陸地棉XTH基因家族全基因組鑒定及纖維發(fā)育不同時期表達分析.pdf

1、棉花是重要的經(jīng)濟作物，棉纖維是天然紡織的主要原材料。在纖維細胞發(fā)育過程中，細胞壁成分和結(jié)構(gòu)狀況影響棉纖維品質(zhì)。木葡聚糖是組成雙子葉植物初生細胞壁最主要的半纖維素。木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶(xyloglucanendotr ansglycosylase/hydrolase，XTH)是一類具有木葡聚糖分子內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶活性或水解木葡聚糖β-1，4糖苷鍵活性的酶，研究其在纖維發(fā)育過程中的功能具有重要意義。本研究基于陸地棉TM-1基因組數(shù)據(jù)庫，根

2、據(jù)XTH保守序列，從全基因組水平鑒定XTH基因家族成員，分析該基因家族的染色體分布和基因結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)的保守性、保守位點、系統(tǒng)發(fā)育及理化性質(zhì)等，預(yù)測啟動子順式作用元件。結(jié)合課題組已有的多個不同纖維品質(zhì)陸地棉品種纖維發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，明確XTH基因家族成員在棉纖維發(fā)育過程中的表達模式，主要研究結(jié)果如下:
　　1.在陸地棉基因組中鑒定出72個XTH基因家族成員，分別命名為hXTH01-72，XTH基因家族成員在染色體上的并不是隨機分布的

3、，部分基因的串聯(lián)可能導(dǎo)致了該基因家族的擴張。
　　2.72個XTHs含有共同的氨基酸殘基，存在共同的三個保守基序，分布著多個保守性的氨基酸殘基，部分保守性氨基酸殘基組成XTH家族特有的保守性基序，且又存在差異，這些差異可能導(dǎo)致基因功能的分化。根據(jù)系統(tǒng)進化，72個XTHs可分為三個亞組，Ⅰ亞組包含24個XTHs，Ⅱ亞組包含28個XTHs，Ⅲ亞組包含20個XTHs。大多數(shù)XTH基因的外顯子個數(shù)是3-4個，保守性較好，進化樹相近分支具有

4、相似的基因結(jié)構(gòu)。
　　3.XTH基因家族成員蛋白分子量大都介于10.6～44.2kDa，理論等電點介于4.43～9.76，多數(shù)偏堿性，表現(xiàn)為親水性，具有較高的脂溶性，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。大多數(shù)XTH蛋白被預(yù)測定位于細胞外。
　　4.XTH基因家族上游序列大部分包含啟動子區(qū)域，存在多種與纖維發(fā)育、生物脅迫、非生物脅迫、光反應(yīng)、激素調(diào)控相關(guān)的順式作用元件，表明XTH基因家族功能的多樣性。
　　5.基于纖維轉(zhuǎn)錄組中XTHs表達

5、數(shù)據(jù)，基因表達可以分為纖維起始期高表達、伸長期高表達、次生壁加厚期高表達和全時期低表達4種模式。全時期低表達模式基因有23個，推測這些基因?qū)w維發(fā)育發(fā)揮作用較小。起始高表達模式基因有12個，推測其主要在纖維發(fā)育起始發(fā)揮作用。纖維伸長期高表達模式有30個，推測其在纖維伸長過程發(fā)揮作用。次生壁加厚期高表達模式基因有7個，可能主要參與次生壁加厚。纖維發(fā)育不同時期都存在優(yōu)質(zhì)陸地棉比一般陸地棉優(yōu)勢表達的基因，推斷這些基因能夠促進棉纖維伸長，這些基

6、因的表達差異可能是引起優(yōu)質(zhì)棉品種比品質(zhì)一般陸地棉品種纖維長的重要因素。
　　綜上，本研究明確了陸地棉中72個XTH基因家族成員的基本信息，GhXTH20、GhXTH22、GhXTH36等基因在次生壁加厚期優(yōu)勢表達，GhXTH3、GhXTH12、GhXTH17等在伸長期和次生壁加厚期都優(yōu)勢表達，這些基因可能是引起優(yōu)質(zhì)棉品種比品質(zhì)一般陸地棉品種纖維品質(zhì)更好的重要基因。上述結(jié)果為研究陸地棉XTH基因家族在棉纖維發(fā)育中的功能奠定了重要基礎(chǔ)