保守结构分析表明，MdLAC基因家族结构较为保守；染色体定位发现，77个MdLAC基因不均匀地分布在18条染色体上。关键词：苹果；MdLAC基因家族；生物信息学；系统进化树；序列比对；染色体定位

关键词: 苹果, MdLAC基因家族, 生物信息学, 系统进化树, 序列比对, 染色体定位

Abstract: In order to understand the function and phylogenetic relationship of the apple laccase（MdLAC）gene family，the members of the MdLAC gene family were identified by the bioinformatics method，at the same time，the physical and chemicalproperties，phylogenetic relationships，gene structure，conserved structure，amino acid sequence and chromosome location were analyzed. The results showed that 77 MdLAC gene family members were identified in apple. The length of the amino acid sequence of encoded proteins ranged from 323 to 611，the molecular weight ranged from 36.29 to 67.87 ku，and the isoelectric point（pI） ranged from 4.65 to 9.92. The results of subcellular localization prediction showed that most of the MdLAC proteins were located outside the cell，the phylogenetic tree analysis showed that the MdLAC gene family had 10 branches，and the conservative structure analysis showed that the MdLAC gene family was conservative in structure. Chromosome mapping revealed that 77 MdLAC genes were unevenly distributed on 18 chromosomes.

Key words: Apple, MdLAC gene family, Bioinformatics, Phylogenetic tree, Sequence alignment, Chromosome location

中图分类号:

S661.1

杨阳, 刘媛媛. 苹果MdLAC 基因家族成员的鉴定与序列分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(7): 125-135.

YANG Yang, LIU Yuanyuan. Identification and Sequence Analysis of the MdLAC Gene Family Members in Apple[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2021, 50(7): 125-135.

图/表 7

参考文献

［1］ SCHUTEZ M，BEMSKE A，SMITH R A，et al. Laccases direct lignification in the discrete seconury cell wall domains of protoxylem［J］.Plant Physiology，2014，166（2）：798⁃807.
［2］ EVA YI C，MATHIAS S，NATALIE H，et al.Distribution，mobility and anchoring of lignin⁃related oxiutive enzymes
in Arabidopsis seconury cell walls［J］.Journal of Experimental Botany，2018，69（8）：1849⁃1859.
［3］ BARRPS J，SERK H，GRAMLUND I，et al.The cell biology of lignification in higher plants［J］. Annals of Botany，2015，115（7）：1053⁃1074.
［4］ MARION S，SUSANNE S，SHU M L，et al.Genetic enginnering of plant secondary metabolism［J］.Plant Physiol，1996，112：811⁃819.
［5］ POTIER G D. Purification and characterization of the first bacterial laccase in the rhizospheric bacterium Azospirillum lipoferum［J］.Soil Biology and Biochemistry，2000，32（7）：919⁃927.
［6］ JIAO X，LI G，WANG Y，et al. Systematic analysis of the Pleurotus ostreatus laccase gene（PoLac） family and
functional characterization of PoLac2 involved in the degraution of cotton‑straw lignin［J］.Molecules，2018，23（4）：880.
［7］ MCCAIG B C，MEAGHER R B，DEAN J F D.Gene structure and molecular analysis of the laccase⁃like multicopper oxiuse（LMCO）gene family in Arabidopsis thaliana［J］.Planta，2005，221（5）：619⁃636.
［8］ WANG J，FENG J，JIA W，et al. Lignin engineering through laccase modification： A promising field for
energy plant improvement ［J］.Biotechnology for Biofuels，2015，8（1）：145.
［9］ WANG Y，BOUCHABKE COUSSA O，LEBRIS P，et al.Laccases are required for grass stem lignification［J］.
Plant Physiology，2015，168（1）：192⁃204.
［10］周一鹏. 柑橘漆酶基因家族的鉴定及抗逆性研究［D］.扬州：扬州大学，2018.
ZHOU Y P. Identification of citrus laccase gene family and research on stress resistance［D］.Yangzhou：Yangzhou University，2018.
［11］李利超，孙化雨，娄永峰，等. 毛竹漆酶基因PeLAC的克隆与表达分析［J］.植物科学学报，2017，35（2）：252⁃259.
LI L C，SUN H Y，LOU Y F，et al. Cloning and expression analysis of Phyllostachys pubescens laccase
gene PeLAC［J］.Plant Science Journal，2017，35（2）：252⁃259.
［12］赵先炎，庞明利，赵强，等.番茄漆酶基因LeLAC（miR397）的克隆与表达分析［J］. 园艺学报，2015，42（7）：1285⁃1298.
ZHAO X Y，PANG M L，ZHAO Q，et al. Cloning and expression analysis of tomato laccase gene LeLAC（miR397）［J］. Acta Horticulture Sinica，2015，42（7）：1285⁃1298.
［13］王国栋，陈晓亚. 漆酶的性质、功能、催化机理和应用［J］.植物学通报，2003（4）：469⁃475.
WANG G D，CHEN X Y. The nature，function，catalytic mechanism and application of laccase［J］.Chinese Bulletin of Botany，2003（4）：469⁃475.
［14］杜堂志. 丹参漆酶基因家族的鉴定及SmLAC3的功能研究［D］. 西安：陕西师范大学，2019.
DU T Z.Identification of the laccase gene family of Salvia miltiorrhiza and functional study of SmLAC3［D］.Xi’an：Shaanxi Normal University，2019.
［15］赵晶，李旭彤，梁学忠，等. 陆地棉漆酶基因家族鉴定及在黄萎病菌胁迫下的表达分析［J］.作物学报，2019，45（12）：1784⁃1795.
ZHAO J，LI X T，LIANG X Z，et al. Identification of the laccase gene family of upland cotton and its expression
analysis under Verticillium uhliae stress［J］.Acta Agronomica Sinica，2019，45（12）：1784⁃1795.
［16］ CHENG X，LI G，Ma C，et al. Comprehensive genome⁃wide analysis of the pear（Pyrus bretschneideri）laccase gene （PbLAC） family and functional identification of PbLAC1 involved in lignin biosynthesis［J］.PLoS One，2019，14（2）：e210892.
［17］ AWASTHI M，JAISWAL N，SINGH S，et al. Molecular docking and dynamics simulation analyses unraveling
the differential enzymatic catalysis by plant and fungal laccases with respect to lignin biosynthesis and degraution［J］.Journal of Biomolecular Structure and Dynamics，2015，33（9）：1835⁃1849.
［18］王虹云，李涛，张丽莉，等. 大白菜漆酶基因家族（BrLAC）全基因组鉴定与生物信息学［J］.分子植物育种，2018，16（24）：7956⁃7964.
WANG H Y，LI T，ZHANG L L，et al.Genome identification and bioinformatics of Chinese cabbage laccase gene family（BrLAC）［J］.Molecular Plant Breeding，2018，16（24）：7956⁃7964.
［19］ CAI X，VIS E J，BALLIF J，et al. Mutant identification and characterization of the laccase gene family in Arabidopsis［J］.Journal of Experimental Botany，2006，57（11）：2563⁃2569.
［20］ SZAKASITS D，HEINEN P，WIECZOREK K，et al.The transcriptome of syncytia induced by the cyst nematode
Heterodera schachtii in Arabidopsis roots［J］.The Plant Journal，2009，57（5）：771⁃784.
［21］ ZHANG K，LU K，QU C，et al.Gene silencing of BnTT10 family genes causes retarded pigmentation and lignin reduction in the seed coat of Brassica napus［J］.PLoS One，2013，8（4）：e61247.
［22］ BERTHET S，DEMONT⁃CAULET N，POLLET B，et al.Disruption of LACCASE4 and 17 results in tissue⁃specific alterations to lignification of Arabidopsis thaliana stems［J］.Plant Cell，2011，23（3）：1124⁃1137.
［23］ TURLAPATI P，KIM K，VIN L B，et al.The laccase multigene family in Arabidopsis thaliana：Towards
addressing the mystery of their gene function（s）［J］.Planta，2011，233（3）：439⁃470.
［24］ SIMOES M S，CARVALHO G G，FERREIRA S S，et al.Genome⁃wide characterization of the laccase gene family in Setaria viridis reveals members potentially involved in lignification［J］.Planta，2020，251（2）：46.
［25］徐小萍，陈晓慧，吕科良，等. 龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析［J］.应用与环境生物学报，2018，24（4）：833⁃844.
XU X P，CHEN X H，LÜ K L，et al.Whole genome structure and function analysis of members of the longan laccase family［J］. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，2018，24（4）：833⁃844.
［26］ ZHANG Y，WU L Z，WANG X F，et al.The cotton laccase gene GhLAC15 enhanced verticillium wilt resistance via increasing defense⁃induced lignification and lignin components in the cell wall of plants［J］.Molecular Plant Pathology，2019，20：309⁃322.
［27］ POURCEL L，ROUTABOUL J，KERHOAS L，et al.Transparent TESTA10 encodes a laccase⁃like enzyme involved in oxiutive polymerization of flavonoids in Arabidopsis seed coat［J］.The Plant Cell，2005，17（11）：2966⁃2980.
［28］ LIU Q，LUO L，WANG X，et al. Comprehensive analysis of rice laccase gene （OsLAC） family and ectopic

expression of OsLAC10 enhances tolerance to copper stress in Arabidopsis ［J］. International Journal of Molecular Sciences，2017，8（2）：209.

［29］ WANG C，ZHANG S，YU Y，et al.MiR397b regulates both lignin content and seed number in Arabidopsis via modulating a laccase involved in lignin biosynthesis［J］.Plant Biotechnology Journal，2014，12（8）：1132⁃1142.

［30］ LU S，LI Q，WEI H，et al.Ptr‑miR397a is a negative regulator of laccase genes affecting lignin content in Populus trichocarpa［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2013，110（26）：10848⁃10853.
［31］ LIU M，DONG H，WANG M，et al.Evolutionary divergence of function and expression of laccase genes
in plants［J］. Journal of Genetics，2020，99（1）：23.
［32］袁高鹏，韩晓蕾，卞书迅，等. 苹果LIM基因家族生物信息学及表达分析［J］.中国农业科学，2019，52（23）：4322⁃4332.
YUAN G P，HAN X L，BIAN S X，et al. Bioinformatics and expression analysis of apple LIM gene family［J］.Scientia Agricultura Sinica，2019，52（23）：4322⁃4332.
［33］ ZHANG F，WANG F，YANG S，et al. MdWRKY100 encodes a group Ⅰ WRKY transcription factor in Malus domestica that positively regulates resistance to colletotrichum gloeosporioides infection ［J］.Plant Science，2019，286：68⁃77.
［34］ MA X，LIU H，CAO H，et al.Genome⁃wide analysis of zinc and iron⁃regulated transporter⁃like protein family
members in apple and functional valiution of ZIP10［J］.Bio Metals，2019，32（4）：657⁃669.
［35］ FANG X，AN Y，ZHENG J，et al.Genome⁃wide identification and comparative analysis of GST gene family in apple （Malus domestica） and their expressions under ALA treatmen［t J］.Biotech，2020，10（7）：307.

[1]	陈甜梦, 蔡彤璇, 王嘉璐, 田牧野, 赵宝华, 刘东. 嗜水气单胞菌外膜蛋白TolB 的原核表达及生物信息学分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 136-143.
[2]	吴民华, 吴子健, 叶晓霞, 谭靖怡, 王燊, 黄琼林. 鸡矢藤叶绿体基因组分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(1): 70-77.
[3]	张烨达, 王星, 王丽萍, 佟静, 武占会, 高彦魁. 辣椒WOX 转录因子家族的鉴定、进化与表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 130-141.
[4]	陈聪, 于啸, 宫琪. 基于改进残差网络的苹果叶片病害识别研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(4): 152-161.
[5]	陈丽飞, 李嘉峻, 刘云怡慧, 白云, 孟缘, 李江, 周蕴薇. 干旱胁迫下大苞萱草WRKY 基因家族成员鉴定及生物信息学分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 113-123.
[6]	张四普, 周千千, 崔巍, 张柯, 韩立新, 瞿振芳, 鲁云风, 唐存多, 牛佳佳. L-叔亮氨酸对嘎啦苹果品质和贮藏性的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(12): 172-180.
[7]	谢羽恬, 张新业, 苏彦苹, 吴双, 张泽银, 褚卓栋, 冯雪, 孙艳香. 猕猴桃多胺氧化酶基因家族的鉴定及表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 109-119.
[8]	王迎超, 张婧婧, 贾东霖, 周腾飞. 基于K-means 聚类和改进MLP的苹果分级研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(1): 161-171.
[9]	付鸿博, 李杰, 杨永超, 袁盛勇. 石榴ZF-HD 基因家族鉴定与分析[J]. 河南农业科学, 2022, 51(6): 119-125.
[10]	刘成功, 李壑, 韩子超, 苏婷婷, 张月洋, 张尧, 李忠晴, 王爱英, 祝建波. 甜瓜SnRK2 基因家族的鉴定与特征分析[J]. 河南农业科学, 2022, 51(5): 108-116.
[11]	唐春闺, 邓兆龙, 刘琼, 金维环, 向世鹏, 谢鹏飞, 郭红祥, 刘卫群. 普通烟草CCCH类锌指蛋白家族的全基因组鉴定和表达分析[J]. 河南农业科学, 2022, 51(4): 48-58.
[12]	马嘉俊, 吴英华, 李璿, 李梅兰, 侯雷平. 白菜NPF 基因家族成员的鉴定及其生物信息学分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(9): 117-127.
[13]	邵顺成, 康晓龙, 闫背背, 张天闻, 梁鹏, 邹诗凡, 孟科, 荣轩, 强浩, 冯登侦, 李新海. 5 个绵羊群体GDF9 基因多态性与产羔数的关联分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(7): 161-167.
[14]	侯沁文, 白海艳, 李云玲. 未来气候条件下苹果绵蚜在中国的适生区预测[J]. 河南农业科学, 2021, 50(4): 106-114.
[15]	杨立均, 鲁雅雯, 丁超, 金维环, 郭红祥. 烟草HPL基因的生物信息学分析与抗逆功能分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(2): 50-57.