Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant <italic style="font-style: italic">Cannabis sativa</italic>

Dong WEN; Meng-yue WANG; Yao-lei MI; Wei MA; Wei SUN; Yu-hua SHI

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20202311

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant Cannabis sativa

Pharmacy Fundamentals | 更新时间：2020-12-10

- Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant Cannabis sativa
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 26, Issue 24, Pages: 134-143(2020)
- 作者机构：
  
  1.中国中医科学院中药研究所中药鉴定与安全性评估重点实验室，北京 100700
  2.黑龙江中医药大学药学院，哈尔滨 150040
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20202311
  CLC： R284.2;R289;R22;R2-031
- Received：08 September 2020，
  
  Published Online：16 October 2020，
  
  Published：20 December 2020
- 稿件说明：
移动端阅览
温东,王梦月,米要磊等.中药火麻仁基原植物大麻的TIFY基因家族鉴定及功能分析[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(24):134-143.

WEN Dong,WANG Meng-yue,MI Yao-lei,et al.Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant Cannabis sativa[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(24):134-143.
温东,王梦月,米要磊等.中药火麻仁基原植物大麻的TIFY基因家族鉴定及功能分析[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(24):134-143. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202311.

WEN Dong,WANG Meng-yue,MI Yao-lei,et al.Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant Cannabis sativa[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(24):134-143. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202311.

摘要

目的

从全基因组层面对大麻（

Cannabis sativa

）TIFY基因家族进行鉴定与功能分析，为解析大麻TIFY家族基因功能及其对大麻素等次生代谢产物生物合成的调控机理奠定基础。

方法

采用已有大麻基因组数据，通过NCBI，PlantTFDB，MEME及TBtools等生物信息学分析工具，鉴定大麻中的TIFY家族基因，并对其编码蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位及组织差异表达模式等进行分析和可视化作图。

结果

该研究共鉴定到大麻TIFY家族基因成员14个（

CsTIFY1

CsTIFY14

），分属于TIFY，JAZ，ZML和PPD共4个亚家族，其核酸序列长度为365~1 369 bp，编码氨基酸长度为118~442 aa，等电点为4.64~9.96。14个Cs

TIFY

s不均匀的分布在8条染色体上，亚细胞定位预测其蛋白均定位细胞核中。

CsTIFYs

基因的启动子区具有多种非生物胁迫响应的顺式作用元件，可参与植物的不同生长发育和非生物胁迫调控。转录组表达热图分析表明，

CsTIFYs

在不同大麻品种的雌花及同一品种的花、苞片、茎、叶中均存在表达差异。

结论

该研究从全基因组水平鉴定到大麻

CsTIFY

家族转录因子14个，并对其结构特点和表达模式进行研究，预测大麻

CsTIFYs

可能在大麻的JA信号转导通路、非生物胁迫及大麻素生物合成中发挥重要调控作用，将对大麻中TIFY家族的基因功能研究以及大麻优质品种选育提供科学参考。

Abstract

Objective

The TIFY gene family will be identified and characterized from the whole genome level in

Cannabis sativa

，which will lay the foundation for gene function study on TIFY family genes and their regulation mechanism on the biosynthesis of cannabinoids and other secondary metabolites.

Method

Using the existing genomic data of cannabis，the

CsTIFY

genes were identified through bioinformatics analysis tools such as NCBI，PlantTFDB，MEME and TBtools etc.，and physicochemical properties，phylogenetic trees，gene structures，chromosome locations and gene expression patterns were analyzed and visualized.

Result

Fourteen TIFY family genes（

CsTIFY1

CsTIFY14

） were identified in

Cannabis sativa

，which belong to four subfamilies：TIFY，JAZ，ZML，and PPD. The

CsTIFY

s are composed of 365-1 369 bp nucleotides encoding 118-442 amino acid residues，and their isoelectric points are 4.64-9.96. The 14

CsTIFYs

are unevenly distributed on 8 chromosomes，and their proteins are all located in the nucleus. The promoter of

CsTIFYs

contain multiple abiotic stress responsive

cis

-acting elements，which indicated that

CsTIFYs

might involved in the regulation of different abiotic stresses. Transcriptome profiling revealed that

CsTIFYs

expressed differently in female flowers of 10 differently cannabis varieties，or in flowers，bracts，stems，and leaves of the same variety.

Conclusion

Fourteen TIFY family genes were characterized from the whole genome level in

C. sativa

，and their phylogenetic evolutions and gene expression patterns were analyzed，indicating that

CsTIFYs

may play important regulatory roles in JA signal transduction，abiotic stress and cannabinoid biosynthesis. This study will provide valuable reference for gene function study of the TIFY family genes in cannabis and cannabis breeding.

关键词

Keywords

references

姜黎，皮建华，孙琴，等 . 大麻研究现状综述［J］. 四川警察学院学报， 2012 ， 24 （ 3 ）： 56 - 61 .

张乔会，殷红清，问小龙，等 . 火麻仁研究概述［J］. 湖北农业科学， 2019 ， 58 （ 21 ）： 10 - 14 .

LUO X ， REITER M A ， ESPAUX L D ， et al . Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast ［J］. Nature ， 2019 ， 567 （ 7746 ）： 123 - 126 ．

FLORES-SANCHEZ I J ， CHOI Y H ， VERPOORTE R . Metabolite analysis of Cannabis sativa L. by NMR spectroscopy ［J］. Methods Mol Biol ， 2012 ， 815 （ 2 ）： 363 - 375 .

李秋实，孟莹，陈士林 . 药用大麻种质资源分类与研究策略［J］. 中国中药杂志， 2019 ， 44 （ 20 ）： 4309 - 4316 .

宁康，董林林，李孟芝，等 . 非精神活性药用大麻的应用及开发［J］. 中国实验方剂学杂志， 2020 ， 26 （ 8 ）： 228 - 240 .

SHOYAMA Y ， YAGI M ， NISHIOKA I ， et al . Biosynthesis of cannabinoid acids ［J］. Phytochem ， 1975 ， 14 （ 10 ）： 2189 - 2192 .

FELLERMEIER M ， EISENREICH W ， BACHER A ， et al . Biosynthesis of cannabinoids. Incorporation experiments with （13）C-labeled glucoses ［J］. Eur J Biochem ， 2010 ， 268 （ 6 ）： 1596 - 1604 .

TAURA F ， MORIMOTO S ， SHOYAMA Y ， et al . First direct evidence for the mechanism of DELTA.1-tetrahydrocannabinolic acid biosynthesis ［J］. J Am Chem Soc ， 1995 ， 117 （ 38 ）： 9766 - 9767 .

TAURA F ， MORIMOTO S ， SHOYAMA Y . Purification and characterization of cannabidiolic-acid synthase from Cannabis sativa L .［J］. J Biol Chem ， 1996 ， 271 （ 29 ）： 17411 - 17416 .

MORIMOTO S ， KOMATSU K ， TAURA F ， et al . Enzymological Evidence for Cannabichromenic Acid Biosynthesis ［J］. J Nat Prod ， 1997 ， 60 （ 8 ）： 854 - 857 .

MORIMOTO S ， KOMATSU K ， TAURA F ， et al . Purification and characterization of cannabichromenic acid synthase from Cannabis sativa ［J］ Phytochemistry ， 1998 ， 49 （ 6 ）： 1525 - 1529. .

张际庆，陈士林，尉广飞，等 . 高大麻二酚（CBD）含量药用大麻的新品种选育及生产［J］. 中国中药杂志， 2019 ， 44 （ 21 ）： 4772 - 4780 .

CAPLAN D ， DIXON M ， ZHENG Y . Increasing inflorescence dry weight and cannabinoid content in medical cannabis using controlled drought stress ［J］. Hort Science ， 2019 ， 54 （ 5 ）： 964 - 969 .

LYDON J ， TERAMURA A H ， COFFMAN C B . UV-B radiation effects on photosynthesis，growth and cannabinoid production of two Cannabis sativa chemotypes ［J］. Photochem Photobiol ， 1987 ， 46 （ 2 ）： 201 - 206 .

FINKELSTEIN R . Abscisic Acid synthesis and response ［J］. The Arabidopsis Book ， 2013 ， doi： 10.1199/tab.0166 http://dx.doi.org/10.1199/tab.0166 .

VANHOLME B ， GRUNEWALD W ， BATEMAN A ， et al . The tify family previously known as ZIM ［J］. Trends Plant Sci ， 2007 ， 12 （ 6 ）： 239 - 244 .

BAI Y H ， MENG Y J ， HUANG D L ， et al . Origin and evolutionary analysis of the plant-specific TIFY transcription factor family ［J］. Genomics ， 2011 ， 98 （ 2 ）： 128 - 136 .

CHUNG H S ， NIU Y J ， BROWSE J ， et al . Top hits in contemporary JAZ： An update on jasmonate signaling ［J］. Phytochemistry ， 2009 ， 70 （ 13 ）： 1547 - 1559 .

NISHII A ， TAKEMURA M ， FUJITA H ， et al . Characterization of a novel gene encoding a putative single Zinc-finger protein，ZIM，expressed during the reproductive phase in Arabidopsis thaliana ［J］. Biosci Biotechnol Biochem ， 2000 ， 64 （ 7 ）： 1402 - 1409 .

YE H ， DU H ， TANG N ， et al . Identification and expression profiling analysis of TIFY family genes involved in stress and phytohormone responses in rice ［J］. Plant Mol Bio ， 2009 ， 71 （ 3 ）： 291 - 305 .

ZHU D ， BAI X ， LUO X ， et al . Identification of wild soybean（ Glycine soja ） TIFY family genes and their expression profiling analysis under bicarbonate stress ［J］. Plant Cell Rep ， 2013 ， 32 （ 2 ）： 263 - 272 .

WHITE D W R . PEAPOD regulates lamina size and curvature in Arabidopsis ［J］. Proc Natl Acad Sci ， 2006 ， 103 （ 35 ）： 13238 - 13243 .

MENG L ， ZHANG T ， GENG S ， et al . Comparative proteomics and metabolomics of JAZ7-mediated drought tolerance in Arabidopsis ［J］. J Proteomics ， 2019 ， 196 （ 2 ）： 81 - 91 .

CHINI A ， FONSECA S ， CHICO J M ， et al . The ZIM domain mediates homo- and heteromeric interactions between Arabidopsis JAZ proteins ［J］. Plant J ， 2009 ， 59 （ 1 ）： 77 - 87 .

黄文峰，王立丰，田维敏 . 茉莉酸反应基因转录抑制因子JAZ蛋白家族研究进展［J］. 热带作物学报， 2009 ， 30 （ 9 ）： 1383 - 1387 .

孙程，周晓今，陈茹梅，等 . 植物JAZ蛋白的功能概述［J］. 生物技术通报， 2014 （ 6 ）： 1 - 8 .

VAN BAKEL H ， STOUT J M ， COTE A G ， et al . The draft genome and transcriptome of Cannabis sativa ［J］. Genome Biol ， 2011 ， 12 （ 10 ）： R102 .

CHRISTOPHER J ， GRASSA ， J P W ， et al . A complete Cannabis chromosome assembly and adaptive admixture for elevated cannabidiol （CBD） content ［J］. BioRxiv ， 2018 ， doi： https：//doi.org/10.1101/458083 http://dx.doi.org/https：//doi.org/10.1101/458083 .

ZAGER JORDAN J ， LANGE I ， SRIVIDYA N ， et al . Gene networks underlying cannabinoid and terpenoid accumulation in cannabis ［J］. Plant Physiol ， 2019 ， 180 （ 4 ）： 01506 .

CHEN C ， XIA R ， CHEN H ， et al . TBtools，a Toolkit for Biologists integrating various HTS-data handling tools with a user-friendly interface ［J］. Biorxiv ， 2018 ， doi： org/10.1101/289660 http://dx.doi.org/org/10.1101/289660 .

吴莹，陶雷，袁红梅，等 . JAZ蛋白介导的茉莉酸信号传递［J］. 安徽农业科学， 2008 ， 36 （ 16 ）： 6811 - 6812 .

PAUWELS L ， RITTER A ， GOOSSENS J ， et al . The RING E3 Ligase KEEP ON GOING Modulates JASMONATE ZIM-DOMAIN12 Stability ［J］. Plant Physiol ， 2015 ， 169 （ 2 ）： 1405 - 1417 .

QI T ， SONG S ， REN Q ， et al . The Jasmonate-ZIM-domain proteins interact with the WD-Repeat/bHLH/MYB complexes to regulate Jasmonate-mediated anthocyanin accumulation and trichome initiation in Arabidopsis thaliana ［J］. Plant Cell ， 2011 ， 23 （ 5 ）： 1795 - 1814 .

CHINI A ， BOTER M A ， SOLANO R . Plant oxylipins： COI1/JAZs/MYC2 as the core jasmonic acid-signalling module ［J］. Febs J ， 2009 ， 276 （ 17 ）： 4682 - 4692 .

SHI M ， ZHOU W ， ZHANG J ， et al . Methyl jasmonate induction of tanshinone biosynthesis in Salvia miltiorrhiza hairy roots is mediated by JASMONATE ZIM-DOMAIN repressor proteins ［J］. Sci Rep ， 2016 ， 6 ： 20919 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Identification and Analysis of NnOMT and NnNMT Gene Families in Nelumbo nucifera

Identification and Bioinformatics Analysis of CYP71 Gene Family of Diploid Perilla frutescens

Analysis on YABBY Transcription Factor Family of Original Plant Cannabis sativa of Traditional Chinese Medicine Cannabis Fructus

Bioinformatics Reveals Mechanism of Xiezhuo Jiedu Precription in Treatment of Ulcerative Colitis by Regulating Autophagy

Related Author

CHEN Zhuyin

YU Yuetong

HAO Chenyang

LIU Mingru

CHEN Sha

LIU Mingru

ZHU Yongping

CHEN Sha

Related Institution

Beijing Key Laboratory of Identification and Safety Evaluation of Chinese Medicine， Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences

Key Laboratory of Beijing for Identification and Safety Evaluation of Chinese Medicine，Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences

Guizhou Bailing Group Pharmaceutical Co.Ltd.

Institute of Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences

Handan Hospital of TCM

AI问答

Postal code：100700
Tel：010-84076882 Email：syfjx_2010@188.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备11006657号-10 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰

Genome-wide Identification and Characterization of TIFY Gene Family in Medicinal Plant Cannabis sativa

DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20202311

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references