铁皮石斛DoGSTF11基因的生物信息学及表达模式分析

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20240951

摘要/Abstract

摘要：

谷胱甘肽转移酶（glutathione S-transferases，GST）广泛存在于植物中，参与植物次生代谢产物的转运、异源物质解毒、激素调节、细胞凋亡等过程。本试验对克隆得到的1个铁皮石斛GST候选基因DoGSTF11进行生物信息学及表达模式分析发现，DoGSTF11基因编码221个氨基酸。DoGSTF11蛋白相对分子质量为25.16 ku，理论等电点为6.34，为疏水性不稳定蛋白，无跨膜结构域和信号肽，含有10个蛋白磷酸化位点，具有N端和C端2个保守结构域。氨基酸序列分析表明，DoGSTF11蛋白与葡萄VvGST4蛋白相似性最高，相似度达67.0%。组织特异性表达分析结果显示，DoGSTF11在不同品系中的相对表达量为：紫秆>粉秆>绿秆，在不同组织中的相对表达量为：花>叶>茎>根。顺式作用元件分析结果表明，DoGSTF11基因启动子序列含有多种植物激素及环境因子相关的顺式作用元件，且在低温诱导下显著（p<0.05）上调表达，推测该基因可能参与铁皮石斛响应低温胁迫的调控途径。本研究为后续探究DoGSTF11基因功能及其参与非生物胁迫响应中的作用机制提供理论依据。

关键词: 铁皮石斛, DoGSTF11基因, 生物信息学, 表达

Abstract:

Glutathione S-transferases （GST） are widely distributed in plants，and they participate in the transport of secondary metabolites in plants，the detoxification of heterologous substances，hormone regulation and cell apoptosis，et al. In this study，we analyzed one selected GST gene named DoGSTF11 through bioinformatics and expression pattern analysis. The results showed that DoGSTF11 gene encoded 221 amino acids. The relative molecular weight of DoGSTF11 protein was 25.16 ku，and its theoretical isoelectric point（pI）was 6.34. The DoGSTF11 protein was an unstable hydrophobic protein，with no transmembrane domain or signal peptide. It contained 10 protein phosphorylation sites and featured two conserved domains：N-terminal domain and C-terminal domain. Amino acid sequence analysis showed that DoGSTF11 protein had the highest homology with VvGST4 protein of V. vinifera，with a similarity of 67.0%. Tissue-specific expression analysis showed that the relative expression levels of DoGSTF11 gene varied across different strains as follows：purplish stem > pink stem > green stem，and across different tissues as follows：flower > leaf > stem > root. The results of cis-acting element analysis showed that the promoter sequence of DoGSTF11 gene contained multiple elements，which were related to plant hormones and environmental factors. The expression of DoGSTF11 gene was significantly（p<0.05） up-regulated under the induction of low temperature，which suggested that this gene may regulate the low temperature response process of Dendrobiumofficinale. This study provides a theoretical basis for further exploration of the function of DoGSTF11 gene and its role in response to abiotic stress.

Key words: Dendrobium officinale Kimura et Migo, DoGSTF11 gene, bioinformatics analysis, expression

中图分类号:

S567

张逸群, 陈家栋, 吴永强, 宋敏全, 刘莹莹, 段晓婧, 陶正明, 姜武. 铁皮石斛DoGSTF11基因的生物信息学及表达模式分析[J]. 浙江农业科学, 2026, 67(3): 634-639.

ZHANG Yiqun, CHEN Jiadong, WU Yongqiang, SONG Minquan, LIU Yingying, DUAN Xiaojing, TAO Zhengming, JIANG Wu. Bioinformatics and expression pattern analysis of DoGSTF11 in Dendrobium officinale[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(3): 634-639.

图/表 7

图1 DoGSTF11蛋白的保守结构域

Fig.1 Conservative domain of DoGSTF11 protein

图2 DoGSTF11蛋白预测分析A，亲水性/疏水性；B，跨膜结构域；C，信号肽；D，磷酸化位点。

Fig.2 Prediction analysis of DoGSTF11 protein

图3 DoGSTF11蛋白生物信息学分析A，DoGSTF11蛋白二级结构预测；B，DoGSTF11蛋白三级结构预测；C，DoGSTF11与其他物种的系统发育树；D，DoGSTF11与其他物种的氨基酸多重序列比对。

Fig.3 Bioinformatics analysis of DoGSTF11 protein

表1 DoGSTF11基因启动子的顺式作用元件

Table 1 Cis-acting elements of DoGSTF11 gene promoter

元件名称	序列（5′→3′）	数量	功能
CAAT-box	CAAAT	21	启动子和增强子区域共有的顺式作用元件
TATA-box	TATATAAA	9	转录起始-30区的核心启动子元件
P-box	CCTTTTG	1	GA₃响应
LTR	CCGAAA	1	低温响应
TC-rich repeats	ATTCTCTAAC	2	胁迫响应
TCT-motif	TCTTAC	1	部分光响应

图4 DoGSTF11基因的组织特异性表达

Fig.4 Tissue-specific expression of the DoGSTF11 gene

图5 DoGSTF11在不同品系中的表达A，3个铁皮石斛品系表型；B，不同品系中多糖含量；C，不同品系的花青素含量；D，DoGSTF11在不同品系中相对表达量。“*”表示与绿秆品系相比在0.05水平差异显著，“**”表示与绿秆品系相比在0.01水平差异显著。

Fig.5 Expression of DoGSTF11 in different strains

图6 DoGSTF11在低温处理下的表达“*”表示同一组织不同处理间差异显著（p<0.05）。

Fig.6 Expression of DoGSTF11 under low temperature treatment

参考文献 16

[1]	胡杨，赵勉，邱雨轩，等. 药食同源中药铁皮石斛的研究进展［J］. 南京中医药大学学报，2024，40（1）：94-108.
	HU Y， ZHAO M， QIU Y X，et al. Research progress on Dendrobii officinalis Caulis as medicinal and edible traditional Chinese medicine［J］. Journal of Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，2024，40（1）：94-108.
[2]	国家药典委员会. 中华人民共和国药典：一部［M］. 2020年版.北京：中国医药科技出版社，2020：1088.
[3]	曾杰. 铁皮石斛多糖对Ⅱ型糖尿病小鼠心脏和肾脏并发症改善作用及机制的研究［D］. 重庆：西南大学，2020.
	ZENG J. The protective effects of Dendrobium officinale Kimura et Migo polysaccharide on diabetic cardiomyopathy and diabetic nephropathy in mice［D］. Chongqing：Southwest University，2020.
[4]	黄璐琦，陈美兰，肖培根. 中药材道地性研究的现代生物学基础及模式假说［J］. 中国中药杂志，2004，29（6）：494-496.
	HUANG L Q， CHEN M L， XIAO P G. Modern biological foundations and hypotheses of the model for the study of the authenticity of traditional Chinese medicinal materials［J］. China Journal of Chinese Materia Medica，2004，29（6）：494-496.
[5]	刘付松，任艳，吴发明，等. 中药材“道地论”的生态内涵［J］. 中华中医药杂志，2023，38（11）：5551-5556.
	LIU F S， REN Y， WU F M，et al. Ecological connotation of the‘authenticity’of traditional Chinese medicine［J］. China Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy，2023，38（11）：5551-5556.
[6]	王晶晶，马晓开，聂冰倩，等. 铁皮石斛甘露糖含量与其颜色的相关性研究［J］. 中华中医药学刊，2023，41（6）：32-36.
	WANG J J， MA X K， NIE B Q，et al. Study on correlation between mannose content and color in stem of Dendrobium officinale ［J］. Chinese Archives of Traditional Chinese Medicine，2023，41（6）：32-36.
[7]	王江昱，田淑婷，张涵，等. 单子叶观赏植物花青素苷呈色机制研究进展［J］. 扬州大学学报（农业与生命科学版），2022，43（5）：101-114.
	WANG J Y， TIAN S T， ZHANG H，et al. Coloring mechanism of anthocyanin in monocot ornamental plants［J］. Journal of Yangzhou University（Agricultural and Life Science Edition），2022，43（5）：101-114.
[8]	范文广，柴佳靖，李保豫，等. 百合花青苷分子调控研究进展［J］. 植物遗传资源学报，2023，24（5）：1236-1247.
	FAN W G， CHAI J J， LI B Y，et al. Advances in molecular regulation of anthocyanin biosynthesis in Lilium ［J］. Journal of Plant Genetic Resources，2023，24（5）：1236-1247.
[9]	何骥，黄梅梅，莫荣利. 桑椹花青苷生物合成研究进展［J］. 广西蚕业，2024，61（2）：32-35.
	HE J， HUANG M M， MO R L. Research progress on the biosynthesis of anthocyanins in mulberry［J］. Guangxi Sericulture，2024，61（2）：32-35.
[10]	金雪花，洪艳，黄河，等. 瓜叶菊谷胱甘肽转移酶基因GST的分离及表达分析［J］. 园艺学报，2013，40（6）：1129-1138.
	JIN X H， HONG Y， HUANG H，et al. Isolation and expression analysis of GST gene encoding glutathione S-transferase from Senecio cruentus ［J］. Acta Horticulturae Sinica，2013，40（6）：1129-1138.
[11]	CHIOU C Y， YEH K W. Differential expression of MYB gene（OgMYB1）determines color patterning in floral tissue of Oncidium Gower Ramsey［J］. Plant Molecular Biology，2008，66（4）：379-388.
[12]	LI C H， QIU J， DING L，et al. Anthocyanin biosynthesis regulation of DhMYB2 and DhbHLH1 in Dendrobium hybrids petals［J］. Plant Physiology and Biochemistry，2017，112：335-345.
[13]	张雪，陶磊，乔晟，等. 谷胱甘肽转移酶在植物抵抗非生物胁迫方面的角色［J］. 中国生物工程杂志，2017，37（3）：92-98.
	ZHANG X， TAO L， QIAO S，et al. Roles of glutathione S-transferase in plant tolerance to abiotic stresses［J］. China Biotechnology，2017，37（3）：92-98.
[14]	LAPENNA D. Glutathione and glutathione-dependent enzymes：from biochemistry to gerontology and successful aging［J］. Ageing Research Reviews，2023，92：102066.
[15]	谢靖雯，曹晓云，潘婉琪，等. 植物类黄酮转运与积累机制的研究进展［J］. 植物学报，2024，59（3）：463-480.
	XIE J W， CAO X Y， PAN W Q，et al. Advances in plant flavonoid transport and accumulation mechanism［J］. Bulletin of Botany，2024，59（3）：463-480.
[16]	魏刚，顺庆生，黄月纯，等. 3种铁皮石斛种源HPLC特征图谱比较研究［J］. 中药新药与临床药理，2014，25（4）：467-471.
	WEI G， SHUN Q S， HUANG Y C，et al. Comparative study of HPLC characteristic spectrum of Dendrobium officinale from three provenance sources［J］. Traditional Chinese Drug Research and Clinical Pharmacology，2014，25（4）：467-471.