Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in <italic style="font-style: italic">Cannabis sativa</italic>

Xiaoxue CAI; Sifan WANG; Yaolei MI; Huihua WAN; Xue CAO; Wei SUN; Chang SU; Shilin CHEN; Yanqin XU; Weiqiang CHEN

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20221111

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa

更新时间：2022-08-30

- Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 28, Issue 19, Pages: 162-172(2022)
- 作者机构：
  
  1.江西中医药大学药学院，南昌 330004
  2.中国中医科学院中药研究所中药鉴定与安全性评估北京市重点实验室，北京 100700
  3.深圳市药品检验研究院，广东深圳 518057
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20221111
  CLC： R284.2;R289;R22;R2-031;R33
- Received：21 March 2022，
  
  Published Online：27 June 2022，
  
  Published：05 October 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
蔡晓雪,王思凡,米要磊等.工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(19):162-172.

CAI Xiaoxue,WANG Sifan,MI Yaolei,et al.Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(19):162-172.
蔡晓雪,王思凡,米要磊等.工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(19):162-172. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20221111.

CAI Xiaoxue,WANG Sifan,MI Yaolei,et al.Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(19):162-172. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20221111.

摘要

目的

2C类蛋白磷酸酶（PP2C）参与植物多种信号转导途径。其通过负调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路参与植物多种胁迫响应和代谢产物合成的调控。对工业大麻PP2C（CsPP2Cs）基因家族进行全基因组鉴定及表达分析，以期为研究CsPP2Cs在工业大麻生长发育过程中的生物学功能提供参考。

方法

利用MEGA-X构建系统发育树，利用ExPASy、WoLF PSORT、MEME、Batch-CD-Search、PlantCare、TBtools分别对CsPP2Cs蛋白理化性质、亚细胞定位、保守基序、蛋白结构域、

CsPP2Cs

基因启动子顺式作用元件和与拟南芥

PP2Cs

（

AtPP2Cs

）基因的共线性进行预测和分析。通过转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）对

CsPP2Cs

基因表达进行分析和验证。

结果

从工业大麻全基因组中共鉴定出52个具有保守结构域的PP2Cs，基因编码蛋白长度244~1 089个氨基酸不等，相对分子质量在26.76~122.53 kDa，亚细胞定位主要分布于细胞核、细胞质和叶绿体。系统进化树将52个CsPP2Cs分为10个亚族和5个未分组成员。共线性分析发现，工业大麻与拟南芥存在7对同源基因。顺式元件预测显示光响应元件和脱落酸元件居多。基因表达热图显示，相同基因在各组织中存在差异表达。对部分基因进行Real-time PCR验证，进一步证实了转录组数据的准确性。同时，可变剪切分析表明部分

CsPP2Cs

基因在进化过程中存在可变剪切本。

结论

从全基因组层面对CsPP2Cs进行了分析和预测，提示CsPP2Cs可能广泛参与工业大麻的多种生物学过程，为进一步研究CsPP2Cs功能奠定了基础。

Abstract

Objective

The type 2C protein phosphatases （PP2C） are involved in numerous plant signal transduction pathways. They mainly participate in plant stress response and regulate second metabolites biosynthesis via negatively regulating MAPK signaling pathway. Herein，we were to identify and analyze PP2C （CsPP2C） gene family from hemp genome，in hope of providing comprehensive insights for studying CsPP2C function during the development of hemp.

Method

Molecular Evolutionary Genetics Analysis （MAGA）-X was used to construct phylogenetic tree. Expert Protein Analysis System （ExPASy），WoLF PSORT，Multiple EM for Motif Elicitation （MEME），Batch Conserved Domain Search （Batch-CD-Search），PlantCare，and TBtools were used，respectively，to predict CsPP2C physicochemical properties，subcellular localization，conserved motifs，protein structure，

cis

-element in promoter and collinearity with

Arabidopsis

PP2C

Cannabis sativa

transcriptome and Real-time polymerase chain reaction（Real-time PCR） were used to analyze and verify gene expressions，respectively.

Result

Fifty-two CsPP2C with conserved domains were identified from the entire genome of hemp，encoding proteins ranging from 244 to 1 089 aa in length and with molecular weights ranging from 26.76 to 122.53 kDa. Those genes were mainly distributed in the nucleus，cytoplasm and chloroplast. The 47 CsPP2C were divided into 10 subfamilies，and the remaining 5 were not clustered. Seven pairs of homologous genes between hemp and

Arabidopsis thaliana

were identified according to collinear analysis. The light-responsive elements and abscisic acid elements are most abundant in the prediction. The gene expression heat map showed varied expression pattern of

CsPP2C

in different tissues. Real-time PCR results of three

CsPP2C

were consistent with transcriptome data. Moreover，alternative splicing analysis showed that some

CsPP2C

had alternative-splicing genes during evolution.

Conclusion

We predicted and analyzed CsPP2C gene family in genomic scale and showed that CsPP2C are involved in many biological processes，whereby provides foundation for CsPP2C functional study.

关键词

Keywords

references

杨柳秀，李超然，高雯 . 大麻化学成分及其种属差异研究进展［J］. 中国中药杂志， 2020 ， 45 （ 15 ）： 3556 - 3564 .

AMIN M R ， ALI D W . Pharmacology of medical cannabis ［J］. Adv Exp Med Biol ， 2019 ， 1162 ： 151 - 165 .

贺海波，石孟琼 . 火麻仁的化学成分和药理活性研究进展［J］. 中国民族民间医药， 2010 ， 19 （ 15 ）： 56 - 57 .

韦凤，涂冬萍，王柳萍 . 火麻仁食用开发和药理作用研究进展［J］. 中国老年学杂志， 2015 ， 35 （ 12 ）： 3486 - 3488 .

弓佩含，杨洋，刘玉婷，等 . 大麻化学成分及药理作用的研究进展［J］. 中国实验方剂学杂志， 2017 ， 23 （ 13 ）： 212 - 219 .

DARIŠ B ， TANCER VERBOTEN M ， KNEZ Ž ， et al . Cannabinoids in cancer treatment： Therapeutic potential and legislation ［J］. Bosn J Basic Med Sci ， 2019 ， 19 （ 1 ）： 14 - 23 .

HILL K P ， PALASTRO M D ， JOHNSON B ， et al . Cannabis and pain：A clinical review ［J］. Cannabis Cannabinoid Res ， 2017 ， 2 （ 1 ）： 96 - 104 .

周永凯，张建春，张华 . 大麻纤维的抗菌性及抗菌机制［J］. 纺织学报， 2007 ， 28 （ 6 ）： 12 - 15 .

陈建华，臧巩固，赵立宁，等 . 大麻化学成分研究进展与开发我国大麻资源的探讨［J］. 中国麻业， 2003 ， 25 （ 6 ）： 266 - 271 .

孙小寅，管映亭，温桂清，等 . 大麻纤维的性能及其应用研究［J］. 纺织学报， 2001 ， 22 （ 4 ）： 34 - 36 .

JOHNSON R . Defining hemp：A fact sheet ［J］. Congressional Res Service ， 2019 ， 44742 .

REN G ， ZHANG X ， LI Y ， et al . Large-scale whole-genome resequencing unravels the domestication history of Cannabis sativa ［J］. Sci Adv ， 2021 ， 7 （ 29 ）： eabg2286 .

COHEN P . The structure and regulation of protein phosphatases ［J］. Annu Rev Biochem ， 1989 ， 58 （ 1 ）： 453 - 508 .

HUBBARD M J ， COHEN P . On target with a new mechanism for the regulation of protein phosphorylation ［J］. Trends Biochem Sci ， 1993 ， 18 （ 5 ）： 172 - 177 .

BORK P ， BROWN N P ， HEGYI H ， et al . The protein phosphatase 2C （PP2C） superfamily：Detection of bacterial homologues ［J］. Protein Sci ， 1996 ， 5 （ 7 ）： 1421 - 1425 .

FUCHS S ， GRILL E ， MESKIENE I ， et al . Type 2C protein phosphatases in plants ［J］. FEBS J ， 2013 ， 280 （ 2 ）： 681 - 693 .

UMEZAWA T ， SUGIYAMA N ， MIZOGUCHI M ， et al . Type 2C protein phosphatases directly regulate abscisic acid-activated protein kinases in Arabidopsis ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 2009 ， 106 （ 41 ）： 17588 - 17593 .

ZHANG F ， FU X ， LV Z ， et al . Type 2C phosphatase 1 of Artemisia annua L. is a negative regulator of ABA signaling ［J］. Bio Med Res Int ， 2014 ， 2014 ： 521794 .

RODRIGUEZ M C ， PETERSEN M ， MUNDY J . Mitogen-activated protein kinase signaling in plants ［J］. Annu Rev Plant Biol ， 2010 ， 61 （ 1 ）： 621 - 649 .

UMBRASAITE J ， SCHWEIGHOFER A ， KAZANAVICIUTE V ， et al . MAPK phosphatase AP2C3 induces ectopic proliferation of epidermal cells leading to stomata development in Arabidopsis ［J］. PLoS One ， 2010 ， 5 （ 12 ）： e15357 .

MESKIENE I ， BAUDOUIN E ， SCHWEIGHOFER A ， et al . Stress-induced protein phosphatase 2C is a negative regulator of a mitogen-activated protein kinase ［J］. J Biol Chem ， 2003 ， 278 （ 21 ）： 18945 - 18952 .

LIU X ， SINGH S K ， PATRA B ， et al . Protein phosphatase NtPP2C2b and MAP kinase NtMPK4 act in concert to modulate nicotine biosynthesis ［J］. J Exp Bot ， 2021 ， 72 （ 5 ）： 1661 - 1676 .

SCHWEIGHOFER A ， HIRT H ， MESKIENE I . Plant PP2C phosphatases：Emerging functions in stress signaling ［J］. Trends Plant Sci ， 2004 ， 9 （ 5 ）： 236 - 243 .

XUE T ， WANG D ， ZHANG S ， et al . Genome-wide and expression analysis of protein phosphatase 2C in rice and Arabidopsis ［J］. BMC Genomics ， 2008 ， 9 ： 550 .

闵东红，薛飞洋，马亚男，等 . 谷子PP2C基因家族的特征［J］. 作物学报， 2013 ， 39 （ 12 ）： 2135 - 2144 .

胡秋涛，侯丹，赵钟毓，等 . 毛竹PP2C基因家族鉴定与表达分析［J］. 农业生物技术学报， 2020 ， 28 （ 10 ）： 1776 - 1787 .

王丹丹 . 白菜、甘蓝、拟南芥PP2C型蛋白磷酸酶基因的比较分析与功能研究［D］. 杨凌：西北农林科技大学， 2017 .

YANG Q ， LIU K ， NIU X ， et al . Genome-wide identification of PP2C genes and their expression profiling in response to drought and cold stresses in medicago truncatula ［J］. Sci Rep ， 2018 ， 8 （ 1 ）： 12841 .

徐志超，浦香东，宋经元 . 基于丹参基因组的蛋白磷酸酶2C家族的系统分析［J］. 中国现代中药， 2018 ， 20 （ 6 ）： 652 - 657 .

CHEN C ， CHEN H ， ZHANG Y ， et al . TBtools： An integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data ［J］. Mol Plant ， 2020 ， 13 （ 8 ）： 1194 - 1202 .

LU X ， XIONG Q ， CHENG T ， et al . A PP2C-1 Allele underlying a quantitative trait locus enhances soybean 100-seed weight ［J］. Mol Plant ， 2017 ， 10 （ 5 ）： 670 - 684 .

ZAGER J J ， LANGE I ， SRIVIDYA N ， et al . Gene networks underlying cannabinoid and terpenoid accumulation in cannabis ［J］. Plant Physiol ， 2019 ， 180 （ 4 ）： 1877 - 1897 .

RODRIGUEZ P L . Protein phosphatase 2C （PP2C） function in higher plants ［J］. Plant Mol Biol ， 1998 ， 38 （ 6 ）： 919 - 927 .

FINKELSTEIN R R ， GAMPALA S S ， ROCK C D . Abscisic acid signaling in seeds and seedlings ［J］. Plant Cell ， 2002 ， 14 Suppl（Suppl ）： S15 - S45 .

YOSHIDA T ， NISHIMURA N ， KITAHATA N ， et al . ABA-hypersensitive germination3 encodes a protein phosphatase 2C （AtPP2CA） that strongly regulates abscisic acid signaling during germination among arabidopsis protein phosphatase 2Cs ［J］. Plant Physiol ， 2006 ， 140 （ 1 ）： 115 - 126 .

BROCK A K ， WILLMANN R ， KOLB D ， et al . The Arabidopsis mitogen-activated protein kinase phosphatase PP2C5 affects seed germination，stomatal aperture，and abscisic acid-inducible gene expression ［J］. Plant Physiol ， 2010 ， 153 （ 3 ）： 1098 - 1111 .

SCHWEIGHOFER A ， KAZANAVICIUTE V ， SCHEIKL E ， et al . The PP2C-type phosphatase AP2C1，which negatively regulates MPK4 and MPK6，modulates innate immunity，jasmonic acid，and ethylene levels in Arabidopsis ［J］. Plant Cell ， 2007 ， 19 （ 7 ）： 2213 - 2224 .

SENTANDREU M ， MARTÍN G ， GONZÁLEZ-SCHAIN N ， et al . Functional profiling identifies genes involved in organ-specific branches of the PIF3 regulatory network in Arabidopsis ［J］. Plant Cell ， 2011 ， 23 （ 11 ）： 3974 - 3991 .

ROVIRA A ， SENTANDREU M ， NAGATANI A ， et al . The sequential action of MIDA9/PP2C.D1，PP2C.D2，and PP2C.D5 is necessary to form and maintain the hook after germination in the dark ［J］. Front Plant Sci ， 2021 ， 12 ： 636098 .

SUGIMOTO H ， KONDO S ， TANAKA T ， et al . Overexpression of a novel Arabidopsis PP2C isoform，AtPP2CF1，enhances plant biomass production by increasing inflorescence stem growth ［J］. J Exp Bot ， 2014 ， 65 （ 18 ）： 5385 - 5400 .

HSIEH T F ， SHIN J ， UZAWA R ， et al . Regulation of imprinted gene expression in Arabidopsis endosperm ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2011 ， 108 （ 5 ）： 1755 - 1762 .

PRIBIL M ， PESARESI P ， HERTLE A ， et al . Role of plastid protein phosphatase TAP38 in LHCⅡdephosphorylation and thylakoid electron flow ［J］. PLoS Biol ， 2010 ， 8 （ 1 ）： e1000288 .

XIANG Y ， SONG B ， NÉE G ， et al . Sequence polymorphisms at the REDUCED DORMANCY5 pseudophosphatase underlie natural variation in Arabidopsis dormancy ［J］. Plant Physiol ， 2016 ， 171 （ 4 ）： 2659 - 2670 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Identification and Expression Analysis of AP2/ERF Family in Stress Responses of Pinellia ternata Based on Transcriptome Data

Cloning and Expression Patterns of Coumarate-3-hydroxylase Gene from Angelica sinensis and Its Correlation with Content of Ferulic Acid

Identification and Expression Analysis of TIFY Transcription Factor in Eucommia ulmoides

Cloning and Expression Patterns of LmC3H1 Gene in Lonicera macranthoides and Its Correlation with Chlorogenic Acid Content

Full-length Cloning and Protein Expression Analysis of Glycosyltransferases Gene SaUGT1/SaUGT2 in Sorbus aucuparia

Related Author

ZHANG Aimin

YANG Jinrong

CUI Wanning

ZHANG Yu

BO Chen

CHAO Qiujie

ZHU Yanfang

DUAN Yongbo

Related Institution

Anhui Provincial Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Featured Resource Plants， College of Life Sciences， Huaibei Normal University

School of Life Science And Technology， Wuhan Polytechnic University

Henan Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Prescription and Syndrome Signaling，Academy of Chinese Medicine，Henan University of Chinese Medicine

International Center for Bamboo and Rattan，Key Open Laboratory of Bamboo and Rattan Science and Technology，China National Forestry and Grassland Administration

School of Pharmacy, Hunan University of Chinese Medicine

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

Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa

DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20221111

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references