番茄小熱激蛋白SlHsp20基因家族的全基因組鑒定及表達(dá)分析.pdf

1、小熱激蛋白20(small heat shock protein20，sHsp20)在植物響應(yīng)包括高溫在內(nèi)的多種環(huán)境脅迫以及在植物生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中具有非常重要的作用。作為一種重要的分子伴侶，小熱激蛋白sHsp20普遍存在于所有生物體內(nèi)。在植物中，小熱激蛋白是含量最豐富、分布最為廣泛的熱激蛋白。植物小熱激蛋白具有保守的α-晶體蛋白(alpha-crystallin domain，ACD)結(jié)構(gòu)域和可變的兩端序列區(qū)域，參與細(xì)胞生命活動(dòng)的多個(gè)重

2、要進(jìn)程，能夠響應(yīng)高溫、干旱、病原菌等生物、非生物脅迫。盡管目前已有大量研究旨在揭示植物小熱激蛋白的起源進(jìn)化、表達(dá)調(diào)控等方面，但番茄作為一種重要的蔬菜作物，人們對(duì)其小熱激蛋白20家族仍缺乏相對(duì)全面的了解。本文以模式植物番茄（Solanum lycopersicum Mill.）為研究對(duì)象，運(yùn)用生物信息學(xué)方法研究了番茄SlHsp20基因的結(jié)構(gòu)、染色體定位、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其在不同組織和發(fā)育階段、不同脅迫和激素處理下的表達(dá)模式等。結(jié)果如下:

3、r>　　1.鑒定分析了番茄SlHsp20基因家族成員。運(yùn)用生物信息學(xué)方法鑒定得到42個(gè)候選SlHsp20基因，序列分析顯示絕大多數(shù)SlHsp20基因沒(méi)有內(nèi)含子或有一個(gè)長(zhǎng)度較短的內(nèi)含子。染色體定位表明SlHsp20基因不均勻分布在番茄12條染色體上，染色體臂內(nèi)或臂間的基因重復(fù)事件顯著促進(jìn)了SlHsp0基因家族的擴(kuò)展。
　　2.初步探究了番茄SlHsp20基因家族的進(jìn)化模式。由番茄和其他物種（擬南芥、水稻、大豆、大麥和普通小麥等）sH

4、sp20基因構(gòu)成的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)顯示，這些sHsp20基因可分為17個(gè)亞族（CⅠ-CⅫ，ER，MⅠ，MⅡ，P，Px），而番茄SlHsp20基因被分到其中的13個(gè)亞族，同一亞族包含不同物種Hsp20成員，表明在單雙子葉植物分化之前這些基因可能已有共同祖先形成了不同亞族。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)小熱激蛋白不同基因亞族可能經(jīng)歷了不同的進(jìn)化過(guò)程，基因重復(fù)、序列趨異以及基因轉(zhuǎn)換是這些基因家族演化過(guò)程中的重要進(jìn)化動(dòng)力。
　　3.栽培番茄/野生番茄SlHsp2

5、0基因差異表達(dá)分析。基于RNA-Seq數(shù)據(jù)的表達(dá)分析表明，在42個(gè)SlHsp20基因中，分別有73.8％和81.0％的基因在栽培番茄、野生番茄的至少一個(gè)組織或階段表達(dá);有4個(gè)基因（SlHsp17.7A、SlHsp17.6B、SlHsp17.6C和SlHsp24.5）在栽培番茄/野生番茄所有組織中（葉、根、花、花芽、果、子葉、下胚軸）組成型表達(dá)，表明這些基因可能在番茄細(xì)胞正常生長(zhǎng)條件下發(fā)揮著特殊的管家基因作用。兩個(gè)SlHsp20基因（Sl

6、Hsp25.7B和SlHsp17.6A）在栽培番茄的根、葉、花中均不表達(dá)，而在野生番茄中為高表達(dá)，呈現(xiàn)出差異表達(dá)水平，意味著在馴化過(guò)程中基因的功能特化存在著種間差異。
　　4.栽培番茄SlHsp20基因組織特異性表達(dá)分析。研究發(fā)現(xiàn)19個(gè)SlHsp20基因在生殖器官（花、果）中呈現(xiàn)優(yōu)先表達(dá)，而營(yíng)養(yǎng)器官（根、葉）中僅有4個(gè)優(yōu)先表達(dá)基因，約1/3SlHsp20基因（14個(gè)）在轉(zhuǎn)色后十天果實(shí)中優(yōu)先表達(dá)，暗示著這些基因可能在果實(shí)發(fā)育后期較為

7、活躍。不同組織中的基因表達(dá)呈現(xiàn)出亞族特異性，其中CⅠ、CⅦ和CⅨ亞族在所有組織（根、葉、花、果）中表達(dá)，CⅡ、CⅢ、MⅠ和Px亞族僅在生殖器官表達(dá)，而CⅤ亞族成員僅在營(yíng)養(yǎng)器官表達(dá)。番茄果實(shí)成熟期間的表達(dá)分析顯示，20個(gè)SlHsp20基因在至少一個(gè)果實(shí)成熟期表達(dá)，7個(gè)亞族（共15個(gè)基因）在三個(gè)果實(shí)發(fā)育階段（綠熟期、轉(zhuǎn)色期、轉(zhuǎn)色后十天）均表達(dá)。
　　5.番茄SlHsp20基因在不同脅迫條件和激素處理下的表達(dá)分析。為了進(jìn)一步探究參與調(diào)節(jié)

8、果實(shí)成熟SlHsp20基因是否受到環(huán)境脅迫的誘導(dǎo)，采用qRT-PCR分析了這些SlHsp20基因在非生物脅迫和多種激素脅迫下的表達(dá)模式。結(jié)果表明，所有在果實(shí)中表達(dá)的基因（20個(gè)）均受高溫誘導(dǎo)，并且大部分(85％)呈上調(diào)表達(dá)，且耐熱植株對(duì)高溫的響應(yīng)比熱敏感植株更強(qiáng)烈;僅僅1個(gè)和4個(gè)基因在高鹽、干旱脅迫下呈上調(diào)表達(dá)，超過(guò)一半基因呈下調(diào)表達(dá)。大多數(shù)(95％)受果實(shí)成熟調(diào)控的SlHsp20基因也受ABA、MeJA、GA3和NAA等激素調(diào)控，而主