菠萝SLF/SFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

摘要

自交不亲和性是高等植物通过抑制自花授粉来阻止近亲繁殖的一种繁殖机制。在以茄科、蔷薇科、车前草科为代表的配子体自交不亲和机制中,花粉和雌蕊之间的自我/非自我识别由多态性S位点决定,其中SLF(S-locus F-box)/SFB(S-haplotype-specific F-box)基因是配子体自交不亲和花粉S决定因子。本研究通过生物信息学方法从菠萝基因组中筛选鉴定出21个SLF/SFB家族基因(AcSLF1~AcSLF21),各AcSLF基因在N端具有F-box保守结构域,其氨基酸长度、理论等电点、分子量存在较大差异,编码氨基酸序列大小范围为242~612 aa,分子量为27.778~69.070 kDa,其中18个AcSLFs蛋白偏碱性,总体蛋白稳定性较差,预测18个AcSLFs蛋白亚细胞定位于细胞核中,蛋白二级结构60%以上由α-螺旋和无规则卷曲组成。通过染色体定位分析发现其不均匀地分布在14条染色体上,其中AcSLF21未定位到具体染色体位置,并发现AcSLF4、AcSLF5、AcSLF6、AcSLF8、AcSLF14和AcSLF15与菠萝RNaseT2家族基因发生连锁。从进化关系中发现,菠萝SLF/SFB家族与蔷薇科、车前科、茄科植物SLF/SFB进化关系较远。利用qRT-PCR对AcSLFs基因在菠萝雌蕊、雄蕊、叶片、果肉、茎和根的表达量进行分析,结果发现AcSLFs基因在菠萝不同组织中具有明显的表达差异性,其中AcSLF1、AcSLF2、AcSLF4、AcSLF9、AcSLF10、AcSLF11、AcSLF15、AcSLF19、AcSLF20、AcSLF21基因在菠萝雄蕊中呈高表达量,AcSLF3、AcSLF7在果肉中表达量最高,AcSLF5、AcSLF12、AcSLF18在根中表达量显著高于其他组织,总体来说,大部分菠萝AcSLFs基因主要在菠萝雄蕊或叶片中高表达。同时分析了雌蕊自花、异花授粉前后的表达变化,发现AcSLF1、AcSLF2、AcSLF15三个基因在授粉雌蕊中的表达量较未授粉显著上调,尤其在授粉6h表达量急剧上调,随着花粉管的伸长其表达量降低,但在授粉24h仍具有较高的表达量,推测这些基因可能在菠萝自交不亲和中起到重要作用。该研究为菠萝SLF/SFB家族基因的克隆提供参考,并为菠萝自交不亲和机制研究奠定良好基础。