BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  28,136,358
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

Thực vật học

Lê Thị Mận, Nguyễn Quốc Nam, Trần Thị Thanh Huyền, La Việt Hồng, Cao Phi Bằng(1)

Xác định và phân tích các gene hsp90 ở cây đu đủ (carica papaya l.) bằng phương pháp tin sinh học

Identification and analysis of HSP90 genes in papaya (Carica papaya L.) by using bioinformatics method

Khoa học (Đại học Sư phạm Hà Nội)

2021

4F

196-204

2354-1075

Xác định, Phân tích, Gene hsp90, Cây đu đủ, Carica papaya l., Phương pháp tin sinh học

Gene expression, in silico, papaya (Carica papaya L.), phylogenic tree, heat shock protein 90 (HSP90).

Họ gene HSP90 đã được chứng minh có vai trò quan trọng đối với khả năng chống chịu cũng như sự phát triển của thực vật. Đu đủ là cây ăn quả có giá trị dinh dưỡng cao, nguồn gốc nhiệt đới nhưng hiện nay được trồng rộng rãi ở nhiều vùng cận nhiệt đới trên thế giới. Vì vậy, cây đu đủ phải đối mặt với nhiều tác nhân của môi trường trong quá trình sống. Nghiên cứu này nhằm xác định và phân tích họ gene HSP90 ở cây đu đủ bằng phương pháp tin sinh học. Bảy gene HSP90 đã được xác định ở trong hệ gene của cây đu đủ (Carica papaya L.) nhờ sử dụng các phương pháp nghiên cứu tin sinh học. Các gen HSP90 của cây đu đủ có kích thước từ 2650 tới 8136 nucleotide, mã hóa không liên tục, số lượng intron từ 2 đến 19. Các protein suy diễn có kích thước từ 348 tới 796 amino acid, khối lượng phân tử nằm trong khoảng 39,92 kDa tới 90,61 kDa. Trong số bảy HSP90, CpHSP90-1 và CpHSP90-4 được coi là các gene giả (pseudogene) do kích thước của chúng bé hơn so với các HSP90 thông thường và protein thiếu vùng bảo tồn HATPase_c. Các protein suy diễn có tính acid với pI dao động từ 4,69 đến 5,42, ngoại trừ CpHSP90-1 (pI 7,03). Căn cứ vào kết quả phân tích cấu trúc, vị trí khu trú dưới tế bào và cây phả hệ, các HSP90 của cây đu đủ được phân chia thành hai nhóm, nhóm I (HSP90 tế bào chất gồm 4 protein) và nhóm II (HSP90 bào quan gồm 2 protein). Phân tích dữ liệu RNA-seq cho thấy rằng các HSP90 của cây đu đủ có sự biểu hiện khác nhau ở các loại mô/cơ quan khác nhau ở các giai đoạn phát triển khác nhau. Trong đó, hầu hết HSP90 của cây đu đủ biểu hiện mạnh ở chồi hoa hoặc quả ở giai đoạn 2 hoặc 3. Trong đó, gene CpHSP90-2 là gene có mức độ biểu hiện mạnh nhất, kế tiếp là CpHSP90-5. Ngược lại, CpHSP90-1 hầu như không biểu hiện hoặc biểu hiện rất thấp ở các mô/cơ quan này. Tất cả các HSP90 của cây đu đủ đều bị cảm ứng bởi điều kiện đông lạnh, trong đó CpHSP90-1 có mức độ cảm ứng mạnh nhất (12,13 lần), tuy nhiên gene này là một gene giả và có mức biểu hiện cơ sở rất thấp. CpHSP90-2 có mức độ cảm ứng mạnh (2,81 lần) đồng thời cũng có mức độ biểu hiện cơ sở lớn. Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa lớn, là cơ sở cho các nghiên cứu về tách dòng gene, phân tích chức năng của các gene trong họ HSP90 và chọn giống ở cây đu đủ trong đáp ứng với các điều kiện stress vô sinh của môi trường cũng như sự phát triển của cây đu đủ

The HSP90 gene family has been shown to play an important role in the tolerance and development of plants. Papaya, which is a fruit crop with high nutritional value, is native to the tropics but now is widely cultivated in many subtropical regions of the world. Therefore, papaya plants have to face many environmental factors during their life. This study aims to identify and analyze the HSP90 gene family in papaya by bioinformatics method. A total of seven HSP90 genes have been identified in the genome of papaya (Carica papaya L.) by using the bioinformatic methods. The full-length genomic sequence of papaya HSP90 genes were ranging from 2650 to 8136 nucleotides, non continuous coding, with number of intro ranging from two to 19. The predicted protein sequences included from 348 to 796 amino acids, according to the molecular weight ranged from 39.92 to 90.61 kDa. Among seven CpHSP90, the two CpHSP90-1 and CpHSP90-4 were considered pseudogenes due to their small size. These proteins were acidic with a pI value ranging from 4.69 to 5.42, except CpHSP90-1 (pI 7.03). Based on the protein structure, subcellular localization and the phylogenic analysis, the papaya HSP90 were divided into two groups, I (cytoplasmic HSP90, four members) and II (organelle HSP90, three members). Analysis of transcriptomes showed that the papaya HSP90s were differentially expressed in different tissues at different development stages. In which, most of the papaya HSP90 is highly expressed in flower buds or in fruits at stage 2 or stage 3. CpHSP90-2 had the highest level of expression, followed by CpHSP90-5. In contrast, CpHSP90-1 was not expressed or very weakly expressed in these studied tissues. All of seven HSP90 genes of papaya were induced by freeze-thaw awakening treatment (in comparison with control treatment), among them, CpHSP90-1 was strongest induced by stress (12.13-folds), however, it was a pseudogene and had a very low level of basal expression. CpHSP90-2 had a high induction level (2.81-folds), and also had a high basal expression level compared to other HSP90 genes of papaya. The results of this work have an important significance and will serve as a base for the further research on gene cloning, functional analysis of HSP90 genes and breeding of papaya in response to environmental abiotic stresses and the development of this fruit crop

TTKHCNQG, CVv 157

Xem toàn văn
  • [1] R. D. Finn, A. Bateman, J. Clements, P. Coggill, R. Y. Eberhardt, S. R. Eddy, A. Heger, K. Hetherington, L. Holm, J. Mistry, E. L. L. Sonnhammer, J. Tate, and M. Punta, (2014), Pfam: the protein families database.,Nucleic Acids Res, Vol. 42, No. Database issue, pp.
  • [2] B. Chen, D. Zhong, and A. Monteiro, (2006), Comparative genomics and evolution of the HSP90 family of genes across all kingdoms of organisms.,BMC Genomics, Vol. 7, No. 1, p. 156,
  • [3] X. Zhu, X. Li, W. Chen, J. Chen, W. Lu, L. Chen, D. Fu, (2012), Evaluation of new reference genes in papaya for accurate transcript normalization under different experimental conditions.,PLoS One, Vol. 7, No. 8, p. e44405
  • [4] S. Kumar, G. Stecher, M. Li, C. Knyaz, and K. Tamura, (2018), MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms.,Mol Biol Evol, Vol. 35, No. 6, pp. 1547-1549
  • [5] K. Katoh and D. M. Standley, (2013), MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability.,Mol Biol Evol, Vol. 30, No. 4, pp. 772-80
  • [6] E. Gasteiger, C. Hoogland, A. Gattiker, M. R. Wilkins, R. D. Appel, and A. Bairoch, (2005), Protein identification and analysis tools on the ExPASy server.,The proteomics protocols handbook: Springer, pp. 571-607
  • [7] E. M. Gertz, Y. K. Yu, R. Agarwala, A. A. Schaffer, and S. F. Altschul, (2006), Composition-based statistics and translated nucleotide searches: improving the TBLASTN module of BLAST.,BMC Biol, Vol. 4, p. 41, 2006,
  • [8] P. Lü, S. Yu, N. Zhu, Y-R. Chen, B. Zhou, Y. Pan, D. Tzeng, J. P. Fabi, J. Argyris, J. Garcia-Mas, N. Ye, J. Zhang, D. Grierson, J. Xiang, Z. Fei, J. Giovannoni, and S. Zhong, (2018), Genome encode analyses reveal the basis of convergent evolution of fleshy fruit ripening.,Nat Plants, Vol. 4, No. 10, pp. 784-791
  • [9] D. Zerpa-Catanho, J. Wai, M. L. Wang, L. Yu, J. Nguyen, and R. Ming, (2019), Differential gene expression among three sex types reveals a MALE STERILITY 1 (CpMS1) for sex differentiation in papaya.,BMC Plant Biol, Vol. 19, No. 1, p. 545
  • [10] Lê Thị Mận, Trần Thị Thanh Huyền, Lê Chí Toàn, Trần Thị Thanh Loan, Cao Phi Bằng, (2021), Xác định và phân tích các gene mã hóa protein liên kết stress (SAP) ở cây đu đủ (Carica papaya L.) bằng phương pháp in silico.,Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Vol. 66, No. 1, pp. 111-118, 2021,
  • [11] Z. Song, F. Pan, C. Yang, H-F. Jia, H. Jiang, F. He, Na. Li, X. Lu, and H. Zhang, (2019), Genome-wide identification and expression analysis of HSP90 gene family in Nicotiana tabacum.,BMC Genetics, Vol. 20, No. 1, p. 35,
  • [12] K. Zhang, S. He, Y. Sui, Q. Gao, S-H. Jia, X-M. Lu, and L. Jia, (2021), Genome-wide c-haracterization of HSP90 gene family in cucumber and their potential roles in response to abiotic and biotic stresses.,Front Genet, Vol. 12, p. 584886
  • [13] G. Banilas, E. Korkas, V. Englezos, A. A. Nisiotou, and P. Hatzopoulos, (2012), Genomewide analysis of the heat shock protein 90 gene family in grapevine (Vitis vinifera L.),,Australian Journal of Grape and Wine Research, Vol. 18, No. 1, pp. 29-38.
  • [14] P. Krishna and G. Gloor, (2001), The Hsp90 family of proteins in Arabidopsis thaliana.,Cell Stress Chaperones, Vol. 6, No. 3, pp. 238-46.
  • [15] L. H. Pearl and C. Prodromou, (2000), Structure and in vivo function of Hsp90.,Current opinion in Structural Biology, Vol. 10, No. 1, pp. 46-51.
  • [16] S. A. Walford, J. A. Thomson, J. M. Farrant, and S. G. Mundree, (2003), The HSP90 family of chaperones: a look at the structure, function and mode of action.,Current Topics in Plant Biology, Vol 4, pp. 1-25.
  • [17] Z. S. Xu, Z. Y. Li, Y. Chen, M. Chen, L. C. Li, and Y. Z. Ma, (2012), Heat shock protein 90 in plants: molecular mechanisms and roles in stress responses,Int J Mol Sci, Vol. 13, No. 12, pp. 15706-23,
  • [18] E. Campostrini and D. M. Glenn, (2007,), Ecophysiology of papaya: a review,,Brazilian Journal of Plant Physiology, Vol. 19, No. 4, pp. 413-424.
  • [19] R. Ming, Q. Yu, P. H. Moore, R. E. Paull, N. J. Chen, M-L. Wang, Y. J. Zhu, M. A. Schuler, J. Jiang and A. H. Paterson., (2012,), Genome of papaya, a fast growing tropical fruit tree.,Tree Genetics & Genomes, Vol. 8, No. 3, pp. 445-462,