工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析

蔡晓雪; 王思凡; 米要磊; 万会花; 曹雪; 孙伟; 苏畅; 陈士林; 徐艳琴; 陈伟强

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20221111

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工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析

药学基础 | 更新时间：2022-08-30

- 工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析
- Identification and Expression Analysis of PP2C Gene Family Members in Cannabis sativa
- 中国实验方剂学杂志 2022年28卷第19期页码：162-172
- 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：
  
  蔡晓雪，在读硕士，从事中药资源研究，E-mail：alinaa777@163.com
  徐艳琴，教授，从事中药资源研究，E-mail：yqxutcm@163.com
  陈伟强，助理研究员，从事中药资源、中药生物技术研究，E-mail：wqchen@icmm.ac.cn
- 基金信息：
  
  中国中医科学院科技创新工程项目(CI2021A04113);国家自然科学基金项目(82060684)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20221111
  中图分类号： R284.2;R289;R22;R2-031;R33
- 收稿日期：2022-03-21，
  
  网络出版日期：2022-06-27，
  
  纸质出版日期：2022-10-05
- 稿件说明：
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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

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