割手密GRAS基因家族鉴定及表达分析

摘要

甘蔗(Saccharum officinarum)是重要的糖料和生物能源作物,其产量受到各种生物胁迫和非生物胁迫的影响。割手密(S.spontaneum)是甘蔗栽培育种过程中的重要亲本之一。GRAS(GAI-RGA-SCR)转录因子在植物光形态建成、种子萌发、根系生长及防御应答等过程中起重要调控作用。本研究利用GRAS结构域的隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)配置文件,从割手密基因组中鉴定出173个GRAS基因家族成员,分布于割手密30条染色体。利用最大似然法进行系统发育分析,结果显示,173个割手密GRAS家族基因可分为8个亚家族;基因结构分析显示,GRAS家族基因在C端含有至少1个保守的GRAS结构域,61.2%的GRAS家族基因存在至少1个内含子;GRAS家族基因上游2000 bp序列启动子顺式作用元件分析显示,所有GRAS启动子区域存在应答生物和非生物胁迫的顺式作用元件,表明其可能涉及多种逆境胁迫的调控过程。转录组数据分析显示,割手密GRAS家族成员在茎和叶的不同发育时期存在较大的表达差异,qRT-PCR验证9个基因在成熟茎叶组织的表达,其结果与转录组数据一致,推测GRAS家族成员在割手密生长发育调控中发挥不同作用;胁迫分析表明,SsPAT1.8-1和SsDELLA6-2受甘蔗梢腐病病原菌胁迫诱导表达;SsPAT1.8-2、SsPAT1.9、SsPAT1.10、SsDELLA2、SsSCR2、SsDELLA1-2、SsSCL3.1-2和SsHAM9受甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus,ScMV)胁迫诱导表达;SsSCL3.2-1受干旱胁迫诱导表达。以ScMV侵染抗病品种’B48’,q RT-PCR检测结果显示,SsSCR2在+1叶中上调表达,SsHAM9在+1和-3叶中均上调表达,SsLISCL11-1在-3叶中下调表达。上述结果提示,GRAS家族基因可能在甘蔗对不同胁迫的响应中发挥调节功能。本研究为进一步解析甘蔗GRAS家族基因的功能提供基础资料,为甘蔗抗逆育种提供潜在的基因资源。