园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (9): 2031-2047.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0422
郭昌权1, 李丹琪1, 惠馨冉1, 郑婧雅1, 侯梦璐1, 朱永兴1,2,*()
收稿日期:
2024-04-03
修回日期:
2024-06-17
出版日期:
2024-09-25
发布日期:
2024-09-19
通讯作者:
基金资助:
GUO Changquan1, LI Danqi1, HUI Xinran1, ZHENG Jingya1, HOU Menglu1, ZHU Yongxing1,2,*()
Received:
2024-04-03
Revised:
2024-06-17
Published:
2024-09-25
Online:
2024-09-19
摘要:
为了解姜DUF966家族基因(ZoDUF966)的功能,利用生物学信息方法对其进行系统的鉴定。共鉴定出11个ZoDUF966,在系统发育上被划分为a、b和c组,分别包含5、4和2个成员。所有ZoDUF966蛋白均为亲水性蛋白并定位于细胞核;除ZoDUF966_1b、ZoDUF966_3b和ZoDUF966_11a外,其余8个均为碱性蛋白;蛋白质二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,三级结构存在一定的差异。11个ZoDUF966分布在6条染色体上,6和16号染色体上分别有4和3个,还有4条染色体上均只有1个。ZoDUF966的启动子序列中含有大量与光响应、胁迫、生长发育以及植物激素相关的顺式作用元件。基于转录组测序数据的基因表达分析发现,ZoDUF966在不同生长时期、不同组织、生物胁迫以及非生物胁迫中的表达均存在差异,其中ZoDUF966_6c响应低温胁迫,ZoDUF966_9b则在接种腐皮镰刀菌后高度上调表达。qRT-PCR结果显示,ZoDUF966响应干旱、淹水和盐胁迫。干旱胁迫下,根系中ZoDUF966_6c/10a/11a和根茎中的ZoDUF966_7a/11a显著上调表达,根茎中ZoDUF966_1b/4b/8a/1a显著下调表达。盐胁迫下,根系中ZoDUF966_9b/7a显著上调表达,根系中ZoDUF966_5a显著下调表达。淹水胁迫下,根茎中ZoDUF966_7a和ZoDUF966_10a分别显著上调,叶中ZoDUF966_1b和根系中的ZoDUF966_11a显著下调表达。
郭昌权, 李丹琪, 惠馨冉, 郑婧雅, 侯梦璐, 朱永兴. 姜DUF966基因家族成员鉴定与表达分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(9): 2031-2047.
GUO Changquan, LI Danqi, HUI Xinran, ZHENG Jingya, HOU Menglu, ZHU Yongxing. Identification and Expression Pattern Analysis of DUF966 Gene Family Members in Ginger[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(9): 2031-2047.
基因ID GeneID | 名称 Name | 引物序列(5′-3′) Primer sequence |
---|---|---|
Maker00000492 | ZoDUF966_1b | F:AGACAGTGCGGCAGTTCCT;R:CCGCCAGGTCGGTCTTAT |
Maker00034379 | ZoDUF966_4b | F:CGGATTCTGGACTTCTACTTCTC;R:CAATGTCTTTGGCTTCTCGTC |
Maker00034617 | ZoDUF966_5a | F:TGAGCAGGCTCTGCGTTTG;R:TCGCCTTCCAGAACACTAAGAT |
Maker00037034 | ZoDUF966_6c | F:CCAGAACAGCGGAGCAATAA;R:GGTGGCAGTAGCGAGGGTT |
Maker00037143 | ZoDUF966_7.a | F:GCACCCGCACTTCATCGA;R:AATACAAGGCGGCCATCC |
Maker00039356 | ZoDUF966_8a | F:TGCCTTTGCGGCGGACTA;R:GCCTTGGGACGATTGCTC |
Maker00055807 | ZoDUF966_9b | F:TGTCGTCGTCGAGTTCGG;R:CCCGTGGTGGTCCTTCAT |
Maker00065349 | ZoDUF966_10a | F:ATCTTCGGTCGGGTTGGT;R:TGTACTCGTCCGGGTTCG |
Maker00071931 | ZoDUF966_11a | F:CCCGTCATCACCAGCAGA;R:CAACAACGCGGACATTCG |
ACT | RBP | F:CCTATGAAGCGTAGAAACACAAG;R:GGAAGGACAACATCCCAAATC |
表1 姜DUF966基因家族表达分析的实时荧光定量引物
Table 1 Real-time fluorescent quantitative primers for expression analysis of ginger DUF966 gene family
基因ID GeneID | 名称 Name | 引物序列(5′-3′) Primer sequence |
---|---|---|
Maker00000492 | ZoDUF966_1b | F:AGACAGTGCGGCAGTTCCT;R:CCGCCAGGTCGGTCTTAT |
Maker00034379 | ZoDUF966_4b | F:CGGATTCTGGACTTCTACTTCTC;R:CAATGTCTTTGGCTTCTCGTC |
Maker00034617 | ZoDUF966_5a | F:TGAGCAGGCTCTGCGTTTG;R:TCGCCTTCCAGAACACTAAGAT |
Maker00037034 | ZoDUF966_6c | F:CCAGAACAGCGGAGCAATAA;R:GGTGGCAGTAGCGAGGGTT |
Maker00037143 | ZoDUF966_7.a | F:GCACCCGCACTTCATCGA;R:AATACAAGGCGGCCATCC |
Maker00039356 | ZoDUF966_8a | F:TGCCTTTGCGGCGGACTA;R:GCCTTGGGACGATTGCTC |
Maker00055807 | ZoDUF966_9b | F:TGTCGTCGTCGAGTTCGG;R:CCCGTGGTGGTCCTTCAT |
Maker00065349 | ZoDUF966_10a | F:ATCTTCGGTCGGGTTGGT;R:TGTACTCGTCCGGGTTCG |
Maker00071931 | ZoDUF966_11a | F:CCCGTCATCACCAGCAGA;R:CAACAACGCGGACATTCG |
ACT | RBP | F:CCTATGAAGCGTAGAAACACAAG;R:GGAAGGACAACATCCCAAATC |
图1 姜(Zo)、拟南芥(At)、黄瓜(Cs)和水稻(Os)DUF966成员的系统发育分析
Fig. 1 Phylogenetic analysis of DUF966 members from Zingiber officinale(Zo),Arabidopsis thaliana(At),Cucumis sativus(Cs)and Oryza sativa(Os)
命名 Name | 基因ID Gene ID | 长度/aa Length | 分子量/kD Molecular weight | pI | 不稳定指数 Instability index | 亲水性Grand average of hydropathicity | α螺旋/% Alpha- helix | β折叠/% Beta- pleated sheet | 无规则卷 曲/% Random coil | 延伸链/% Extended strand |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZoDUF966_1b | Maker00000492 | 276 | 29.97 | 6.61 | 55.20 | -0.774 | 19.20 | 5.07 | 66.30 | 9.42 |
ZoDUF966_2c | Maker00001450 | 256 | 28.67 | 9.53 | 57.87 | -0.980 | 25.78 | 9.38 | 55.08 | 9.77 |
ZoDUF966_3b | Maker00008957 | 539 | 59.07 | 6.18 | 64.98 | -0.571 | 19.85 | 4.27 | 64.38 | 11.50 |
ZoDUF966_4b | Maker00034379 | 369 | 40.91 | 8.19 | 56.91 | -0.696 | 21.68 | 6.50 | 59.08 | 12.74 |
ZoDUF966_5a | Maker00034617 | 461 | 50.76 | 8.17 | 62.65 | -0.730 | 16.27 | 4.34 | 65.73 | 13.67 |
ZoDUF966_6c | Maker00037034 | 429 | 46.93 | 7.95 | 60.91 | -0.719 | 26.57 | 4.43 | 58.28 | 10.72 |
ZoDUF966_7a | Maker00037143 | 455 | 50.99 | 8.54 | 60.85 | -0.736 | 17.58 | 4.84 | 64.84 | 12.75 |
ZoDUF966_8a | Maker00039356 | 500 | 56.21 | 9.03 | 69.83 | -0.775 | 18.45 | 4.96 | 61.71 | 14.88 |
ZoDUF966_9b | Maker00055807 | 413 | 45.97 | 8.83 | 48.50 | -0.762 | 23.97 | 5.57 | 60.05 | 10.41 |
ZoDUF966_10a | Maker00065349 | 581 | 64.27 | 8.24 | 64.70 | -0.733 | 17.90 | 3.79 | 66.27 | 12.05 |
ZoDUF966_11a | Maker00071931 | 442 | 48.89 | 6.39 | 72.23 | -0.798 | 17.42 | 3.85 | 66.97 | 11.76 |
表2 姜DUF966基因家族成员理化性质及二级结构
Table 2 Information and physicochemical properties of ZoDUF966 gene family members
命名 Name | 基因ID Gene ID | 长度/aa Length | 分子量/kD Molecular weight | pI | 不稳定指数 Instability index | 亲水性Grand average of hydropathicity | α螺旋/% Alpha- helix | β折叠/% Beta- pleated sheet | 无规则卷 曲/% Random coil | 延伸链/% Extended strand |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZoDUF966_1b | Maker00000492 | 276 | 29.97 | 6.61 | 55.20 | -0.774 | 19.20 | 5.07 | 66.30 | 9.42 |
ZoDUF966_2c | Maker00001450 | 256 | 28.67 | 9.53 | 57.87 | -0.980 | 25.78 | 9.38 | 55.08 | 9.77 |
ZoDUF966_3b | Maker00008957 | 539 | 59.07 | 6.18 | 64.98 | -0.571 | 19.85 | 4.27 | 64.38 | 11.50 |
ZoDUF966_4b | Maker00034379 | 369 | 40.91 | 8.19 | 56.91 | -0.696 | 21.68 | 6.50 | 59.08 | 12.74 |
ZoDUF966_5a | Maker00034617 | 461 | 50.76 | 8.17 | 62.65 | -0.730 | 16.27 | 4.34 | 65.73 | 13.67 |
ZoDUF966_6c | Maker00037034 | 429 | 46.93 | 7.95 | 60.91 | -0.719 | 26.57 | 4.43 | 58.28 | 10.72 |
ZoDUF966_7a | Maker00037143 | 455 | 50.99 | 8.54 | 60.85 | -0.736 | 17.58 | 4.84 | 64.84 | 12.75 |
ZoDUF966_8a | Maker00039356 | 500 | 56.21 | 9.03 | 69.83 | -0.775 | 18.45 | 4.96 | 61.71 | 14.88 |
ZoDUF966_9b | Maker00055807 | 413 | 45.97 | 8.83 | 48.50 | -0.762 | 23.97 | 5.57 | 60.05 | 10.41 |
ZoDUF966_10a | Maker00065349 | 581 | 64.27 | 8.24 | 64.70 | -0.733 | 17.90 | 3.79 | 66.27 | 12.05 |
ZoDUF966_11a | Maker00071931 | 442 | 48.89 | 6.39 | 72.23 | -0.798 | 17.42 | 3.85 | 66.97 | 11.76 |
重复基因对 Duplicated gene pairs | 异义替换 Ka | 同义替换 Ks | Ka/Ks | 选择类型 Types of selection |
---|---|---|---|---|
ZoDUF966_5a/ZoDUF966_10a | 0.114 | 0.310 | 0.369 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_8a/ZoDUF966_7a | 0.122 | 0.407 | 0.301 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_9b/ZoDUF966_1b | 0.094 | 0.333 | 0.283 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_10a/ZoDUF966_7a | 0.310 | 0.982 | 0.316 | 纯化选择 Purifying selection |
表3 ZoDUF966重复基因对的Ka值和Ks值
Table 3 The Ka and Ks values of duplicated gene pairs of ZoDUF966
重复基因对 Duplicated gene pairs | 异义替换 Ka | 同义替换 Ks | Ka/Ks | 选择类型 Types of selection |
---|---|---|---|---|
ZoDUF966_5a/ZoDUF966_10a | 0.114 | 0.310 | 0.369 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_8a/ZoDUF966_7a | 0.122 | 0.407 | 0.301 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_9b/ZoDUF966_1b | 0.094 | 0.333 | 0.283 | 纯化选择 Purifying selection |
ZoDUF966_10a/ZoDUF966_7a | 0.310 | 0.982 | 0.316 | 纯化选择 Purifying selection |
图5 ZoDUF966家族基因启动子顺式作用元件分布 右侧色标表示启动子数量,色标最大值设定为5,数值超过或等于5的默认为一个颜色;方块中的数字代表每个基因在2 000 bp启动子区域包含的启动子数量。
Fig. 5 Putative cis-acting existed of ZoDUF966 gene family The right color label indicates the number of promoters. The maximum value of the color label is set to 5,and the default value of the value exceeding or equal to 5 is equal to 5;The number in each image block represents the number of promoters contained in the 2 000 bp promoter region of each gene.
图6 ZoDUF966在姜不同生育期各器官中的表达 图中每个色标及其对应的数字表示不同的表达水平,颜色越深数字越大表示表达水平越高。
Fig. 6 ZoDUF966 expression in different organs during different reproductive stages of ginger Each color scale and its corresponding number in the figure represents a different level of expression. The darker the color,the larger the number,the higher the level of expression.
图7 姜ZoDUF966在不同贮藏温度(A)、接种青枯菌(B)、接种腐皮镰刀菌(C)处理下根茎中的表达以及在褪黑素(D)处理下叶中的表达 图中每个色标及其对应的数字表示不同的表达水平,颜色越深数字数字越大表达水平越高。
Fig. 7 The expression of ZoDUF966 in the rhizome of ginger treated with different storage temperatures(A),inoculation with Ralstonia solanacearum(B),inoculation with Fusarium solani(C)and the expression in the leaves of ginger treated with melatonin(D) Each color scale and its corresponding number in the figure represents a different level of expression. The darker the color,the larger the number,the higher the level of expression.
图9 姜幼苗在干旱、淹水和盐胁迫处理下不同组织中ZoDUF966的qRT-PCR表达量 不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
Fig. 9 qRT-PCR expression of ZoDUF966 in different tissue of ginger seedlings under drought,flooding and salt stresses Different lowercase letters indicate significantly different values(P < 0.05).
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