平榛PYL基因家族全基因组鉴定及果实发育表达分析

摘要

[目的]植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物生长发育、种子成熟及非生物胁迫响应中发挥重要作用.PYR/PYL/RCAR(Pyrabactin Resistance1/PYR1-like/Regulatory Component of ABA Receptor,PYLs)作为ABA直接受体,在ABA信号转导通路中起关键作用.平榛(Corylus heteropylla)是东北地区重要的特色经济林木,其果实发育分子机制研究对于榛子实际生产具有重要意义.[方法]为明确平榛ChPYLs基因家族的进化关系,研究借助生物信息学,以课题组测序组装获得的平榛全基因组数据为基础,从中筛选获得8个ChPYLs基因,且进一步明确了各基因的基因结构及其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守结构域、模体,并以现有高通量转录组数据为基础,明确了各成员在平榛子房及胚珠发育不同时期的表达水平,并采用qRT-PCR对后者进行了验证.[结果]ChPYLs在进化上可分为3大群组,且同一物种不同成员在进化过程中可能由多次复制事件产生;基因家族各成员大多不含内含子,ChPYL4、ChPYL5和ChPYL8则含有1～2个内含子;各成员编码蛋白均含有典型的PYR_PYL_RCAR_like结构域,且ChPYL1、ChPYL7、ChPYL3和ChPYL5还含有1个保守的Bet_v_1结构域;蛋白保守模体分析结果显示,在该基因家族编码蛋白中预测得到10种保守模体,且成员间所含的模体数量存在一定差异,所含的保守模体数量在4～6个,其中所有蛋白均含有Motif 1、Motif 2和Motif 3;基于子房和胚珠不同发育时期转录组数据,结果表明基因家族成员间表达模式存在显著差异,且大部分成员在子房和胚珠发育各时期表达水平较低;在子房发育不同时期,ChPYL4和ChPYL8在不同时期均高表达,后者表达水平更高;在胚珠发育不同时期,只有ChPYL4、ChPYL6和ChPYL8有表达,且只有ChPYL8在4个时期均高表达,且呈现双峰表达模式;结合qRT-PCR结果分析发现,ChPYL4在OV1时期表达量最高,其他3个时期均低表达;ChPYL8表达呈现双峰模式,即OV2和OV4时期表达量更高.该结果与转录组数据分析结果较为一致,也进一步证明转录组数据具有较高可靠性.[结论]结果表明ChPYL4和ChPYL8在子房、胚珠发育不同时期具有表达模式特异性,故推测该ChPYL4和ChPYL8可能是研究果实发育调控的重要候选基因;该研究将为后续ChPYLs参与榛子果实发育调控功能的深入挖掘提供重要理论基础.