园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (12): 3271-3287.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0990
韩宏伟, 常亚南, 刘会芳, 庄红梅, 邢嘉怡, 张晓达, 祖丽皮耶·阿卜杜米力科, 王浩*(
), 王强*
收稿日期:2025-01-05
修回日期:2025-09-03
出版日期:2025-12-25
发布日期:2025-12-20
通讯作者:
基金资助:
HAN Hongwei, CHANG Yanan, LIU Huifang, ZHUANG Hongmei, XING Jiayi, ZHANG Xiaoda, ZULIPIYE · Abudumilike, WANG Hao*(
), WANG Qiang*
Received:2025-01-05
Revised:2025-09-03
Published:2025-12-25
Online:2025-12-20
摘要:
为探究甜瓜细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP450)基因家族的功能,利用生物信息方法分析甜瓜基因组数据,鉴定出195个全长CYP450基因,归属于10个家族簇(clan),不均匀分布于甜瓜的12条染色体上。MEME分析鉴定甜瓜CYP450家族包含15个保守基序。理化性质分析表明绝大多数甜瓜CYP450蛋白为疏水性蛋白,主要定位于叶绿体/质体膜系统。该家族基因启动子区存在多种顺式作用元件,包括核心启动子元件(如TATA-box、CAAT-box)、转录因子结合位点(如MYB、MYC),光响应元件(如GT1-motif、Box 4)和激素响应元件(如ABRE、CGTCA-motif)。通过对不同强度光辐射处理下甜瓜黄绿叶突变体Cmygl-1(MT)和野生型(WT)植株叶片的RNA-seq分析,共鉴定出69个差异表达的CmCYP450基因;其中有16个在叶片中表达水平较高,且其表达受不同强度光辐射差异调控,提示这些基因可能与光辐射诱导的突变体叶色表型相关。
韩宏伟, 常亚南, 刘会芳, 庄红梅, 邢嘉怡, 张晓达, 祖丽皮耶·阿卜杜米力科, 王浩, 王强. 甜瓜细胞色素P450家族基因的鉴定及其响应光辐射强度的表达分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(12): 3271-3287.
HAN Hongwei, CHANG Yanan, LIU Huifang, ZHUANG Hongmei, XING Jiayi, ZHANG Xiaoda, ZULIPIYE · Abudumilike, WANG Hao, WANG Qiang. Identification of Cytochrome P450 Family Genes in Melon and Expression Analysis in Response to Light Intensity[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(12): 3271-3287.
| 处理 Treatment | 方法 Method | 平均透光率/% Average transmittance | 光辐射强度(× 104 lx) Light radiation intensity |
|---|---|---|---|
| 强光(SW) Strong light | 自然光(无遮光) Natural light(without shading) | 100.0 | 6.08 |
| 亚强光(SN) Sub-strong light | 距离植株生长点上方0.30 m覆盖一层棚膜 A layer of greenhouse film was covered 0.30 m above the plant growth point | 78.2 | 4.75 |
| 遮荫(ZY) Shading | 在SN处理的基础上再覆盖一层遮阳网 Based on the SN treatment,an additional layer of shading net was covered | 28.7 | 1.74 |
表1 不同处理的透光率及光辐射强度
Table 1 Transmittance and light radiation intensity of different treatments
| 处理 Treatment | 方法 Method | 平均透光率/% Average transmittance | 光辐射强度(× 104 lx) Light radiation intensity |
|---|---|---|---|
| 强光(SW) Strong light | 自然光(无遮光) Natural light(without shading) | 100.0 | 6.08 |
| 亚强光(SN) Sub-strong light | 距离植株生长点上方0.30 m覆盖一层棚膜 A layer of greenhouse film was covered 0.30 m above the plant growth point | 78.2 | 4.75 |
| 遮荫(ZY) Shading | 在SN处理的基础上再覆盖一层遮阳网 Based on the SN treatment,an additional layer of shading net was covered | 28.7 | 1.74 |
| 引物名称Primer name | 上游引物(5′-3′)Forward primer | 下游引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| MELO3C021434.2 | GGTTCAGGCTTACAAGGCTAAT | CCACTCTCAAGGCATTCTACG |
| MELO3C009884.2 | GGTGCCACTATTGTGTCTCTTC | GCCTATTCGGTTAGCAACTCTT |
| MELO3C002338.2 | AAGCTCTTCCAATGCACCAAG | TGATGCCACAACACCAACAC |
| MELO3C018724.2 | AGCATGGCAGGATTAGGAATTG | TTGTGGCGTTGGAGGAGTT |
| MELO3C011682.2 | CATCTCGGCGTGGAAGGTAT | CGTGGCTGTCGTTCAAGTG |
| MELO3C011976.2 | CGGCGGAGTATTGTCAGATG | CAACCAATCCAAGAACAACACA |
| MELO3C007154.2 | TGAGCCACCATCCTACCTAAC | CACTTCCAACTCACGGTTCTT |
| MELO3C004214.2 | GGAGAAGTGCCAGAGAACCT | TTTCACCCAGTTGCCCAATC |
| MELO3C022113.2 | CGAGGCTGTCTGGTTCAAGA | CAATGACGGCGACGATGAG |
| MELO3C027057.2 | GCAGACGCCAACGCCATTA | GCACGATCCAATTACGACGATT |
| MELO3C004135.2 | CGGCAGCAACATTGAAACAA | TCTCACAAGCAGCAACAACA |
| MELO3C004201.2 | ACACGACTTGGACTTGGAGAG | CCACAATGCTCAACAGAGACAA |
| MELO3C002187.2 | CAATAGTCAGTGGCAACAACCT | GCGTAGCAGTTTCCGAATCAT |
| MELO3C006499.2 | GGACAACGACTAATCGCCTAC | ATGATGGAATCGCTTGCTCTC |
| MELO3C026749.2 | GGATGTGGTAGACTCTGTAGCA | CTTGACTGTCCTCCTGAGATTC |
| MELO3C026019.2 | TTCCATTAACCAGTGCTGCTC | GCTCTTGACGAAGTGCTTGTA |
| MELO3C016167.2 | TGTTGCCGTCCGATCCTTAT | CTTCCTCTTGCTCCTCTCCTT |
| MELO3C035538.2(CmCYP195) | TTGTCCAACTTGTTAGCGATGT | CTTGAATCCCGTGAAGATGGTA |
| MELO3C004801.2(CmCYP24) | GTCCAATCCTTCGCCTTCATT | GCCATTCGACAGATCACATCAT |
| MELO3C026260.2(CmCYP174) | TGCTTCCTCTTCTTCTTCTTCC | TTGGTGGAGATGGAGGTGAA |
| MELO3C011869.2(CmCYP79) | CACCGCTTCTCTGTCAACCT | TGAGCAATGGCAGCAAGATTC |
| MELO3C021842.2(CmCYP144) | ATCACTTCCAACCAACACAACA | CTGTAGGACCTGACACGAGAA |
| MELO3C015058.2(CmCYP101) | CCAGCACCACTGAGATATTGAG | TGAGAACATGAGAAGCAAGGAT |
| MELO3C013868.2(CmCYP95) | GCTTCGACGGCTGATAACAAT | GCAACTCCAATGGCTTCTCC |
表2 qRT-PCR引物序列
Table 2 Pirmer sequences used for qRT-PCR analysis
| 引物名称Primer name | 上游引物(5′-3′)Forward primer | 下游引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| MELO3C021434.2 | GGTTCAGGCTTACAAGGCTAAT | CCACTCTCAAGGCATTCTACG |
| MELO3C009884.2 | GGTGCCACTATTGTGTCTCTTC | GCCTATTCGGTTAGCAACTCTT |
| MELO3C002338.2 | AAGCTCTTCCAATGCACCAAG | TGATGCCACAACACCAACAC |
| MELO3C018724.2 | AGCATGGCAGGATTAGGAATTG | TTGTGGCGTTGGAGGAGTT |
| MELO3C011682.2 | CATCTCGGCGTGGAAGGTAT | CGTGGCTGTCGTTCAAGTG |
| MELO3C011976.2 | CGGCGGAGTATTGTCAGATG | CAACCAATCCAAGAACAACACA |
| MELO3C007154.2 | TGAGCCACCATCCTACCTAAC | CACTTCCAACTCACGGTTCTT |
| MELO3C004214.2 | GGAGAAGTGCCAGAGAACCT | TTTCACCCAGTTGCCCAATC |
| MELO3C022113.2 | CGAGGCTGTCTGGTTCAAGA | CAATGACGGCGACGATGAG |
| MELO3C027057.2 | GCAGACGCCAACGCCATTA | GCACGATCCAATTACGACGATT |
| MELO3C004135.2 | CGGCAGCAACATTGAAACAA | TCTCACAAGCAGCAACAACA |
| MELO3C004201.2 | ACACGACTTGGACTTGGAGAG | CCACAATGCTCAACAGAGACAA |
| MELO3C002187.2 | CAATAGTCAGTGGCAACAACCT | GCGTAGCAGTTTCCGAATCAT |
| MELO3C006499.2 | GGACAACGACTAATCGCCTAC | ATGATGGAATCGCTTGCTCTC |
| MELO3C026749.2 | GGATGTGGTAGACTCTGTAGCA | CTTGACTGTCCTCCTGAGATTC |
| MELO3C026019.2 | TTCCATTAACCAGTGCTGCTC | GCTCTTGACGAAGTGCTTGTA |
| MELO3C016167.2 | TGTTGCCGTCCGATCCTTAT | CTTCCTCTTGCTCCTCTCCTT |
| MELO3C035538.2(CmCYP195) | TTGTCCAACTTGTTAGCGATGT | CTTGAATCCCGTGAAGATGGTA |
| MELO3C004801.2(CmCYP24) | GTCCAATCCTTCGCCTTCATT | GCCATTCGACAGATCACATCAT |
| MELO3C026260.2(CmCYP174) | TGCTTCCTCTTCTTCTTCTTCC | TTGGTGGAGATGGAGGTGAA |
| MELO3C011869.2(CmCYP79) | CACCGCTTCTCTGTCAACCT | TGAGCAATGGCAGCAAGATTC |
| MELO3C021842.2(CmCYP144) | ATCACTTCCAACCAACACAACA | CTGTAGGACCTGACACGAGAA |
| MELO3C015058.2(CmCYP101) | CCAGCACCACTGAGATATTGAG | TGAGAACATGAGAAGCAAGGAT |
| MELO3C013868.2(CmCYP95) | GCTTCGACGGCTGATAACAAT | GCAACTCCAATGGCTTCTCC |
图1 甜瓜(Cm)、拟南芥(At)与水稻(Os)CYP450的系统发育树 红色:CmCYP450;蓝色:AtCYP450;粉色:OsCYP450
Fig. 1 Phylogenetic tree of CmCYP450s,AtCYP450s and OsCYP450s Red:CmCYP450s;Blue:AtCYP450s;Pink:OsCYP450s
图6 CmCYP450家族基因的复制与共线性分析 基因组中P450基因对的共线性关系用彩色线表示。不同的颜色代表不同的染色体
Fig. 6 Gene replication and collinearity analysis of CmCYP450 The collinearity relationships of gene pairs are represented by colorful lines. Different chromosomes are represented by different colors
图7 甜瓜(Cm)、拟南芥(At)与水稻(Os)CYP450的共线性分析 灰色线为不同基因组之间的共线关系,彩色线为CYP450家族基因之间的共线关系
Fig. 7 Synteny analysis of P450 genes between the genomes of Cucumis melo,Arabidopsis thaliana and Oryza sativa The gray lines are all collinear relationships among different genomes,and the colored lines are collinear relationships among P450 gene family genes
图9 不同光辐射强度处理差异表达CmCYP450热图(A)、突变体与野生型植株的表型(B)、RNA-seq和qRT-PCR相对表达量的相关性分析(C) B图左侧植株为突变体Cmygl-1,右侧植株为野生型植株
Fig. 9 The heat map of differential expression of CmCYP450 under different light radiation intensities(A),Phenotypes of mutants and wild-type plants(B),Correlation analysis of relative expression levels between RNA seq and qRT PCR(C) The plant on the left in Figure B is the mutant Cmygl-1,and the plant on the right is the wild type
图10 部分CmCYP450基因的qRT-PCR相对表达量(fold change)与转录组测序结果(FPKM)的表达趋势分析 SWWT:强光处理下野生型植株;SNWT:亚强光处理下野生型植株;ZYWT:遮阴处理下野生型植株;SWMT:强光处理下突变体植株;SNMT:亚强光处理下突变体植株;ZYMT:遮阴处理下突变体植株
Fig. 10 Analysis of expression trends of some CmCYP450 genes using qRT-PCR(fold change)and RNA-seq(FPKM) SWWT:The wild type plants with strong light treatment;SNWT:The wild type plants with sub intense light treatment;ZYWT:The wild type plants with shade treatment;SNMT:The mutants with strong light treatment;SNMT:The mutants with sub intense light treatment;ZYMT:The mutants with shade treatment
图11 黄绿叶突变体中16个叶片高表达CmCYP450基因响应不同光辐射强度的表达趋势 FPKM:基因表达量。不同小写字母表示0.05水平差异显著
Fig. 11 The expression trends of 16 CmCYP450 genes highly expressed in mutant leaves in response to different light radiation intensities FPKM:Fragments Per Kilobase of transcript per Million mapped reads. Different lowercase letter indicate significant differences at 0.05 level
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