龙眼乙烯合成途径基因鉴定及响应ACC处理的分析

摘要：

[目的]S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACS)和1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACO)是植物合成乙烯的3个关键酶,从全基因组水平鉴定龙眼SAMS、ACS和ACO(DlSAMS、DlACS和DlACO)基因家族,并进行生物信息学、体细胞胚早期不同阶段及不同浓度1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和不同处理时间下龙眼胚性愈伤组织的表达模式分析,为进一步研究和利用DlSAMS、DlACS和DlACO基因家族奠定基础.[方法]从拟南芥数据库(TAIR)下载SAMS、ACS和ACO家族蛋白质序列作为参考序列,TBtools、NCBI Blast等工具搜索龙眼基因组数据库,鉴定DlSAMS、DlACS和DlACO基因家族.使用ExPASy、PrediSi、TMHMM Server 2.0、NetPhos 3.1 Server、Plant-PLoc、MEME、PlantCARE、STRING、TBtools等软件和在线工具预测DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员蛋白质基本理化性质、保守基序(Motif)与互作关系,定位染色体,分析基因共线性与选择压力、基因结构及启动子顺式作用元件;Clustal W和MEGA-X软件对龙眼、拟南芥、番茄、水稻和玉米的SAMS、ACS和ACO家族成员蛋白质序列分别进行多序列比对、构建系统进化树;根据龙眼转录组数据库的FPKM值,应用TBtools软件绘制DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员在体细胞胚早期不同阶段的表达热图;采用qRT-PCR法分析不同浓度ACC和不同处理时间下龙眼胚性愈伤组织DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达情况.[结果]龙眼第三代基因组中分别鉴定获得SAMS、ACS和ACO家族成员4个、11个和4个,在家族成员数量上与拟南芥、番茄等物种差异不大.DlSAMS家族成员最保守,所有成员的Motif相同;DlACS和DlACO家族成员也含有较多保守的Motif.3个家族共19个成员分布在11条染色体上,有6对共线性基因,与拟南芥有30对共线性基因,均受纯化选择作用.3个家族的成员均含有大量光、激素和逆境响应元件.家族成员内部的蛋白互作关系较弱,但家族成员之间互作关系非常紧密.多物种系统进化关系表明,SAMS、ACS和ACO家族均可分为3个亚家族,DlSAMS家族成员仅分布在SAMS-Ⅰ和SAMS-Ⅱ中,SAMS-Ⅲ可能为单子叶植物所特有;DlACS和DlACO家族成员在3个亚族中均有分布,且分布较为均匀;DlSAMS、DlACS和DlACO均与番茄和拟南芥的SAMS、ACS和ACO亲缘关系较近.对转录组FPKM值的分析表明,DlSAMS家族的所有成员以及DlACO4B在体细胞胚早期的3个阶段均高表达,可能在体细胞胚发生过程发挥着重要作用;DlACS1和DlACS6B在球形胚阶段高表达,可能与球形胚的形成密切相关.在胚性愈伤组织继代培养基中添加不同浓度的ACC能显著影响龙眼胚性愈伤组织的增殖量及DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达.培养20 d时,主要表现为基因的上调表达,且ACC浓度越高,上调越明显;在25—35 d则主要表现为基因的下调表达.但是在20 d时,0.01 mmol·L-1 ACC处理的基因主要表现为下调表达,这可能是导致其增殖量显著大于对照的原因.[结论]龙眼第三代基因组中分别有SAMS、ACS和ACO家族成员4个、11个和4个,在进化过程中的保守性均较高,且包含大量激素和逆境响应元件;3个家族成员对龙眼体细胞胚胎的发生起重要调控作用,0.01 mmol·L-1 ACC处理可能通过调控DlSAMS、DlACS和DlACO家族成员的表达促进龙眼胚性愈伤组织增殖.

关键词：龙眼;SAMS;ACS;ACO;基因家族;表达分析

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资助基金：国家自然科学基金;福建省自然科学基金;福建省高原学科建设经费;福建农林大学创新基金;福建农林大学创新基金

在线出版日期：2022-03-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：558-574