芋淀粉合成酶基因家族的鉴定、生物信息学及表达分析
2023-11-23分类号:S632.3
【部门】广西壮族自治区农业科学院蔬菜研究所 荔浦市农业农村局
【摘要】【目的】鉴定芋淀粉合成酶(CeSS)基因家族,并对其生物信息学及表达模式进行分析,为芋产量、品质和营养性状的遗传改良提供参考。【方法】使用HMMER3.12b软件以SS基因家族典型保守结构域Glyco_transf_5为模型,鉴定芋基因组中SS基因家族信息,利用生物信息学软件分析其分子结构特征、系统发育关系及顺式作用元件,采用转录组和实时荧光定量PCR技术检测其在正常生长发育条件和干旱胁迫下的转录表达。【结果】在芋基因组中鉴定了6个SS基因(CeSS1、CeSS2、CeSS3-1、CeSS3-2、CeSS4和CeGBSS1)。6个预测的芋SS基因长度为4980~61347bp,对应的CDS长度为1275~2895bp,编码蛋白的氨基酸残基数量为424~964个,分子质量为48067.43~109391.75Da,理论等电点为5.18~6.11。系统进化分析显示6个芋SS蛋白分布在5个亚家族。基因结构分析显示,6个CeSS基因外显子数量为7~15个。在6个CeSS蛋白中鉴定出10个保守motif,其中7个获得了注释。在保守结构域上,CeSS1、CeSS2、CeSS4和CeGBSS1蛋白均含有淀粉合成酶催化结构域(motif2和5)和糖基转移酶群组1(motif1和motif3),而CeSS3-1蛋白含有motif1、motif3和motif5,CeSS3-2蛋白只含有motif2。基因启动子区域顺式作用元件分析表明,共预测到73个顺式作用元件,其中36个具有功能注释,除了具有核心元件 TATA-box和CAAT-box外,还涉及大量与光响应、激素响应、胁迫响应及生长发育等相关元件。在正常生长发育条件下,6个CeSS基因在叶片和球茎的整体表达量均高于叶柄和根,其中CeGBSS1基因的表达量远高于其他基因,且在叶片和球茎的相对表达量极显著高于叶柄和根(P<0.01,下同);在球茎不同发育阶段,CeGBSS1基因在所有的发育阶段均有较高表达量,且在30~90 d发育过程中呈上升趋势,其余基因的表达量较低。在干旱胁迫下,6个CeSS基因在叶片的相对表达量较对照组显著(P<0.05)或极显著下降。【结论】在芋基因组中鉴定了6个SS基因,并明确了其分子结构特征和表达模式,其中CeGBSS1基因可能是芋淀粉生物合成的关键基因。
【关键词】芋 淀粉合成酶 生物信息学分析 表达分析
【基金】国家自然科学基金项目(32260762);; 广西自然科学基金项目(2021GXNSFBA196012);; 广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2023YM91)
【所属期刊栏目】西南农业学报
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