陸地棉GST基因家族遺傳進(jìn)化和表達(dá)分析.pdf

1、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(Glutathione S-transferase，GST)在植物抵抗生物和非生物脅迫過(guò)程中常發(fā)揮重要作用。本研究以陸地棉基因組(AADD)測(cè)序結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合亞洲棉、雷蒙德氏棉、擬南芥、可可、葡萄、小球藻、?？托×⑼胩\基因組測(cè)序結(jié)果，對(duì)陸地棉GST基因家族進(jìn)行基因數(shù)目鑒定、物理定位、基因結(jié)構(gòu)和遺傳起源分析，解析陸地棉GST基因家族遺傳進(jìn)化機(jī)制。結(jié)合黃萎病菌和鹽脅迫下的轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)，分析GST基因在參與生物和非生物脅迫

2、抗性反應(yīng)中的表達(dá)模式。主要研究結(jié)果如下:
　　1.陸地棉中鑒定出九類(lèi)共123個(gè)GST基因，其中115個(gè)基因定位在除A亞組6號(hào)染色體外的25條染色體上，涉及A亞組53個(gè)基因，D亞組62個(gè)基因，趨向于染色體末端分布。大多數(shù)A亞組與D亞組GST基因表現(xiàn)出染色體位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。陸地棉中45個(gè)GST基因共形成14個(gè)串聯(lián)重復(fù)組，其中12組是由Tau類(lèi)基因構(gòu)成。九類(lèi)GST中，Tau類(lèi)基因數(shù)目最多，有64個(gè)。Tau類(lèi)基因除GhDt11g1391沒(méi)有

3、內(nèi)含子外，其余均含有1個(gè)內(nèi)含子;另外八類(lèi)GST基因中內(nèi)含子數(shù)在1-20個(gè)范圍內(nèi)。
　　2.陸地棉九類(lèi)GST基因編碼蛋白中，MAPEG類(lèi)和個(gè)別Tau類(lèi)蛋白屬于疏水蛋白，剩余GST蛋白均屬于親水蛋白。此外，Zeta類(lèi)、絕大多數(shù)Tau類(lèi)和Phi類(lèi)蛋白呈酸性;MAPEG類(lèi)、TCHQD類(lèi)和絕大多數(shù)Theta類(lèi)蛋白呈堿性，DHAR類(lèi)、Ef1bγ類(lèi)和Lambda類(lèi)蛋白等電點(diǎn)變化范圍較大。
　　3.首次對(duì)9類(lèi)GST亞家族進(jìn)行類(lèi)型演化分析發(fā)現(xiàn)

4、:約距今7億年前，Zeta類(lèi)GST基因和含有完整Tau類(lèi)C端的基因已經(jīng)出現(xiàn);約距今4.5-7億年間，DHAR類(lèi)、Ef1bγ類(lèi)、Lambda類(lèi)、Phi類(lèi)、TCHQD類(lèi)和Theta類(lèi)GST基因已經(jīng)出現(xiàn);約距今1.5-4.5億年間，完整的Tau類(lèi)與MAPEG類(lèi)已經(jīng)出現(xiàn)。此外，發(fā)現(xiàn)MAPEG類(lèi)基因可能源于Tau類(lèi)基因，而Tau類(lèi)基因又源于Lambda類(lèi)基因。試驗(yàn)也推測(cè)基因復(fù)制和丟失是現(xiàn)今陸地棉9類(lèi)GST家族基因形成的主要原因。
　　4.在

5、陸地棉中檢測(cè)到5個(gè)古老基因簇，其中3個(gè)分布在A亞組2、9和13號(hào)染色體上，2個(gè)分布在D亞組2和13號(hào)染色體上，推測(cè)D亞組9號(hào)染色體上的古老位點(diǎn)丟失。此外，進(jìn)化出新的GST基因包括GhAt07g0667、GhAt10g0606、GhAt12g0927、GhDt10g0793和GhDt12g1017。
　　5.在黃萎病菌脅迫下構(gòu)建的轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)中，檢測(cè)到11個(gè)A亞組和6個(gè)D亞組GST基因存在表達(dá)差異。其中A亞組9號(hào)染色體Tau類(lèi)基因Gh

6、At09g1508、GhAt09g1509和GhAt09g1510均存在差異表達(dá)，且GhAt09g1509基因僅在抗性品種農(nóng)大601中特異表達(dá)。在鹽脅迫下構(gòu)建的轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)中，檢測(cè)到26個(gè)GST基因存在表達(dá)差異，其中在鹽脅迫快速應(yīng)答階段和特異應(yīng)答階段存在表達(dá)差異的基因分別有16和15個(gè)，其中兩個(gè)應(yīng)答時(shí)期共同存在差異表達(dá)的GST基因有6個(gè)，分別為GhAt02g0259、GhAt13g2263、GhDt10g1453、GhDt13g1618、

7、GhDt04g0580和GhDt11g1211。
　　綜上，陸地棉中123個(gè)GST基因中有115個(gè)定位到25條染色體上，有64個(gè)Tau類(lèi)基因，數(shù)量最多。7億年前，完整Zeta類(lèi)基因出現(xiàn)，是最古老的類(lèi)型。MAPEG類(lèi)基因可能源于Tau類(lèi)基因，而Tau類(lèi)基因又源于Lambda類(lèi)基因。祖先GST基因經(jīng)過(guò)基因重復(fù)和丟失等形成陸地棉現(xiàn)有的GST基因家族，有5個(gè)古老基因簇保留，且在黃萎病菌和鹽脅迫下依然表達(dá)。在黃萎病菌和鹽脅迫下分別檢測(cè)到17