陸地棉GST基因家族遺傳進化和表達分析.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程中常發(fā)揮重要作用。本研究以陸地棉基因組(AADD)測序結(jié)果為基礎，結(jié)合亞洲棉、雷蒙德氏棉、擬南芥、可可、葡萄、小球藻、海葵和小立碗蘚基因組測序結(jié)果，對陸地棉GST基因家族進行基因數(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基因家族遺傳進化機制。結(jié)合黃萎病菌和鹽脅迫下的轉(zhuǎn)錄組文庫，分析GST基因在參與生物和非生物脅迫

2、抗性反應中的表達模式。主要研究結(jié)果如下:
　　1.陸地棉中鑒定出九類共123個GST基因，其中115個基因定位在除A亞組6號染色體外的25條染色體上，涉及A亞組53個基因，D亞組62個基因，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)出染色體位置對應關系。陸地棉中45個GST基因共形成14個串聯(lián)重復組，其中12組是由Tau類基因構(gòu)成。九類GST中，Tau類基因數(shù)目最多，有64個。Tau類基因除GhDt11g1391沒有

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

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

5、陸地棉中檢測到5個古老基因簇，其中3個分布在A亞組2、9和13號染色體上，2個分布在D亞組2和13號染色體上，推測D亞組9號染色體上的古老位點丟失。此外，進化出新的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)錄組文庫中，檢測到11個A亞組和6個D亞組GST基因存在表達差異。其中A亞組9號染色體Tau類基因Gh

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

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