园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (3): 463-478.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0056
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收稿日期:
2023-03-29
修回日期:
2023-11-30
出版日期:
2024-03-25
发布日期:
2024-03-22
通讯作者:
基金资助:
ZHOU Ping, YAN Shaobin, GUO Rui, JIN Guang*()
Received:
2023-03-29
Revised:
2023-11-30
Published:
2024-03-25
Online:
2024-03-22
摘要:
为研究桃树镁离子转运蛋白(Magnesium Transporters,MGT)家族基因在镁离子运输中所起的作用,全基因组鉴定、分析了桃树MGT家族成员(PpMGT),并研究外源施镁对PpMGT基因表达的影响。通过同源比对、保守位点分析鉴定获得了8个PpMGT,在Chr1、Chr3、Chr6、Chr8染色体上不均匀分布。系统发育研究表明植物MGT家族可分为5个分支,各分支成员数存在差异。基因和蛋白结构分析发现PpMGT含有4 ~ 13个外显子,蛋白中存在10个保守基序,启动子上游分布有不同数量的胁迫响应、转录调控、节律调控、激素响应和发育调控元件。PpMGT在桃树花、果、叶、根器官均有表达且具有组织表达特异性。桃树外源喷施MgCl2 24 h后,检测到PpMGT转录表达变化。喷施镁使叶片、果皮出现不同的差异表达基因类群,均涉及光合途径。研究发现PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8与喷镁后光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体基因表达变化正相关。异源表达PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8可补偿Mg2+转运缺陷突变株MM281(鼠伤寒沙门氏菌突变株)生长缺陷,表明PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8具有镁离子转运功能。根据序列特征、表达模式及外源镁喷施结果,推测PpMGT可能具有功能分化,通过协同作用调节桃树镁转运,PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8的表达变化可能与外源镁摄入和利用相关。
周平, 颜少宾, 郭瑞, 金光. 桃镁离子转运蛋白MGT基因家族鉴定与表达分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(3): 463-478.
ZHOU Ping, YAN Shaobin, GUO Rui, JIN Guang. Identification and Expressional Analysis of MGT Gene Family in Prunus persica[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(3): 463-478.
基因 Gene | ID | 染色体 Chromosome | 氨基酸数 Number of amino acids | 分子量/kD MW | 等电点 pI | 跨膜域 Transmem- brane | 亚细胞定位 Subcellular localization |
---|---|---|---|---|---|---|---|
PpMGT1 | Prupe.1G027800 | Chr1 | 393 | 43.71 | 4.64 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
PpMGT2 | Prupe.1G287300 | Chr1 | 433 | 47.53 | 4.98 | 2 | 高尔基体,细胞质 Golgi,cytoplasm |
PpMGT3 | Prupe.1G575700 | Chr1 | 455 | 50.79 | 5.14 | 2 | 叶绿体,线粒体 Chloroplast,mitochondrion |
PpMGT4 | Prupe.3G100200 | Chr3 | 472 | 53.39 | 5.30 | 1 | 高尔基体,细胞质 Golgi,cytoplasm |
PpMGT5 | Prupe.6G116100 | Chr6 | 452 | 50.71 | 6.21 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
PpMGT6 | Prupe.8G147300 | Chr8 | 491 | 54.70 | 4.64 | 2 | 叶绿体,细胞质 Chloroplast,cytoplasm |
PpMGT7 | Prupe.8G147400 | Chr8 | 460 | 51.20 | 4.84 | 2 | 叶绿体,液泡 Chloroplast,vacuole |
PpMGT8 | Prupe.8G231400 | Chr8 | 435 | 48.81 | 4.54 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
表1 PpMGT蛋白特性
Table 1 The properties of PpMGTs
基因 Gene | ID | 染色体 Chromosome | 氨基酸数 Number of amino acids | 分子量/kD MW | 等电点 pI | 跨膜域 Transmem- brane | 亚细胞定位 Subcellular localization |
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PpMGT1 | Prupe.1G027800 | Chr1 | 393 | 43.71 | 4.64 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
PpMGT2 | Prupe.1G287300 | Chr1 | 433 | 47.53 | 4.98 | 2 | 高尔基体,细胞质 Golgi,cytoplasm |
PpMGT3 | Prupe.1G575700 | Chr1 | 455 | 50.79 | 5.14 | 2 | 叶绿体,线粒体 Chloroplast,mitochondrion |
PpMGT4 | Prupe.3G100200 | Chr3 | 472 | 53.39 | 5.30 | 1 | 高尔基体,细胞质 Golgi,cytoplasm |
PpMGT5 | Prupe.6G116100 | Chr6 | 452 | 50.71 | 6.21 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
PpMGT6 | Prupe.8G147300 | Chr8 | 491 | 54.70 | 4.64 | 2 | 叶绿体,细胞质 Chloroplast,cytoplasm |
PpMGT7 | Prupe.8G147400 | Chr8 | 460 | 51.20 | 4.84 | 2 | 叶绿体,液泡 Chloroplast,vacuole |
PpMGT8 | Prupe.8G231400 | Chr8 | 435 | 48.81 | 4.54 | 2 | 质膜,叶绿体 Plasma membrane,chloroplast |
图1 桃MGT蛋白多序列比对 η代表蛋白质310螺旋;螺旋线代表α-螺旋;箭头代表β-折叠;TT代表β-转角。
Fig. 1 Multiple protein sequence alignment of the PpMGTs The η symbols refer to 310-helix,and squiggles and arrows indicate α-helices and β-strands. TT letters show β-turns.
图2 MGT家族成员演化分析 物种为桃(Pp, )、拟南芥(At, )、水稻(Os, )、番木瓜(Cp, )、毛果杨(Pt, )、番茄(Sl, )、葡萄(Vv, )、无油樟(Amt, )、苹果(Md, )、梨(Pc, )、梅(Pm, )、喜阴悬钩子(Ro, )、草莓(Fv, )、樱桃(Pa, )、野蔷薇(Rm, )、江南卷柏(Sm, )、莱茵衣藻(Cr, )、盐生杜氏藻(Ds, )。
Fig. 2 Evolutionary analysis of MGT family members Prunus persica(Pp, ),Arabidopsis thaliana(At, ),Oryza sativa(Os, ),Carica papaya(Cp, ),Populus trichocarpa(Pt, ),Solanum lycopersicum(Sl, ),Vitis vinifera(Vv, ),Amborella trichopoda(Amt, ),Malus × domestica(Md, ),Pyrus communis(Pc, ),Prunus mume(Pm, ),Rubus occidentalis(Ro, ),Fragaria vesca(Fv, ),Prunus avium(Pa, ),Rosa multiflora (Rm, ),Selaginella moellendorffii(Sm, ),Chlamydomonas reinhardti(Cr, ),and Dunaliella salina(Ds, ).
图7 桃树喷镁后叶片、果皮PpMGT表达变化(a)、光合速率(b)比较和代谢通路富集分析(c) * 代表处理与对照有统计学差异(Student t检验)。
Fig. 7 Gene expressional changes(a),photosynthetic rate comparison(b)and metabolic pathway enrichment analysis(c)after magnesium treatment * represents a significant difference between treatment and control group(Student t-test).
图8 镁处理桃叶片、果皮中光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体(LHC)基因表达变化(a)及其与MGT基因表达的皮尔逊相关性(b) *和**分别代表DEseq2分析结果中相应基因在对照—处理两组间表达差异处于P < 0.05和P < 0.01水平。
Fig. 8 Expressional changes of Light-harvesting chlorophyll a/b protein complex(LHC)genes(a)and their correlative relations to MGTs transcriptional changes(b) Symbols * or ** indicate that the corresponding genes were differentially expressed in control-treatment comparisons at P < 0.05 or P < 0.01 levels,analyzing by DEseq2.
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