棉花nsLTP家族基因全基因組鑒定及其表達(dá)特征分析.pdf

1、非特異性脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(nsLTP)是植物特有的一類蛋白，其生物學(xué)功能具有多樣性。nsLTP基因能夠促進(jìn)脂類物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，從而參與植株對(duì)逆境條件的抗性、促進(jìn)豆科植物根瘤的形成、促進(jìn)花粉管伸長(zhǎng)等。目前，在其它作物中已經(jīng)對(duì)nsLTP家族基因進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并篩選和驗(yàn)證了一些具有重要生物學(xué)功能的家族成員。棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維是世界上最重要的天然紡織原料。然而，對(duì)nsLTP基因在棉花發(fā)育過程中的作用仍然報(bào)道較少，少數(shù)研究表明，ns

2、LTP可能與棉纖維伸長(zhǎng)相關(guān)。本研究利用已經(jīng)完成全基因組測(cè)序的三個(gè)棉種基因組數(shù)據(jù)，結(jié)合相應(yīng)生物信息學(xué)分析方法技術(shù)，分別鑒定、分析了三個(gè)棉種中nsLTP家族基因及系統(tǒng)進(jìn)化特征，對(duì)陸地棉nsLTP基因表達(dá)特征進(jìn)行了分析驗(yàn)證，篩選了可能參與棉花非生物脅迫抗性及棉纖維起始發(fā)育過程的nsLTP基因。
　　1.利用生物信息學(xué)分析方法在陸地棉、亞洲棉、雷蒙德氏棉三個(gè)棉種分別獲得了153、76、83個(gè)nsLTP家族基因成員。根據(jù)nsLTP家族基因系

3、統(tǒng)分類法將陸地棉nsLTP基因分為14類，每類基因都對(duì)應(yīng)地包含了相似的保守特征。Ka/Ks分析顯示，nsLTP家族基因在進(jìn)化上非常的保守，分子進(jìn)化樹顯示Ⅳ類和含有GPI修飾位點(diǎn)的nsLTP基因出現(xiàn)較早，而Ⅰ類和Ⅱ類形成時(shí)間稍晚。對(duì)陸地棉nsLTP基因進(jìn)行GO富集分析，結(jié)果顯示LTP基因主要參與細(xì)胞脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。啟動(dòng)子分析表明，nsLTP能夠響應(yīng)鹽旱等逆境條件、激素處理誘導(dǎo)，也受MYB轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，某些基因還存在組織特異性表達(dá)調(diào)控元件。

4、>　　2.利用本實(shí)驗(yàn)室的陸地棉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)nsLTP基因的時(shí)空表達(dá)、非生物脅迫及激素誘導(dǎo)表達(dá)進(jìn)行了分析。nsLTP基因在陸地棉不同組織器官中表達(dá)數(shù)據(jù)表明，陸地棉nsLTP基因家族存在明顯的時(shí)空優(yōu)勢(shì)表達(dá)。表達(dá)聚類分析發(fā)現(xiàn)，Ⅰ、Ⅴ類和部分Ⅱ類nsLTP基因在根、莖、葉中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，可能與棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)相關(guān)，Ⅲ、G類nsLTP基因在棉纖維發(fā)育中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，部分Ⅱ類nsLTP基因在花粉中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，Ⅳ、Ⅴ類基因在胚珠發(fā)育早期優(yōu)勢(shì)表達(dá)。另一方面，逆境處

5、理陸地棉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示nsLTP基因能被一種或多種逆境條件誘導(dǎo)，同時(shí)試驗(yàn)證明nsLTP基因表達(dá)也受激素誘導(dǎo)，推測(cè)nsLTP基因處于逆境應(yīng)激信號(hào)通路下游，參與下游信號(hào)傳遞或是本身就是功能效應(yīng)器。
　　3.使用qRT-PCR技術(shù)對(duì)陸地棉nsLTP基因家族中時(shí)空特異性表達(dá)和逆境響應(yīng)表達(dá)顯著的nsLTP基因進(jìn)行了進(jìn)一步分析。結(jié)果表明，9個(gè)nsLTP家族基因顯著受時(shí)空特異性及逆境響應(yīng)表達(dá)，其中2個(gè)參與時(shí)空特異性表達(dá)，7個(gè)受逆境響應(yīng)表達(dá)。利用

6、纖維突變體材料篩選nsLTP基因并進(jìn)行定量驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)GhLtpⅠ.17At、 GhLtpⅣ.2At這兩個(gè)基因跟纖維發(fā)育起始有關(guān)。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)分別有4個(gè)nsLTP基因顯著受到干旱、高鹽脅迫誘導(dǎo)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，其中GhLtpGe.1Dt、GhLtpⅠ.13At、GhLtpⅣ.2Dt三個(gè)nsLTP基因也受到多種激素誘導(dǎo)。
　　高通量數(shù)據(jù)和定量結(jié)果都顯示nsLTP基因在棉纖維發(fā)育或棉花抗逆方面可能具有重要的生物功能。本研究在系統(tǒng)鑒定和