甘蔗β-胡萝卜素异构酶基因家族的鉴定、定位和表达分析

• 作者: 黄宁 惠乾龙 方振名 李姗姗 凌辉 阙友雄 袁照年
• 来源期刊: 作物学报
• 关键词: β-胡萝卜素异构酶 基因家族 生物信息学 分蘖 甘蔗黑穗病菌
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 882-893
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.04128

摘要

独脚金内酯(strigolactones, SLs)是一种广泛存在、能够抑制植物分蘖或分枝的植物激素。β-胡萝卜素异构酶(D27)是SLs合成中的关键酶, 但是目前关于甘蔗D27基因家族的鉴定与分析鲜有报道。本研究通过挖掘甘蔗原始亲本之一的割手密种基因组数据鉴定了5个割手密种D27基因家族成员。系统进化树分析发现, 割手密种D27s分处在3个不同系统发育分支, 与高粱D27s高度同源。保守结构域预测揭示, 割手密种D27s包含β-胡萝卜素异构酶的典型结构域Pfam: DUF4033。顺式元件分析结果显示, 割手密种D27s主要参与调控激素和胁迫响应, 以及植物生长发育等。基于甘蔗栽培种转录组数据分析发现, 甘蔗割手密种D27基因家族成员(Sspon.06G0012830-1A)的同源基因同时参与甘蔗分蘖调控及黑穗病菌胁迫响应。在此基础上, 我们克隆获得了甘蔗栽培种ROC22中的同源基因cDNA序列, 命名为ScD27.1 (GenBank登录号为MT499895)。生物信息学分析结果显示, ScD27.1编码266个氨基酸, 其蛋白等电点为8.91, 分子量为30.00 kD, 是不稳定蛋白且定位于叶绿体。二级结构主要包括α-螺旋和无规则卷曲, 具有叶绿体转运肽, 包含4个泛素化位点和18个磷酸化位点。qRT-PCR表达分析表明, ScD27.1基因受ABA及H2O2显著诱导表达, 但对MeJA、SA胁迫响应不明显。亚细胞定位结果显示, ScD27.1蛋白可能定位于细胞膜和叶绿体, 参与细胞内膜泡运输或由液泡前体、胞内运输小泡分拣运输。以上研究表明, ScD27.1基因可能参与黑穗病菌侵染诱导的甘蔗分蘖及ABA和H2O2相关信号通路。本研究为了解甘蔗ScD27.1蛋白在胞内运输和分蘖中的作用及其参与甘蔗-黑穗病菌互作提供一定的基础理论。