园艺学报 ›› 2026, Vol. 53 ›› Issue (9): 2639-2656.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2025-0629
收稿日期:2026-05-11
修回日期:2026-07-28
出版日期:2026-09-25
发布日期:2026-09-20
通讯作者:
基金资助:
LI Chengxun1,2, XU Xiaoyu1,2, LI Aiping1,2,*(
)
Received:2026-05-11
Revised:2026-07-28
Published:2026-09-25
Online:2026-09-20
Contact:
摘要:
VQ基因家族在植物生长发育和逆境响应中具有重要功能。通过生物信息学方法鉴定豌豆中的VQ基因家族成员,分析其理化特性、进化关系、基因结构、启动子元件和共线性。结合RNA-seq与qRT-PCR解析表达模式,通过拟南芥遗传转化验证基因功能。本研究中鉴定出28个豌豆VQ基因,亚细胞定位主要在细胞核中,系统进化分为3个亚家族;基因结构以单外显子为主,启动子富含光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育响应等多种元件;豌豆VQ基因存在4对物种内共线性基因对,与其他5个物种分别有18、15、19、36、76个共线基因对,进化上较为保守。该家族成员表达模式具有组织特异性,且部分成员响应高温胁迫。功能验证表明,过表达PsVQ15的拟南芥根长显著增长;过表达PsVQ15和PsVQ26均显著提升拟南芥在高温胁迫下的存活率与总叶绿素含量,其中过表达PsVQ26的拟南芥存活率最高、表型较好,表现出更强的耐热性。综上,豌豆VQ基因家族在植物生长发育和高温响应中发挥关键作用。
中图分类号:
李程勋, 徐晓俞, 李爱萍. 豌豆VQ全基因组鉴定及其高温响应功能研究[J]. 园艺学报, 2026, 53(9): 2639-2656.
LI Chengxun, XU Xiaoyu, LI Aiping. Genome-Wide Identification of the VQ Gene Family and Their Responses to Heat Stress in Pea[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2026, 53(9): 2639-2656.
| 用途Purpose | 引物名称Primer name | 正向引物序列(5′-3′)Forward sequence | 反向引物序列(5′-3′)Reverse sequence |
|---|---|---|---|
| 基因的qPCR验证 Gene validation by qPCR | Actin-qPCR | CACAATTGGCGCTGAAAGAT | TAATTGAGTTAAATGTCGTCTCATGGAT |
| PsVQ1-qPCR | GTGTCATCCACACTACGCCT | TCTCCCACCATCTCACTCGT | |
| PsVQ15-qPCR | GCTTTCCCGGGTTTGGTAGA | CAAAGGGGAAAACCCGGAGA | |
| PsVQ26-qPCR | TCCTGCGGAACCTTAACACC | TGATGAGAGGTTGTCGGTGC | |
| PsVQ28-qPCR | TCGTCTAACCCAAGCCCAAC | AACATCGTGGGTGTTTCCGA | |
| 基因克隆 Gene cloning | PsVQ15 | GGGGTACCATGGATAAAGGCTCTGCA | TTCCGCGGCCGCTATGGCCGACGTCGACTCAAATTTCTCTCCACCG |
| PsVQ26 | GGGGTACCATGAACCTACCGGAATTT | TTCCGCGGCCGCTATGGCCGACGTCGACTTAGTCGAATATACTAAACAGATC | |
| 过表达载体验证 Validation of overexpression constructs | PsVQ15-1305a.1 | GGGGGACATGGGTACCATGGATAA | TGCCTGCAGGTCGACTCAAAT |
| PsVQ26-1305a.1 | CGGGGGACATGGGTACCATG | GCCTGCAGGTCGACTTAGTCGA |
表1 本研究中所用引物序列
Table 1 Primers sequences used in this study
| 用途Purpose | 引物名称Primer name | 正向引物序列(5′-3′)Forward sequence | 反向引物序列(5′-3′)Reverse sequence |
|---|---|---|---|
| 基因的qPCR验证 Gene validation by qPCR | Actin-qPCR | CACAATTGGCGCTGAAAGAT | TAATTGAGTTAAATGTCGTCTCATGGAT |
| PsVQ1-qPCR | GTGTCATCCACACTACGCCT | TCTCCCACCATCTCACTCGT | |
| PsVQ15-qPCR | GCTTTCCCGGGTTTGGTAGA | CAAAGGGGAAAACCCGGAGA | |
| PsVQ26-qPCR | TCCTGCGGAACCTTAACACC | TGATGAGAGGTTGTCGGTGC | |
| PsVQ28-qPCR | TCGTCTAACCCAAGCCCAAC | AACATCGTGGGTGTTTCCGA | |
| 基因克隆 Gene cloning | PsVQ15 | GGGGTACCATGGATAAAGGCTCTGCA | TTCCGCGGCCGCTATGGCCGACGTCGACTCAAATTTCTCTCCACCG |
| PsVQ26 | GGGGTACCATGAACCTACCGGAATTT | TTCCGCGGCCGCTATGGCCGACGTCGACTTAGTCGAATATACTAAACAGATC | |
| 过表达载体验证 Validation of overexpression constructs | PsVQ15-1305a.1 | GGGGGACATGGGTACCATGGATAA | TGCCTGCAGGTCGACTCAAAT |
| PsVQ26-1305a.1 | CGGGGGACATGGGTACCATG | GCCTGCAGGTCGACTTAGTCGA |
图1 豌豆VQ家族基因染色体定位和系统进化分析 A:豌豆VQ家族基因在染色体上的分布;B:豌豆(Ps)与拟南芥(At)VQ家族基因的系统进化树
Fig. 1 Chromosomal localization and phylogenetic analysis of the VQ gene family in pea A:Distribution of the VQ gene family on pea chromosomes;B:Phylogenetic tree of VQ genes from pea(Ps)and Arabidopsis(At)
| 基序 Motif | 序列 Sequence | 氨基酸数目 Number of amino acids | Pfam注释 Pfam annotation |
|---|---|---|---|
| Motif1 | PTVVHTDASNFRAVVQKLTGS | 21 | VQ |
| Motif2 | EEEEKAIKEKGFYLHPSPR | 19 | - |
| Motif3 | MGCDENDFMVVAVPPLVDSDEQVVEPGGECSYEGFDEDVLLIPQMVENIW | 50 | - |
| Motif4 | KPHPFRYDKQKHNINGPPPTPLMIRKPNSSHKQQRQPIIIY | 41 | - |
| Motif5 | QHEGDETTSTTSSVEKEGVNSNINDDEQSPNNMMKFAEMPLFTPTSCDFF | 50 | - |
| Motif6 | TNVTKSIKKRSRASKRAP | 18 | - |
| Motif7 | GFKLYERRNSLK | 12 | - |
| Motif8 | EILSPSILDFPSLVLSPVTPLIPDPFDR | 28 | - |
| Motif9 | NLSGFDEAACENGDDGRNSFFISDLLLKECDLLHRELQPNNHFFF | 45 | - |
| Motif10 | HQHHHQQQQQH | 11 | - |
表2 豌豆VQ蛋白的保守基序信息
Table 2 Conserved motif information of VQ proteins in pea
| 基序 Motif | 序列 Sequence | 氨基酸数目 Number of amino acids | Pfam注释 Pfam annotation |
|---|---|---|---|
| Motif1 | PTVVHTDASNFRAVVQKLTGS | 21 | VQ |
| Motif2 | EEEEKAIKEKGFYLHPSPR | 19 | - |
| Motif3 | MGCDENDFMVVAVPPLVDSDEQVVEPGGECSYEGFDEDVLLIPQMVENIW | 50 | - |
| Motif4 | KPHPFRYDKQKHNINGPPPTPLMIRKPNSSHKQQRQPIIIY | 41 | - |
| Motif5 | QHEGDETTSTTSSVEKEGVNSNINDDEQSPNNMMKFAEMPLFTPTSCDFF | 50 | - |
| Motif6 | TNVTKSIKKRSRASKRAP | 18 | - |
| Motif7 | GFKLYERRNSLK | 12 | - |
| Motif8 | EILSPSILDFPSLVLSPVTPLIPDPFDR | 28 | - |
| Motif9 | NLSGFDEAACENGDDGRNSFFISDLLLKECDLLHRELQPNNHFFF | 45 | - |
| Motif10 | HQHHHQQQQQH | 11 | - |
| 重复类型 Duplication type | 重复基因1 Duplicated gene 1 | 重复基因2 Duplicated gene 2 | Ka | Ks | Ka/Ks | 分化时间/MYA Divergence time |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 片段重复 Segmental | PsVQ7 | PsVQ21 | 0.30 | 2.87 | 0.10 | 95.52 |
| PsVQ1 | PsVQ23 | 0.67 | - | - | - | |
| PsVQ7 | PsVQ27 | 0.25 | 0.90 | 0.28 | 29.92 | |
| PsVQ16 | PsVQ26 | 0.54 | 1.52 | 0.36 | 50.75 |
表3 豌豆VQ物种内共线性基因对的Ka/Ks值和分化时间
Table 3 Ka/Ks values and divergence time of intraspecific syntenic PsVQ gene pairs in pea
| 重复类型 Duplication type | 重复基因1 Duplicated gene 1 | 重复基因2 Duplicated gene 2 | Ka | Ks | Ka/Ks | 分化时间/MYA Divergence time |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 片段重复 Segmental | PsVQ7 | PsVQ21 | 0.30 | 2.87 | 0.10 | 95.52 |
| PsVQ1 | PsVQ23 | 0.67 | - | - | - | |
| PsVQ7 | PsVQ27 | 0.25 | 0.90 | 0.28 | 29.92 | |
| PsVQ16 | PsVQ26 | 0.54 | 1.52 | 0.36 | 50.75 |
图6 豌豆与其他5个物种间VQ基因的进化分析 A:共线性VQ基因对Ks值的分布;B:共线性VQ基因对的Ks值;C:共线性VQ基因对的Ka值;D:共线性VQ基因对的Ka/Ks值。 Ps:豌豆;At:拟南芥;Ca:鹰嘴豆;Cc:木豆:Pv:菜豆;Gm:大豆
Fig. 6 Evolutionary analysis of VQ genes between pea and five other plant species A:Distribution of Ks values across the syntenic VQ gene pairs;B:Ks values of the syntenic VQ gene pairs;C:Ka values of the syntenic VQ gene pairs;D:Ka/Ks values of the syntenic VQ gene pairs Ps:Pisum sativum;At:Arabidopsis thaliana;Ca:Cicer arietinum;Cc:Cajanus cajan:Pv:Phaseolus vulgaris;Gm:Glycine max
图8 豌豆VQ家族基因在高温胁迫下的表达热图 CK1:PR11-90对照;HS1:PR11-90高温胁迫处理;CK2:PR11-2对照;HS2:PR11-2高温胁迫处理
Fig. 8 Expression heatmap of the VQ gene family in pea under heat stress CK1:PR11-90 control;HS1:PR11-90 under heat stress;CK2:PR11-2 control;HS2:PR11-2 under heat stress
图9 4个差异表达基因的qRT-PCR与RNA-seq验证结果 不同小写字母表示在P < 0.05水平下的差异显著性(n = 3)。下同
Fig. 9 Validation of 4 differentially expressed genes by qRT-PCR and RNA-Seq Different lowercase letters indicate the significant difference at P < 0.05 level(n = 3). The same below
图10 PsVQ15和PsVQ26过表达载体构建与拟南芥遗传转化的电泳检测 A:PsVQ15和PsVQ26基因的PCR扩增产物;B:重组质粒转化大肠杆菌DH5α后的菌液PCR鉴定;C:重组质粒转化农杆菌GV3101后的菌液PCR鉴定;D:拟南芥T2代转基因植株的PCR鉴定。M:DL2000 Marker;WT:野生型
Fig. 10 Electrophoresis detection of overexpression vector construction and Arabidopsis genetic transformation for PsVQ15 and PsVQ26 A:PCR products of PsVQ15 and PsVQ26 gene;B:Bacterial PCR identification of recombinant plasmids transformed into E.coli DH5α;C:Bacterial PCR identification of recombinant plasmids transformed into Agrobacterium tumefaciens GV3101;D:PCR identification of T2 generation transgenic Arabidopsis plants. M:DL2000 marker;WT:Wild type
图11 过表达PsVQ15和PsVQ26拟南芥在高温胁迫下的表型分析 A:不同处理下拟南芥幼苗的生长状况;B:PsVQ15和PsVQ26过表达拟南芥植株的基因表达水平;C:不同处理下拟南芥幼苗的存活率、总叶绿素含量和根长。WT:野生型
Fig. 11 Phenotypic analysis of Arabidopsis overexpressing PsVQ15 and PsVQ26 under heat stress A:Growth performance of Arabidopsis seedlings under different treatments;B:Expression levels of PsVQ15 and PsVQ26 in the overexpressing plants;C:Survival rate,total chlorophyll content and root lengths of Arabidopsis seedlings under different treatments. WT:Wild type
| [1] |
doi: 10.1038/sj.emboj.7600737 pmid: 15990873 |
| [2] |
doi: 10.1016/j.molp.2023.09.010 URL |
| [3] |
doi: 10.1111/jipb.v60.10 URL |
| [4] |
doi: 10.1038/s41467-021-22981-9 pmid: 33976227 |
| [5] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2019.08.019 URL |
| [6] |
doi: 10.1093/nar/gkh340 URL |
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
doi: 10.1038/s41598-024-70061-x |
| [10] |
doi: 10.1186/s12864-018-5107-x |
| [11] |
doi: 10.1371/journal.pone.0251167 URL |
| [12] |
doi: 10.1111/tpj.2013.74.issue-5 URL |
| [13] |
doi: 10.1111/jac.v206.1 URL |
| [14] |
doi: 10.1104/pp.15.00788 pmid: 26220951 |
| [15] |
doi: 10.1016/j.gene.2013.08.023 pmid: 23958655 |
| [16] |
doi: 10.1093/molbev/msw054 URL |
| [17] |
doi: 10.3389/fpls.2021.635868 URL |
| [18] |
doi: 10.1111/tpj.2017.91.issue-6 URL |
| [19] |
doi: 10.1007/s00299-014-1633-4 URL |
| [20] |
doi: 10.1104/pp.113.234492 URL |
| [21] |
doi: 10.1111/j.1365-313X.2004.02062.x pmid: 15086802 |
| [22] |
doi: 10.1016/j.pbi.2007.07.013 pmid: 17884714 |
| [23] |
doi: 10.1016/0378-4290(85)90079-6 URL |
| [24] |
doi: 10.1186/s12870-021-03242-9 pmid: 34696718 |
| [25] |
doi: 10.3389/fpls.2015.01177 pmid: 26779214 |
| [26] |
doi: 10.1007/s00425-023-04292-z |
| [27] |
doi: 10.3390/ijms24010021 URL |
| [28] |
doi: 10.3390/ijms20122917 URL |
| [29] |
doi: 10.1111/tpj.2010.63.issue-4 URL |
| [30] |
|
| [31] |
doi: 10.1038/s41588-022-01172-2 pmid: 36138232 |
| [32] |
doi: 10.3390/ijms161226127 URL |
| [33] |
doi: 10.1186/s12864-022-08519-3 pmid: 35410124 |
| [34] |
doi: 10.1038/srep34663 pmid: 27708406 |
| [1] | 赵艳侠, 孙家波, 吴依晴, 李倩, 梁红敏, 李冰冰. 草莓HSP20基因家族的鉴定及在果实高温胁迫响应与成熟调控中的功能分析[J]. 园艺学报, 2026, 53(7): 2053-2074. |
| [2] | 蔡泽宇, 李爱, 朱佳伟, 邓满, 靳羽璇, 张卫华, 吴颖. 西瓜卵形家族蛋白编码基因ClOFP16的克隆及功能研究[J]. 园艺学报, 2026, 53(5): 1329-1342. |
| [3] | 朱炫怡, 赵雨晴, 唐菲鸿, 吴海艳, 张春, 赵凯, 彭东辉, 兰思仁, 周育真. 建兰CNGC基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的转录响应[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 131-148. |
| [4] | 魏天军, 李慧, 王贵云, 陈卫军, 李光明. 人工生草对灵武长枣园土壤微生物多样性、土壤代谢组和果实品质的影响[J]. 园艺学报, 2026, 53(1): 185-201. |
| [5] | 苏玉婷, 王慧林, 赵盼, 周心怡, 郑淑雅, 刘冉, 郭惠红. 杨树PagNAC47及其启动子克隆与功能分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(7): 1828-1842. |
| [6] | 李媚晴, 罗思菲, 贾曜豪, 王维贵, 孙锦. 黄瓜脱镁螯合酶基因CsMDC表达分析及其调控叶绿素降解的功能验证[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1463-1476. |
| [7] | 梁靖, 曾宝珍, 梁国平, 毛娟, 陈佰鸿. 葡萄VvARF18调控果实膨大及其互作蛋白筛选[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 821-834. |
| [8] | 马豫皖, 刘澳, 刘向东, 张雅婧, 董炫克, 李玉帆, 陈己任. 月季‘月月红’RcRAP2.7的克隆及其在非生物胁迫下的表达分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 921-932. |
| [9] | 邓淑琴, 高莹瑞, 李雨桐, 王瑛, 龚春梅, 白娟. 茶树泛素连接酶基因CsPUB21对非生物胁迫的响应[J]. 园艺学报, 2025, 52(3): 655-670. |
| [10] | 杨艳, 刘军, 周晓慧, 刘松瑜, 庄勇. 茄子SmWRKY4的克隆及耐冷性功能验证[J]. 园艺学报, 2025, 52(1): 101-110. |
| [11] | 王珊珊, 郭瑞, 何棱, 吴春红, 陈禅友, 万何平, 赵慧霞. 长豇豆Lhc家族基因鉴定及其在盐胁迫下的表达分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(1): 111-122. |
| [12] | 王艳红, 席克勇, 田野, 刘德麒, 周克贵, 尹军良, 刘奕清, 朱永兴. 姜GST基因家族成员鉴定与表达分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1803-1822. |
| [13] | 王佩云, 李子昂, 白杨, 杨萍, 尹承芃, 李传荣, 张馨文, 宋秀华. ‘海黄’牡丹芳樟醇合酶基因PsTPS14的克隆及功能验证[J]. 园艺学报, 2024, 51(6): 1273-1283. |
| [14] | 陈佳悦, 段英明, 周雁, 肖扬, 边银丙, 龚钰华. 香菇ALDH家族基因鉴定、表达及功能分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(5): 1033-1046. |
| [15] | 仲钊江, 吴震, 周蓉, 朱为民, 杨学东, 于筱薇, 徐艳, 高扬杨, 蒋芳玲. 番茄果胶裂解酶基因SlPL参与调控裂果机制研究[J]. 园艺学报, 2024, 51(2): 295-308. |
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