园艺学报 ›› 2026, Vol. 53 ›› Issue (4): 1157-1174.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2025-0152
• 遗传育种 · 种质资源 · 分子生物学 • 上一篇 下一篇
收稿日期:2025-12-25
修回日期:2026-02-05
出版日期:2026-04-25
发布日期:2026-04-20
通讯作者:
基金资助:
DAI Yuru, SUN Pingping, WANG Qiong*(
)
Received:2025-12-25
Revised:2026-02-05
Published:2026-04-25
Online:2026-04-20
摘要:
谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)是催化谷氨酸发生不可逆脱羧反应产生γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)的关键蛋白酶,在植物生长和抗逆过程中发挥着重要作用。为系统探究番茄GAD家族成员的潜在抗青枯病功能,在番茄基因组数据库中鉴定出5个GAD基因,分别命名为SlGAD1 ~ SlGAD5。利用生物信息学方法对这5个基因家族成员进行理化性质、进化关系、基因结构、共线性和启动子等综合分析,并运用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术结合转录组数据,对其组织特异性表达模式,以及经细菌与病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)处理后的诱导表达模式进行分析。SlGAD分布于不同的染色体上;根据进化关系,GAD家族蛋白可分为4个亚族,番茄GAD家族成员分布在亚族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中;SlGAD均具有较高的氨基酸序列保守性,且其羧基末端含有钙调蛋白结合位点和酶活自抑制位点;SlGAD2 ~ SlGAD4启动子区域含有响应防御与逆境胁迫的相关元件,但转录组数据显示,仅SlGAD3的表达水平受细菌及PAMP处理的显著诱导。青枯菌GMI1000侵染番茄植株后,SlGAD1 ~ SlGAD4的转录水平发生了不同的变化。进一步在烟草中瞬时过表达SlGAD并接种青枯菌Y45后,生物量统计结果显示,SlGAD1与SlGAD4能显著抑制青枯菌生长,初步证明这两个蛋白正调控番茄对青枯病的抗性。此外,组织特异性表达和亚细胞定位分析证实,相较于SlGAD1 ~ SlGAD4,SlGAD5在各组织中的表达水平较高;且所有番茄SlGAD均定位于细胞质中。上述结果为番茄GAD基因家族的抗青枯病功能研究及抗病育种实践提供了理论基础和新的遗传资源。
戴宇如, 孙萍萍, 王琼. 番茄GAD基因家族鉴定与青枯菌胁迫下的表达分析[J]. 园艺学报, 2026, 53(4): 1157-1174.
DAI Yuru, SUN Pingping, WANG Qiong. Genome-Wide Identification of GAD Gene Family in Tomato and Expression Profiling after Ralstonia solanacearum Infection[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2026, 53(4): 1157-1174.
| 基因名称Gene name | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| SlGAD1 | GCAATTGCTGAGTTTTGGAAGA | CCTTCAAAACAACCATTAATCCTTCCC |
| SlGAD2 | AAAAGAACAAGGAAACCGGATG | TACTTTTCACAAGAGGCAAACG |
| SlGAD3 | TGCTAGGGAAGGATTACTTGTT | GAGGTGTAATGTAACATAGCAATCG |
| SlGAD4 | TGAGCTTCAGAATCGATGTGTA | CAATATTGGGCTTGTCATGAGG |
| SlGAD5 | TTATCTTGGTGCTGATCAACCT | TAACCCTCATAACCCAAACGAA |
| SlUbiquitin7 | GATCGTATCAAGGAACGTGTTG | CTTTAGCTGTCTTGTCATCTGC |
表1 番茄SlGAD及内参基因的qRT-PCR引物序列
Table 1 qRT-PCR primer sequences for tomato SlGAD and reference genes
| 基因名称Gene name | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| SlGAD1 | GCAATTGCTGAGTTTTGGAAGA | CCTTCAAAACAACCATTAATCCTTCCC |
| SlGAD2 | AAAAGAACAAGGAAACCGGATG | TACTTTTCACAAGAGGCAAACG |
| SlGAD3 | TGCTAGGGAAGGATTACTTGTT | GAGGTGTAATGTAACATAGCAATCG |
| SlGAD4 | TGAGCTTCAGAATCGATGTGTA | CAATATTGGGCTTGTCATGAGG |
| SlGAD5 | TTATCTTGGTGCTGATCAACCT | TAACCCTCATAACCCAAACGAA |
| SlUbiquitin7 | GATCGTATCAAGGAACGTGTTG | CTTTAGCTGTCTTGTCATCTGC |
| 基因名称Gene name | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| SlGAD1 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTCTCAAAAACTCCT | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACAAATAGATGCTTTCCTAGC |
| SlGAD2 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTGTTAACAACGACGTCG | GCCCTTGCTCACCATGGATCCGCAGACTCCGCTGGTCTTCTT |
| SlGAD3 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTCTCAAAAACTTCC | GCCCTTGCTCACCATGGATCCGCAAACAGCTGCTTTCCTAGC |
| SlGAD4 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTCATATCCAAGGCCGCC | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACATATTACATTTTTGGTCTTCTT |
| SlGAD5 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTGTCCAAGATAGCA | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACAAACTCCCATAGTCTTATTC |
表2 番茄SlGAD表达载体构建所用引物序列
Table 2 Primers for constructing tomato SlGAD expression vectors
| 基因名称Gene name | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
|---|---|---|
| SlGAD1 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTCTCAAAAACTCCT | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACAAATAGATGCTTTCCTAGC |
| SlGAD2 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTGTTAACAACGACGTCG | GCCCTTGCTCACCATGGATCCGCAGACTCCGCTGGTCTTCTT |
| SlGAD3 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTCTCAAAAACTTCC | GCCCTTGCTCACCATGGATCCGCAAACAGCTGCTTTCCTAGC |
| SlGAD4 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTCATATCCAAGGCCGCC | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACATATTACATTTTTGGTCTTCTT |
| SlGAD5 | ATTTACGAACGATAGGGTACCATGGTTCTGTCCAAGATAGCA | GCCCTTGCTCACCATGGATCCACAAACTCCCATAGTCTTATTC |
| 基因名称 Gene name | 基因组登录号 Accession No. | 染色体分布 Chromosomal location | 氨基酸数量 Number of amino acids | 蛋白质分子量/Da Protein molecular weight | 理论等电点 Theoretical pI | 不稳定指数 Instability index | 平均疏水性 GRAVY | 亚细胞定位 Subcellular localization |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SlGAD1 | Solyc01g005000 | 1 | 484 | 55 180.54 | 5.83 | 32.58 | -0.211 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD2 | Solyc03g098240 | 3 | 502 | 56 768.23 | 5.88 | 34.13 | -0.226 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD3 | Solyc04g025530 | 4 | 493 | 56 162.38 | 5.27 | 36.85 | -0.203 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD4 | Solyc05g054050 | 5 | 497 | 56 171.47 | 5.63 | 35.06 | -0.228 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD5 | Solyc11g011920 | 11 | 503 | 56 957.36 | 5.44 | 32.70 | -0.240 | 细胞质Cytoplasm |
表3 番茄GAD家族蛋白的基本信息与亚细胞定位预测
Table 3 Basic information and subcellular localization prediction of GAD family proteins in tomato
| 基因名称 Gene name | 基因组登录号 Accession No. | 染色体分布 Chromosomal location | 氨基酸数量 Number of amino acids | 蛋白质分子量/Da Protein molecular weight | 理论等电点 Theoretical pI | 不稳定指数 Instability index | 平均疏水性 GRAVY | 亚细胞定位 Subcellular localization |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SlGAD1 | Solyc01g005000 | 1 | 484 | 55 180.54 | 5.83 | 32.58 | -0.211 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD2 | Solyc03g098240 | 3 | 502 | 56 768.23 | 5.88 | 34.13 | -0.226 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD3 | Solyc04g025530 | 4 | 493 | 56 162.38 | 5.27 | 36.85 | -0.203 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD4 | Solyc05g054050 | 5 | 497 | 56 171.47 | 5.63 | 35.06 | -0.228 | 细胞质Cytoplasm |
| SlGAD5 | Solyc11g011920 | 11 | 503 | 56 957.36 | 5.44 | 32.70 | -0.240 | 细胞质Cytoplasm |
图2 番茄、马铃薯、茄子、本氏烟草、辣椒、拟南芥、亚洲棉和水稻GAD基因家族的系统进化树
Fig. 2 Phylogenetic tree of GAD gene family in Solanum lycopersicum,Solanum tuberosum,Solanum melongena,Nicotiana benthamiana,Capsicum annuum,Arabidopsis thalian,Gossypium arboreum and Oryza sativa
图3 番茄SlGAD的结构特征(A)、氨基酸序列(B)及C端序列(C)比对分析
Fig. 3 Comparative analysis of the structural features(A),amino acid sequences(B),and C-terminal sequences(C)of SlGADs
图4 番茄GAD基因家族种内共线性(A)及其与拟南芥和亚洲棉的种间共线性(B)分析
Fig. 4 Analysis of intraspecific collinearity(A)of the GAD gene family in Solanum lycopersicum and its interspecific collinearity(B)with Arabidopsis thaliana and Gossypium arboreum
图5 番茄GAD基因家族功能分析 A:SlGAD中部分顺式作用元件分布;B:细菌及PAMP处理后SlGAD的表达分析
Fig. 5 Functional analysis of GAD gene family in tomato A:Distribution of cis-acting elements in part of SlGADs;B:Expression analysis of SlGADs after treatment with bacteria and PAMPs
图6 接种青枯菌GMI1000不同时间点番茄SlGAD基因的相对表达水平 以ubiquitin为内参,第0天数值为1,进行单因素方差分析(ANOVA),数据表示平均值 ± 标准差。*P < 0.05,**P < 0.01,n = 3。下同
Fig. 6 Relative expression levels of SlGAD genes in tomato at different time points after inoculation with Ralstonia solanacearum strain GMI1000 Using ubiquitin as the reference gene and the values at day 0 as 1,data were analyzed by one-way ANOVA and are presented as mean ± SD;*P < 0.05,**P < 0.01,n = 3. The same below
图7 在本氏烟草中过表达SlGAD对青枯菌Y45生物量的影响 以GFP为阴性对照
Fig. 7 Effect of SlGAD overexpression in Nicotiana benthamiana on the biomass of Ralstonia solanacearum strain Y45 Using GFP as the negative control
图9 番茄SlGAD-GFP融合蛋白在本氏烟草中的亚细胞定位分析 A:蛋白免疫印迹(Western blot)检测;B:亚细胞定位;C:SlGAD-GFP融合蛋白在本氏烟草中的分布。T:总蛋白,S:可溶性蛋白,M:膜蛋白
Fig. 9 Subcellular localization of tomato SlGAD-GFP fusion proteins in Nicotiana benthamiana A:Protein detection by Western blot;B:Subcellular localization;C:Distribution of the SlGAD-GFP fusion protein in N. benthamiana. T:Total protein,S:Soluble protein,M:Membrane protein
| [1] |
|
| [2] |
doi: 10.1104/pp.108.2.551 pmid: 7610159 |
| [3] |
doi: 10.1002/embj.1996.15.issue-12 URL |
| [4] |
|
| [5] |
doi: 10.1007/s11103-004-0650-z URL |
| [6] |
pmid: 12232415 |
| [7] |
doi: 10.1111/mbt.2013.6.issue-6 URL |
| [8] |
doi: 10.1111/jipb.v62.11 URL |
| [9] |
|
|
郭文忠. 2023. 聚焦番茄产业症结,调整生产结构布局. 山西农业大学学报(自然科学版), 43 (5):1-2.
|
|
| [10] |
|
| [11] |
|
| [12] |
|
| [13] |
|
|
金丽飞. 2019. γ-氨基丁酸与L-谷氨酸对梨和番茄果实采后抗性诱导作用及其相关机理的比较分析[硕士论文]. 杭州: 浙江大学.
|
|
| [14] |
doi: 10.1080/07352680091139277 URL |
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00804.x pmid: 22672649 |
| [18] |
doi: 10.1080/03235408.2020.1715756 URL |
| [19] |
|
| [20] |
|
| [21] |
doi: 10.1111/pce.v43.5 URL |
| [22] |
doi: 10.1104/pp.117.4.1411 pmid: 9701597 |
| [23] |
doi: 10.1111/tpj.2019.97.issue-6 URL |
| [24] |
|
|
王明琦. 2020. 番茄抗病种质资源的分子鉴定及其抗病性分析[硕士论文]. 上海: 上海交通大学.
|
|
| [25] |
|
| [26] |
doi: 10.1186/s12870-020-02669-w |
| [27] |
|
| [28] |
doi: 10.3390/metabo13030347 URL |
| [29] |
|
| [1] | 白雪滢, 唐曼芷, 渠天慧, 张利婷, 肖栋, 李英, 侯喜林, 刘同坤. 不结球白菜FRL基因家族鉴定、表达分析及BrcFRI1功能研究[J]. 园艺学报, 2026, 53(4): 1125-1142. |
| [2] | 王荣花, 刘栓桃, 赵智中, 李巧云, 许念芳, 张志刚, 王树彬. 大白菜WSD基因家族鉴定及其在干旱胁迫下蜡粉近等基因系中的表达[J]. 园艺学报, 2026, 53(4): 1143-1156. |
| [3] | 黄欣冉, 王荣波, 张前荣, 李本金, 翁启勇, 刘裴清. 一种基于叶片注射高效评价番茄青枯病抗性方法的建立与应用[J]. 园艺学报, 2026, 53(4): 1215-1225. |
| [4] | 任家玄, 张帆, 王晨冰. 桃SAP基因家族鉴定及在非生物胁迫下砧木中的缓解响应[J]. 园艺学报, 2026, 53(3): 635-652. |
| [5] | 陈钰珊, 高欢, 吴俊康, 王莉梅, 黄春辉, 徐小彪, 廖光联. 毛花猕猴桃AeBAM基因家族鉴定及其表达分析[J]. 园艺学报, 2026, 53(3): 683-696. |
| [6] | 折建局, 田雅珊, 陈风, 党峰峰. CaWRKY27通过调控CaPR1和CaPR1L的表达介导辣椒对青枯菌的免疫[J]. 园艺学报, 2026, 53(3): 831-844. |
| [7] | 陈艺荃, 樊荣辉, 林兵, 陈燕, 吴建设, 钟淮钦. 山茶花花香生物合成相关基因的实时荧光定量PCR内参基因的筛选及验证[J]. 园艺学报, 2026, 53(2): 598-612. |
| [8] | 王艳秋, 班景洁, 曾宇涵, 赖春旺, 黄晓铃, 周建金, 万奎, 赖钟雄, 林玉玲. 多花黄精DREB基因家族鉴定及其在盐胁迫下的响应分析[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 159-173. |
| [9] | 石凤岩, 魏美君, 王秀雪, 张曦, 邹春蕾. 基于WGCNA的辣椒抗疫病关键基因的挖掘[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 257-274. |
| [10] | 范永生, 任艺, 刘斯超, 冯福东, 乜兰春, 王鑫鑫. 植物生长调节剂在番茄生产中的应用及对果实品质的影响[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 313-330. |
| [11] | 朱彩烁, 李建忠, 张倩男, 徐丽杰, 张淑江, 章时蕃, 李菲, 张慧, 徐进, 宋子涵, 李国亮. 菜薹TCP家族基因鉴定及其对腋芽性状的影响[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 82-98. |
| [12] | 宰文珊, 陈先知, 付存念, 苏世闻, 史建磊, 熊自立, 黄少勇. 口感番茄新品种‘瓯秀901’[J]. 园艺学报, 2025, 52(S2): 121-122. |
| [13] | 王荣青, 姚祝平, 程远, 叶青静, 阮美颖, 万红建, 李志邈, 刘晨旭, 周国治. 高品质耐贮运番茄新品种‘浙粉718’[J]. 园艺学报, 2025, 52(S2): 123-124. |
| [14] | 郑梦凡, 谢勇, 郑伟, 李光乾, 陈刚, 王煜双, 李聪, 张余洋. 优质番茄新品种‘民丰698’[J]. 园艺学报, 2025, 52(S2): 125-126. |
| [15] | 朱鹏宇, 谢勇, 郑伟, 李光乾, 陈刚, 王煜双, 李聪, 张余洋. 优质番茄新品种‘希唯美191’[J]. 园艺学报, 2025, 52(S2): 127-128. |
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