园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (2): 266-280.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0833
闫超凡, 孙雪梅, 钟启文, 邵登魁, 邓昌蓉, 文军琴*()
收稿日期:
2023-10-20
修回日期:
2023-12-25
出版日期:
2024-02-25
发布日期:
2024-02-26
通讯作者:
基金资助:
YAN Chaofan, SUN Xuemei, ZHONG Qiwen, SHAO Dengkui, DENG Changrong, WEN Junqin*()
Received:
2023-10-20
Revised:
2023-12-25
Published:
2024-02-25
Online:
2024-02-26
摘要:
20S蛋白酶体能够通过自身或泛素—蛋白酶体系统特异性降解细胞质和细胞核中的蛋白质,维持细胞蛋白质稳态。本研究中鉴定出21个番茄(Solanum lycopersicum L.)20S蛋白酶体基因家族成员,并对其进行生物信息分析。结果表明,番茄20S蛋白酶体大多数基因含有相似的启动子和内含子,其中,编码α亚基的基因保守性较好,而编码β亚基的基因保守性较差;亚细胞定位发现,绝大多数基因在细胞质中发挥功能;染色体定位和基因复制分析发现,21个20S蛋白酶体基因不均匀地分布在12条染色体上,存在2对片段复制基因对;进化分析表明,编码α亚基和编码β亚基的基因被划分在不同的类群或亚群;多物种共线性分析发现,番茄与辣椒(Capsicum annuum L.)和马铃薯(Solanum tuberosum L.)之间的同源基因对较多,而与拟南芥[Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.]、水稻(Oryza sativa L.)和玉米(Zea mays L.)同源的基因对较少。SlPRA1-01、SlPRA10-04、SlPRA11-05和SlPRA16-09这4个基因在3个物种中均形成基因对;启动子和组织特异性表达分析结果显示,20S蛋白酶体基因家族在番茄逆境胁迫和生长发育中发挥着重要作用。
闫超凡, 孙雪梅, 钟启文, 邵登魁, 邓昌蓉, 文军琴. 番茄20S蛋白酶体基因家族鉴定及生物信息学分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(2): 266-280.
YAN Chaofan, SUN Xuemei, ZHONG Qiwen, SHAO Dengkui, DENG Changrong, WEN Junqin. Identification and Bioinformatics Analysis of 20S Proteasome Gene Family in Tomato[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(2): 266-280.
基因 Gene | 基因ID Gene ID | 染色体定位 Chromosome location | 基因位置/ bp Gene location | |
---|---|---|---|---|
起始Start | 终止End | |||
SlPRA1-01 | Solyc01g111450.3.1 | Chr01:97599172..97602337(+) | 97 599 172 | 97 602 337 |
SlPRA2-01 | Solyc01g111460.3.1 | Chr01:97605332..97606609(-) | 97 605 332 | 97 606 609 |
SlPRA3-02 | Solyc02g070510.3.1 | Chr02:40805105..40810898(+) | 40 805 105 | 40 810 898 |
SlPRA4-02 | Solyc02g081700.1.1 | Chr02:46112367..46113113(+) | 46 112 367 | 46 113 113 |
SlPRA5-02 | Solyc02g084920.3.1 | Chr02:48607717..48616195(-) | 48 607 717 | 48 616 195 |
SlPRA6-03 | Solyc03g033745.1.1 | Chr03:5362233..5373114(-) | 5 362 233 | 5 373 114 |
SlPRA7-03 | Solyc03g063420.2.1 | Chr03:36767871..36777655(-) | 36 767 871 | 36 777 655 |
SlPRA8-04 | Solyc04g009410.3.1 | Chr04:2830248..2840325(+) | 2 830 248 | 2 840 325 |
SlPRA9-04 | Solyc04g024420.3.1 | Chr04:31500067..31505977(+) | 31 500 067 | 31 505 977 |
SlPRA10-04 | Solyc04g080590.3.1 | Chr04:64787899..64791729(-) | 64 787 899 | 64 791 729 |
SlPRA11-05 | Solyc05g013820.3.1 | Chr05:7123832..7132561(-) | 7 123 832 | 7 132 561 |
SlPRA12-05 | Solyc05g056160.3.1 | Chr05:66400334..66404473(-) | 66 400 334 | 66 404 473 |
SlPRA13-07 | Solyc07g016200.3.1 | Chr07:6438876..6447830(-) | 6 438 876 | 6 447 830 |
SlPRA14-07 | Solyc07g055080.3.1 | Chr07:63355928..63361757(+) | 63 355 928 | 63 361 757 |
SlPRA15-08 | Solyc08g016510.3.1 | Chr08:7711628..7717929(-) | 7 711 628 | 7 717 929 |
SlPRA16-09 | Solyc09g082320.3.1 | Chr09:68500118..68505978(-) | 68 500 118 | 68 505 978 |
SlPRA17-10 | Solyc10g008010.3.1 | Chr10:2165246..2178357(+) | 2 165 246 | 2 178 357 |
SlPRA18-10 | Solyc10g077030.2.1 | Chr10:60039871..60049610(-) | 60 039 871 | 60 049 610 |
SlPRA19-10 | Solyc10g081130.2.1 | Chr10:62399725..62404172(+) | 62 399 725 | 62 404 172 |
SlPRA20-11 | Solyc11g069150.2.1 | Chr11:54042842..54049437(-) | 54 042 842 | 54 049 437 |
SlPRA21-12 | Solyc12g009140.2.1 | Chr12:2452941..2457449(-) | 2 452 941 | 2 457 449 |
表1 番茄20S蛋白酶体基因家族
Table 1 20S proteasome gene family of tomato
基因 Gene | 基因ID Gene ID | 染色体定位 Chromosome location | 基因位置/ bp Gene location | |
---|---|---|---|---|
起始Start | 终止End | |||
SlPRA1-01 | Solyc01g111450.3.1 | Chr01:97599172..97602337(+) | 97 599 172 | 97 602 337 |
SlPRA2-01 | Solyc01g111460.3.1 | Chr01:97605332..97606609(-) | 97 605 332 | 97 606 609 |
SlPRA3-02 | Solyc02g070510.3.1 | Chr02:40805105..40810898(+) | 40 805 105 | 40 810 898 |
SlPRA4-02 | Solyc02g081700.1.1 | Chr02:46112367..46113113(+) | 46 112 367 | 46 113 113 |
SlPRA5-02 | Solyc02g084920.3.1 | Chr02:48607717..48616195(-) | 48 607 717 | 48 616 195 |
SlPRA6-03 | Solyc03g033745.1.1 | Chr03:5362233..5373114(-) | 5 362 233 | 5 373 114 |
SlPRA7-03 | Solyc03g063420.2.1 | Chr03:36767871..36777655(-) | 36 767 871 | 36 777 655 |
SlPRA8-04 | Solyc04g009410.3.1 | Chr04:2830248..2840325(+) | 2 830 248 | 2 840 325 |
SlPRA9-04 | Solyc04g024420.3.1 | Chr04:31500067..31505977(+) | 31 500 067 | 31 505 977 |
SlPRA10-04 | Solyc04g080590.3.1 | Chr04:64787899..64791729(-) | 64 787 899 | 64 791 729 |
SlPRA11-05 | Solyc05g013820.3.1 | Chr05:7123832..7132561(-) | 7 123 832 | 7 132 561 |
SlPRA12-05 | Solyc05g056160.3.1 | Chr05:66400334..66404473(-) | 66 400 334 | 66 404 473 |
SlPRA13-07 | Solyc07g016200.3.1 | Chr07:6438876..6447830(-) | 6 438 876 | 6 447 830 |
SlPRA14-07 | Solyc07g055080.3.1 | Chr07:63355928..63361757(+) | 63 355 928 | 63 361 757 |
SlPRA15-08 | Solyc08g016510.3.1 | Chr08:7711628..7717929(-) | 7 711 628 | 7 717 929 |
SlPRA16-09 | Solyc09g082320.3.1 | Chr09:68500118..68505978(-) | 68 500 118 | 68 505 978 |
SlPRA17-10 | Solyc10g008010.3.1 | Chr10:2165246..2178357(+) | 2 165 246 | 2 178 357 |
SlPRA18-10 | Solyc10g077030.2.1 | Chr10:60039871..60049610(-) | 60 039 871 | 60 049 610 |
SlPRA19-10 | Solyc10g081130.2.1 | Chr10:62399725..62404172(+) | 62 399 725 | 62 404 172 |
SlPRA20-11 | Solyc11g069150.2.1 | Chr11:54042842..54049437(-) | 54 042 842 | 54 049 437 |
SlPRA21-12 | Solyc12g009140.2.1 | Chr12:2452941..2457449(-) | 2 452 941 | 2 457 449 |
图2 20S蛋白酶体基因家族的染色体定位及复制关系 外侧方框代表染色体骨架,中间和内侧方框表示基因密度,每个基因在染色体骨架上的大致分布用短黑线标出。红色、绿色和浅灰色线分别代表相似性为0.98 ~ 0.99、0.97 ~ 0.98和不足0.95及其他基因的连锁群。
Fig. 2 Chromosomal localization and replication relationships of the 20S proteasome gene family The outer box represents the chromosome skeleton,the middle and inner boxes indicate gene density,and the approximate distribution of each tomato 20S proteasome gene is marked on the chromosome skeleton by a short black line. Coloured lines refer to the linkage groups with more than 0.95 similarity,red lines 0.98-0.99,green lines 0.97-0.98,and light grey lines refer to the linkage groups with less than 0.95 similarity and the linkage groups of other genes.
图5 6个物种20S蛋白酶体基因家族序列的系统进化树 α、β分别代表不同α亚基、β亚基。
Fig. 5 Phylogenetic tree of 20S proteasome gene family sequences from six species α and β represent different α-subunits and β-subunits.
图6 不同物种20S蛋白酶体基因的共线性分析 灰色线条表示番茄与其他物种之间的共线性区块,红色线条突出了20S蛋白酶体基因对。
Fig. 6 Covariance analysis of 20S proteasome genes in different species Gray lines indicate blocks of covariance between tomato and other species,and red lines highlight 20S proteasome gene pairs.
图8 番茄20S蛋白酶体基因组织特异性表达 A:不同组织和不同发育阶段的相对表达量(TFGD),B:部分基因表达水平的qPCR分析。0 DPA:花期的花,10 DPA:开花后10 d的果实,20 DPA:开花后20 d的果实,33 DPA:成熟果实。COTYL:子叶;HYPO:下胚轴;MERI:植物分生组织;ML:成熟叶片;RT:根;YFB:嫩花蕾;YL:嫩叶;FL:花;FR:果实。
Fig. 8 Tissue-specific expression of 20S proteasome gene in tomato A shows the relative expression of tomato 20S proteasome genes in different tissues and different developmental stages(TFGD),and figure B shows qPCR analysis of the expression levels of some genes. 0 DPA:Anthesis flowers;10 DPA:10 days post anthesis fruit;20 DPA:20 days post anthesis fruit;33 DPA:Rippening fruit. COTYL:Cotyledons;HYPO:Hypocotyl;MERI:Vegitative meristems;ML:Mature leaves;RT:Root;YFB:Young flower buds,YL:Young flower buds;FL:Flower;FR:Fruit.
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