陆地棉超氧化物歧化酶基因家族全基因组鉴定与表达分析

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• 英文论文题名：Genome-Wide Characterization and Expression Analyses of Superoxide Dismutase(SOD) Genes in Gossypium hirsutum
• 论文作者：王维 ; 沈法富
• 年：2017
• 作者机构：作物生物学国家重点实验室/山东农业大学农学院;
• 论文关键词：超氧化物歧化酶 ; 陆地棉 ; 全基因组分析 ; 表达特性
• 会议召开时间：2017-08-07
• 会议录名称：中国农学会棉花分会2017年年会暨第九次会员代表大会论文汇编
• 语种：中文
• 分类号：S562
• 学会代码：MHXB
• 会议名称：中国农学会棉花分会2017年年会暨第九次会员代表大会
• 会议地点：中国河南郑州
• 主办单位：中国农学会棉花分会
• 学会名称：《棉花学报》编辑部
• 页数：1
• 文件大小：64k
• 原文格式：O
• 会议级别：全国

摘要

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)作为活性氧清除系统中第1个发挥作用的抗氧化酶,在植物生长发育过程和逆境胁迫响应中发挥重要作用。为了在全基因组水平分析陆地棉SOD基因家族的生物学功能,笔者利用TM-1基因组测序结果,通过生物信息学分析,在陆地棉基因组中鉴定得到了18个SOD基因,发现该基因家族分布在12条染色体上,编码Cu/Zn-、Mn-和Fe-SOD 3类蛋白。基因结构注释、保守基序和功能结构域分析发现该基因家族均含有高度保守的SOD特征性结构域。根据系统发育分析结果,将陆地棉SOD基因家族分为5个亚家族,该结果与亚细胞定位预测结果一致;另外,通过与9种进化节点植物(藻类、苔藓、无油樟、短柄草、高粱、水稻、拟南芥、大豆、杨树)的进化分析,发现Mn/Fe-SOD的编码基因出现早于Cu/Zn-SOD,之后3类基因独立进化,同时Cu/Zn-SOD的编码基因取代Mn-SOD的编码基因成为优势基因。结合基因复制分析结果和植物多倍化事件,笔者推测引起陆地棉SOD基因家族扩张的主要驱动力包括全基因组复制和染色体片段复制,同时陆地棉SOD基因家族转录后的可变剪接现象,进一步丰富了其编码蛋白质的功能多样性,从而应对复杂的环境压力。此外,笔者对该基因家族在不同水平上的表达调控进行了预测分析。启动子区域分析结果表明,在该基因家族的上游存在多种潜在的顺式作用元件和转录因子结合位点,在转录水平上调控基因家族成员的表达,从而参与生长发育过程,响应不同胁迫;通过搜集陆地棉miRNA序列,构建本地ghr-miRNA数据库,对在转录后水平上可能调控该基因家族的miRNA进行了预测分析,结果表明有20个陆地棉miRNA靶向14个陆地棉SOD基因,绝大部分靶位点在编码区,个别在3′UTR,其中miR398与Cu/Zn-SOD之间的靶向关系在拟南芥中已有报道,其他miRNA(比如ghr-miR414)以及陆地棉所特有的miRNA(ghr-miRnF、ghr-miR3)与该基因家族成员的靶向关系以及参与的代谢过程有待下一步实验验证;同时,笔者发现该基因家族编码的蛋白质在一级结构上潜在的磷酸化、糖基化、乙酰化等位点,并因此推测该基因家族在翻译后水平上通过不同的蛋白质修饰来调控其表达。通过分析陆地棉转录组数据,研究了该基因家族的电子表达谱,结果表明,该基因家族在陆地棉12个组织器官以及其中4个组织器官的27个发育时期中表现出组成型表达和诱导型表达的特点,在高温、低温、干旱、盐胁迫条件下差异表达。利用qPCR技术对电子表达谱结果进行验证,结果与电子表达谱基本一致,表明该基因家族在陆地棉中的表达具有时空特异性,同时受到多种逆境胁迫的诱导。

引文