本書(shū)是關(guān)于植物氧化還原酶的系統(tǒng)性研究成果的匯總，涉及多個(gè)植物氧化還原酶家族的挖掘、鑒定，并對(duì)其起源、進(jìn)化和功能等進(jìn)行研究。作者團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立過(guò)氧化物酶專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)PeroxiBase，并多次升級(jí)至最新版本氧化還原酶專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)RedOxiBase；開(kāi)發(fā)了多個(gè)用于氧化還原酶家族鑒定、分析的工具和流程；構(gòu)建了植物中幾個(gè)過(guò)氧化物酶家族的起源模型、劑量進(jìn)化模型，基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)化模型；研究了氧化還原酶在植物生物脅迫應(yīng)答中的功能等。本書(shū)對(duì)本團(tuán)隊(duì)的以上工作進(jìn)行了介紹。
本書(shū)可供從事氧化還原生物學(xué)、生物信息學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)、植物基因組學(xué)和分子生物學(xué)等分支學(xué)科教學(xué)、科研的高校師生和科研機(jī)構(gòu)研究人員參考。

李強(qiáng)，1984年生，于2015年在法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)（ UPS )／法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（ CNRS ）植物科學(xué)研究室（ LRSV ）獲得植物發(fā)育學(xué)博士學(xué)位。法國(guó)國(guó)家植物基因組資源中心（ CNRGV )訪問(wèn)學(xué)者，現(xiàn)為西南大學(xué)副教授、碩士研究生導(dǎo)師。氧化還原酶專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù) RedOxiBase 的開(kāi)發(fā)者和數(shù)據(jù)注釋專家。長(zhǎng)期從事植物氧化還原酶相關(guān)研究，在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表研究論文60余篇，擔(dān)任20余家國(guó)內(nèi)外雜志的評(píng)審專家。

活性氧（reactive oxygen species，ROS） 是植物脅迫響應(yīng)和組織發(fā)育中的重要信號(hào)分子。其穩(wěn)態(tài)調(diào)控對(duì)于植物的發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)至關(guān)重要。植物細(xì)胞中，以過(guò)氧化物酶為主的氧化還原酶（oxidoreductase）系統(tǒng)肩負(fù)著ROS 穩(wěn)態(tài)調(diào)控的重要任務(wù)。植物的氧化還原酶系統(tǒng)由若干多基因家族組成，對(duì)這些基因家族的挖掘、注釋、起源、進(jìn)化和功能的研究將為植物的脅迫適應(yīng)和抗性建成提供重要的理論基礎(chǔ)。本書(shū)圍繞植物的氧化還原酶系統(tǒng)，基于生物信息學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)、植物基因組學(xué)和分子生物學(xué)等技術(shù)，對(duì)植物氧化還原酶家族進(jìn)行鑒定，并對(duì)其起源、進(jìn)化和功能進(jìn)行深入研究，為更好地理解氧化還原酶在植物適應(yīng)環(huán)境中的功能奠定理論基礎(chǔ)，為相關(guān)領(lǐng)域諸如氧化還原生物學(xué)、生物信息學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)、植物基因組學(xué)和分子生物學(xué)等分支學(xué)科，尤其是植物抗逆領(lǐng)域的科研工作提供科學(xué)借鑒。
本書(shū)是作者在長(zhǎng)期從事植物氧化還原酶研究的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)系統(tǒng)歸納和總結(jié)而成，其中包含作者在法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（French National Centre for Scientific Research，CNRS） 和法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)（Université Toulouse III–Paul Sabatier，UPS） 共建的植物科學(xué)研究室（Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales，LRSV） 攻讀博士學(xué)位期間的四年科研成果，以及在法國(guó)植物基因組生物資源中心（Centre for Biological Resources Dedicated to Plant Genomics，CNRGV）交流學(xué)習(xí)成果和在西南大學(xué)的七年教學(xué)和科研成果，所以可以說(shuō)本書(shū)介紹的大部分研究?jī)?nèi)容均為西南大學(xué)和法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)等單位合作的成果。作者在法國(guó)留學(xué)期間，作為氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù)PeroxiBase 的主要構(gòu)建者之一進(jìn)行了氧化還原酶多基因家族的注釋、起源、進(jìn)化和功能研究；在西南大學(xué)期間，圍繞氧化還原酶與植物抗病性的相關(guān)性展開(kāi)深入研究，鑒定了多個(gè)與植物抗病相關(guān)的氧化還原酶成員。作者通過(guò)多年來(lái)的持續(xù)性探索和研究，產(chǎn)生了諸多的原創(chuàng)性成果，這為本書(shū)的順利成型奠定了基礎(chǔ)。本書(shū)在內(nèi)容編排上打破了原有研究?jī)?nèi)容的框架，以解決科學(xué)問(wèn)題為主，結(jié)合以往發(fā)表的論文以及未發(fā)表的數(shù)據(jù)，查漏補(bǔ)缺，重新組織而成。
本書(shū)緊緊圍繞植物氧化還原酶介紹了理論研究、方法研究和應(yīng)用研究等多方面內(nèi)容，具體包括植物氧化還原酶的鑒定、起源、進(jìn)化和功能等。本書(shū)分為四篇十四章：第一篇為相關(guān)理論與國(guó)內(nèi)外研究概述，綜述了活性氧及其調(diào)控（第一章）和氧化還原酶進(jìn)化與功能研究進(jìn)展（第二章）；第二篇為氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù)，介紹了新氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和升級(jí)（第三章），開(kāi)發(fā)了氧化還原酶基因家族注釋流程（第四章）；第三篇為氧化還原酶的起源與進(jìn)化，建立了植物氧化還原酶起源和劑量（基因數(shù)量、酶活）進(jìn)化模型（第五章）、基因復(fù)制與“熱點(diǎn)”形成模型（第六章）、基因誕生與丟失模型（第七章）、基因結(jié)構(gòu)進(jìn)化模型（第八章）和蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)化模型（第九章）；第四篇為氧化還原酶與植物抗病相關(guān)性，研究了植物生物脅迫相關(guān)的過(guò)氧化物酶（第十章）、過(guò)氧化氫酶（第十一章）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（第十二章）、呼吸爆發(fā)氧化酶（第十三章）和超氧化物歧化酶（第十四章）等。
本書(shū)是多人合作的產(chǎn)物。在這里要特別感謝植物氧化還原酶領(lǐng)域知名專家，我的博士導(dǎo)師Christophe DUNAND 教授，感謝他讓我成為團(tuán)隊(duì)的一員，并為我的科研提供了非常專業(yè)的指導(dǎo)和建議。也要感謝同事Nizar FAWAL、Hua WANG、Philippe RANOCHA、Bruno SAVELLI、Catherine MATHE、Marie BRETTE、Marcel ZAMOCKY 等在本書(shū)中的項(xiàng)目執(zhí)行期間的知識(shí)分享、專業(yè)建議以及對(duì)氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù)PeroxiBase 和RedOxiBase 的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)。感謝Hélène BERGES 教授和Endymion COOPER 博士對(duì)基因組測(cè)序和分析的支持和建議。感謝西南大學(xué)的陳善春研究員、何永睿副研究員、鄒修平研究員、龍琴副研究員、宋慶瑋博士，以及研究生傅佳、喻奇緣、楊雯、秦秀娟、祁靜靜、樊捷、黃馨、竇萬(wàn)福、胡安華、張晨希、線寶航和賈瑞瑞等在實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析和書(shū)稿撰寫過(guò)程中的辛苦付出。
本書(shū)的出版和相關(guān)研究的執(zhí)行獲得了“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目：長(zhǎng)江上游特色瀕危農(nóng)業(yè)生物種質(zhì)資源搶救性保護(hù)與創(chuàng)新利用（2022YFD1201600）”“國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑桔) 產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-26)”“西部（重慶）科學(xué)城種質(zhì)創(chuàng)制大科學(xué)中心長(zhǎng)江上游種質(zhì)創(chuàng)制與利用工程研究中心科技創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目（2010823002）”“中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（SWUXDJH202308）”和“國(guó)家留學(xué)基金委員會(huì)公派留學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金”的支持，在此一并感謝。最后，感謝眾多參考文獻(xiàn)的國(guó)內(nèi)外作者，正是站在你們的肩上，本書(shū)取得了些許亮點(diǎn)。
由于本人水平有限，疏漏和不足之處恐難避免，敬請(qǐng)專家學(xué)者和廣大讀者不吝賜教。

李強(qiáng)
2024年7月 

第一篇 活性氧相關(guān)理論與國(guó)內(nèi)外研究概述
第一章 活性氧及其穩(wěn)態(tài) 002
第一節(jié) 活性氧 002
一、活性氧的概念 002
二、活性氧產(chǎn)生的位置 003
三、活性氧的功能 004
四、活性氧過(guò)量產(chǎn)生的脅迫條件 005
五、活性氧的氧化損傷 006
第二節(jié) 活性氧穩(wěn)態(tài)調(diào)控 007
一、活性氧是一把“雙刃劍” 007
二、非酶促系統(tǒng) 008
三、酶促系統(tǒng) 009

第二章 CⅢ類過(guò)氧化物酶 012
第一節(jié) CⅢ類過(guò)氧化物酶的酶促循環(huán) 012
第二節(jié) CⅢ類過(guò)氧化物酶的功能多樣性 013
一、CⅢ類過(guò)氧化物酶參與細(xì)胞壁木質(zhì)化 013
二、CⅢ類過(guò)氧化物酶參與植物非生物脅迫響應(yīng) 013
三、CⅢ類過(guò)氧化物酶參與植物生物脅迫響應(yīng) 013


第二篇 氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù)與多基因家族注釋
第三章 氧化還原酶數(shù)據(jù)庫(kù) 016
第一節(jié) CⅢ類過(guò)氧化物酶數(shù)據(jù)庫(kù) 016
一、CⅢ類過(guò)氧化物酶數(shù)據(jù)庫(kù)PeroxiBase 016
二、過(guò)氧化物酶數(shù)據(jù)庫(kù) 017
三、過(guò)氧化物酶家族分類工具PeroxiScan 017
第二節(jié) 過(guò)氧化物酶進(jìn)化分析數(shù)據(jù)庫(kù) 018
一、過(guò)氧化物酶數(shù)據(jù)庫(kù)的升級(jí)概述 018
二、多參數(shù)檢索 019
三、多基因家族半自動(dòng)注釋 021
四、基因家族分類工具：新PeroxiScan 021
五、進(jìn)化分析的新工具：PhyML 022
六、基因結(jié)構(gòu)分析的可視化工具：GECA 022
七、新數(shù)據(jù)類型和展示方式 023
八、更多的數(shù)據(jù)量 023
九、新PeroxiBase 的工作流程 025
十、數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能：Browse the Database 026
第三節(jié) RedOxiBase：活性氧穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù) 026
一、RedOxiBase 概述 026
二、新的交互界面 026
三、進(jìn)化分析的新工具：Orthogroup 028
四、比較基因組學(xué)的新工具：Circos 和Chromodraw 028
五、蛋白質(zhì)表達(dá)分析工具：ExpressWeb 028

第四章 氧化還原酶多基因家族注釋 032
第一節(jié) 基因家族自動(dòng)注釋：?jiǎn)栴}和解決方案 032
一、核酸測(cè)序和組裝 032
二、基因注釋的熱潮 036
三、基因組注釋的方法與步驟 036
四、基因組注釋偏差 037
五、改進(jìn)基因組自動(dòng)注釋偏差的方法 037
第二節(jié) 氧化還原酶家族專屬注釋流程 039
一、氧化還原酶自動(dòng)注釋錯(cuò)誤率高 039
二、氧化還原酶自動(dòng)注釋常見(jiàn)錯(cuò)誤 040
三、氧化還原酶家族注釋的專用流程 042


第三篇 氧化還原酶的起源與進(jìn)化
第五章 氧化還原酶的起源 046
第一節(jié) 非動(dòng)物過(guò)氧化物酶的起源 046
一、非動(dòng)物過(guò)氧化物酶 046
二、非動(dòng)物過(guò)氧化物酶有保守的3D 結(jié)構(gòu) 048
三、CⅢ Prx 起源的基因結(jié)構(gòu)證據(jù) 049
第二節(jié) 非動(dòng)物過(guò)氧化物酶的基因劑量進(jìn)化 049
一、數(shù)據(jù)來(lái)源和過(guò)氧化物酶注釋 049
二、非動(dòng)物過(guò)氧化物酶具有特定的分類學(xué)分布 050
第三節(jié) 非動(dòng)物過(guò)氧化物酶的蛋白劑量進(jìn)化 053
一、生物體的培養(yǎng)和收集 053
二、APX、CcP 和CⅢ過(guò)氧化物酶的活性測(cè)定 054
三、CⅢ過(guò)氧化物酶在陸生植物中的活性高于藻類 054
第四節(jié) 植物過(guò)氧化物酶的起源和進(jìn)化模型 057

第六章 氧化還原酶基因的獲得與丟失 058
第一節(jié) 數(shù)據(jù)來(lái)源和基因注釋 058
一、數(shù)據(jù)來(lái)源 058
二、氧化還原酶的注釋流程 059
三、注釋結(jié)果 060
四、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)是必要且有效檢測(cè)“遺漏”基因的步驟 062
第二節(jié) 四個(gè)桉樹(shù)物種中的11 個(gè)ROS 調(diào)控家族的比較 071
一、進(jìn)化過(guò)程中的基因得失事件 071
二、氧化還原酶基因家族的表達(dá)譜 073
三、四個(gè)桉樹(shù)物種的分化 074

第七章 過(guò)氧化物酶基因的復(fù)制與“熱點(diǎn)” 077
第一節(jié) 氧化還原酶的系統(tǒng)發(fā)育和染色體定位 077
一、氧化還原酶的系統(tǒng)發(fā)育分析 077
二、氧化還原酶基因的染色體定位和“熱點(diǎn)”現(xiàn)象 077
第二節(jié) 氧化還原酶基因家族的保守性 080
一、氧化還原酶基因家族具有不同的保守性 080
二、大小變異的家族包含基因復(fù)制事件 082
三、重復(fù)的基因具有不同的表達(dá)譜 084

第八章 植物CⅢ Prx 的基因結(jié)構(gòu)進(jìn)化 086
第一節(jié) 植物CⅢ Prx 基因結(jié)構(gòu)鑒定 086
第二節(jié) CⅢ Prx 家族的結(jié)構(gòu)差異 089
一、CⅢ Prx 的內(nèi)含子類型 089
二、低等植物CⅢ Prx 基因結(jié)構(gòu) 089
三、CⅢ Prx 的多種基因結(jié)構(gòu)類型 089
第三節(jié) 單、雙子葉植物CⅢ Prx 基因結(jié)構(gòu)分化 092
一、內(nèi)含子頻率差異 092
二、內(nèi)含子數(shù)量差異 092
三、內(nèi)含子大小差異 093
第四節(jié) CⅢ Prx 基因結(jié)構(gòu)進(jìn)化 093
一、CⅢ Prx 的經(jīng)典內(nèi)含子經(jīng)歷了內(nèi)含子丟失事件 093
二、CⅢ Prx 的稀有內(nèi)含子經(jīng)歷了內(nèi)含子增益事件 094
三、CⅢ Prx 基因祖先結(jié)構(gòu)和進(jìn)化模型 095

第九章 CⅢ Prx 的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)化 098
第一節(jié) CⅢ Prx 的二硫鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)化 098
一、CⅢ Prx 的二硫鍵結(jié)構(gòu) 098
二、CⅢ Prx 的二硫鍵缺失 099
第二節(jié) CⅢ Prx 的保守基序進(jìn)化 099


第四篇 ROS 調(diào)控蛋白與植物抗病相關(guān)性研究
第十章 CⅢ Prx 家族與植物抗病相關(guān)性 102
第一節(jié) 柑橘CⅢ Prx 家族鑒定 102
一、柑橘CⅢ Prx 家族的鑒定流程 102
二、柑橘CⅢ Prx 家族 103
第二節(jié) 柑橘CⅢ Prx 家族的生物信息學(xué)分析 109
一、柑橘CⅢ Prx 家族的系統(tǒng)發(fā)育分析 109
二、柑橘CⅢ Prx 家族的基因結(jié)構(gòu)和保守基序 109
三、柑橘CⅢ Prx 的種內(nèi)和種間共線性分析 114
四、柑橘CⅢ Prx 家族的染色體定位 114
五、柑橘CⅢ Prx 家族基因的強(qiáng)純化選擇 116
第三節(jié) 柑橘CⅢ Prx 家族的表達(dá)分析 117
一、Xcc 誘導(dǎo)柑橘CⅢ Prx 的表達(dá) 117
二、激素誘導(dǎo)柑橘CⅢ Prx 的表達(dá) 118
三、兩個(gè)柑橘CⅢ Prx 的亞細(xì)胞定位分析 119

第十一章 Cat 家族與植物抗病相關(guān)性 121
第一節(jié) CsCat01 克隆與生物信息學(xué)分析 121
一、CsCat01 編碼序列和啟動(dòng)子克隆 121
二、CsCat01 生物信息學(xué)分析 121
三、CsCat01 系統(tǒng)發(fā)育分析 122
第二節(jié) CsCat01 的表達(dá)分析 124
一、CsCat01 受植物激素的誘導(dǎo)表達(dá)分析 124
二、CsCat01 受柑橘潰瘍病菌侵染的誘導(dǎo)表達(dá)分析 125
三、柑橘潰瘍病菌誘導(dǎo)下CAT 酶活性和H2O2 含量變化 126
四、CsCat01 調(diào)控柑橘對(duì)潰瘍病抗性的模型 126

第十二章 APX 家族與植物抗病相關(guān)性 128
第一節(jié) 柑橘APX 家族 128
一、柑橘APX 家族的鑒定 128
二、柑橘APX 家族的理化性質(zhì) 129
第二節(jié) 柑橘APX 家族的生物信息學(xué)分析 130
一、柑橘APX 家族的系統(tǒng)發(fā)育分析、染色體定位、共線性分析和基因結(jié)構(gòu) 130
二、柑橘APX 家族的保守基序和功能域分析 131
三、柑橘APX 家族的啟動(dòng)子元件分析 131
四、柑橘APX 家族的蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò) 134
第三節(jié) 柑橘APX 家族的表達(dá)分析 136
一、植物激素對(duì)柑橘APX 家族的誘導(dǎo)表達(dá) 136
二、Xcc 對(duì)柑橘APX 家族的誘導(dǎo)表達(dá) 137
三、CsAPX01 和CsAPX02 的瞬時(shí)表達(dá) 138

第十三章 Rboh 家族與植物抗病相關(guān)性 140
第一節(jié) Rboh 類轉(zhuǎn)錄因子的研究背景 140
第二節(jié) 柑橘Rboh 家族 141
一、柑橘Rboh 家族鑒定和理化性質(zhì) 141
二、柑橘Rboh 家族的二級(jí)結(jié)構(gòu) 142
第三節(jié) 柑橘Rboh 家族的生物信息學(xué)特征 142
一、柑橘Rboh 家族的系統(tǒng)進(jìn)化分析 142
二、柑橘Rboh 家族的染色體定位和基因結(jié)構(gòu) 144
三、柑橘Rboh 家族的多序列比對(duì)和功能結(jié)構(gòu)域 144
四、柑橘Rboh 家族的保守基序分析 146
五、柑橘Rboh 家族的啟動(dòng)子順式作用元件 146
第四節(jié) 柑橘Rboh 家族的表達(dá)模式 147
一、激素誘導(dǎo)柑橘Rboh 家族的表達(dá)模式 147
二、柑橘潰瘍病菌誘導(dǎo)柑橘Rboh 家族的表達(dá)模式 149

第十四章 SOD 家族與植物抗病相關(guān)性 152
第一節(jié) 柑橘SOD 家族 152
第二節(jié) 柑橘SOD 家族的生物信息學(xué)分析 153
一、柑橘SOD 家族在染色體上的分布和基因結(jié)構(gòu) 153
二、柑橘SOD 的功能結(jié)構(gòu)域 154
三、柑橘和擬南芥SOD 家族的系統(tǒng)發(fā)育和共線性分析 155
四、柑橘SOD 家族蛋白的保守序列分析 156
五、柑橘SOD 基因啟動(dòng)子中的順式元件和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分析 157
第三節(jié) 柑橘SOD 家族的表達(dá)模式 158
一、柑橘潰瘍病菌誘導(dǎo)的柑橘SOD 家族表達(dá)模式 158
二、植物激素誘導(dǎo)的CsSOD 表達(dá)模式 159
三、CsSOD06 和CsSOD08 的瞬時(shí)表達(dá) 159


附錄一 相關(guān)縮略詞 162
附錄二 相關(guān)軟件、程序和數(shù)據(jù)庫(kù) 167
附錄三 與本研究相關(guān)的論文 169

參考文獻(xiàn) 171

后記 176