芜菁PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

摘要

芜菁（Brassica campestris L. ssp. rapifera Matag syn. B. rapa L.）是十字花科芸薹属园艺作物，其下胚轴和主根膨大形成肉质直根。PIN （Pin-formed）是一种植物特异性蛋白，作为生长素的输出载体，介导生长素的极性运输形成生长素不对称分布，从而在植物生长发育过程中起重要作用，然而目前在芜菁中还缺乏对PIN蛋白的系统研究。本研究基于芜菁及其他植物基因组，结合芜菁和普通白菜下胚轴不同发育时期转录组数据，通过生物信息学方法，对芜菁PIN基因家族进行了鉴定，并进行了蛋白结构及基因结构分析、系统发育分析、共线性分析和表达分析。结果表明，芜菁中共有13个BcPIN，数量多于拟南芥和甜菜，但略少于萝卜、胡萝卜和水稻；不同物种间同种类PIN基因数量存在差异；芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族基因进化关系较近，与水稻PIN家族基因关系较远，分布在4条染色体上，包括7个共线性基因对；BcPINs启动子含有多种顺式作用元件，受多种信号调控，但不同BcPINs的顺式元件种类存在差异；BcPINs的氨基酸个数在270～661之间，分子量在29.81～70.92 kD之间，大多为碱性疏水蛋白，均含有7～10个跨膜结构域，包含4～10个保守基，定位在膜上；7个BcPIN在芜菁下胚轴不同发育时期的表达趋势与普通白菜存在差异，可能参与芜菁肉质直根的形成过程。据此，本研究鉴定了芜菁中的PIN基因家族，并对其功能进行了预测，为芜菁的分子设计育种和进一步研究植物贮藏器官发育机制提供了依据。