柳枝稷BiP基因的鉴定、表达分析和抗逆境功能

摘要

有害环境条件对植物生长发育有不利影响,并会引起蛋白质变性或错误折叠。分子伴侣之一的绑定蛋白(BiP)通过减轻错误折叠蛋白质引起的内质网应激发挥重要的保护作用。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是一种原产于北美、多年生C4型禾本科植物。由于其生物量大、适应性强,近年来被作为能源植物研究和利用。为明确柳枝稷中BiP基因及其在逆境下的表达和功能,本研究通过对柳枝稷基因组数据本地BLAST比对,结合具有BiP保守结构域和内质网驻留信号序列(HDEL)特征筛选的条件,共在柳枝稷基因组中鉴定出4个BiP基因,命名为PvBiP1a、PvBiP1b、PvBiP2、PvBiP3,分别位于1号和5号染色体上。多物种序列比对和进化分析结果表明,PvBiPs具有BiP蛋白典型功能结构域,PvBiP1a和PvBiP1b聚成一个进化枝,并与水稻OsBiP1聚为一类,都含有7个内含子结构;PvBiP2与PvBiP3聚为另一进化枝,无内含子结构。上游2 kb启动子序列分析结果表明,PvBiPs主要包括胁迫防御和激素应答顺式作用元件。PvBiPs受内质网胁迫诱导剂二硫苏糖醇诱导表达,在NaCl、PEG、ABA和CdCl胁迫下表现出上调表达,PvBiP2相对表达量的峰值最高。将PvBiP1a、PvBiP2与PvBiP3克隆至pGAD426载体并转化酵母,在CdCl、NaCl和甘露醇胁迫下进行耐性验证,结果显示,3个基因对镉和盐胁迫都有耐性,对甘露醇胁迫无耐性。本研究结果将为深入挖掘柳枝稷BiP基因功能、提升柳枝稷在逆境下尤其是对重金属镉胁迫的耐性提供理论基础。