芍药胼胝质合成酶基因家族鉴定及PlCalS5功能分析

摘要：

[目的]CalS家族在调控植物胼胝质合成方面具有重要作用,鉴定芍药CalS 家族成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为芍药属远缘杂交不亲和研究提供依据.[方法]通过荧光显微镜观察自交、杂交柱头内花粉管生长过程及花粉萌发情况;测定柱头所含胼胝质、内源脱落酸含量(ABA)以及β-1,3-葡聚糖酶活性;分段克隆8个PlCalS并进行序列分析;使用Expasy、MEME、TBtools、MEGA 7.0 等软件和在线工具预测PlCalS家族成员蛋白质基本理化性质、保守基序并构建系统发育进化树;利用qRT-PCR技术检测 8 个PlCalS在自交 24 h、杂交 24 h、杂交 36 h的相对表达水平;对CalS5 进行多序列比对并构建系统进化树,分析PlCalS5响应不同浓度ABA处理的表达特征.[结果]花粉管荧光显微观察发现杂交柱头内发生较为严重的胼胝质堵塞从而影响花粉管的正常生长及花粉的萌发.测定柱头内胼胝质含量发现多数时期自交柱头均低于同时期杂交柱头的含量,柱头内β-1,3-葡聚糖酶活性、ABA 含量变化均具有一定的规律性.通过对结构域的完整性分析鉴定芍药PlCalS基因家族成员,后经同源性比对分析命名8个CalS,均含有15个保守基序且在PlCalS基因家族中的分布类似.多物种系统进化关系表明,CalS家族可分为 3 个分支,PlCalS家族仅分布在 2 个分支,其中PlCalS5与牡丹、拟南芥和番茄的CalS5亲缘关系较近.生物信息学分析结果表明8个家族成员编码1 745-1 951个氨基酸,原子总数为28 583-31 870 个,等电点为 7.99-9.13.对转录组FPKM值的分析表明,PlCalS家族成员在相同时期杂交处理中有较高表达,相同处理情况下在杂交 36 h时高表达;荧光定量PCR表明,8 个基因的相对表达量在自交 24 h时均低于杂交 24 h和杂交36 h.经两个浓度的ABA处理,发现PlCalS5对高浓度的ABA更为敏感.[结论]芍药CalS家族有8个基因成员且具有较高的保守性,8 个家族成员对芍药胼胝质的生成起重要调控作用;大部分时期PlCalS在杂交柱头的表达量高于自交柱头,可能参与胼胝质异常沉积的过程;芍药杂交柱头异源花粉的刺激可能会增强某个ABA合成途径,ABA可能通过正调控胼胝质基因诱导胼胝质的积累,从而抑制花粉的萌发与花粉管的伸长,影响授粉亲和性.

关键词：芍药属、远缘杂交不亲和、CalS基因家族、表达分析

所属期刊栏目：56

分类号：Q943.2;S511;S682.2

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;河南省自然科学基金项目;河南省高等学校重点科研项目

在线出版日期：2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：3183-3198