中国春小麦肌醇磷脂依赖的磷脂酶C基因的全基因组鉴定及表达分析

摘要

[目的]探知小麦基因组序列中肌醇磷脂依赖的磷脂酶C(PLC)的编码基因,解析小麦中PLC基因的结构与进化特征,揭示TaPLC基因在小麦各组织中的表达模式及其响应盐胁迫和干旱胁迫过程中的表达规律,以便深入分析小麦TaPLC基因调节小麦应答盐或干旱胁迫中的生理作用.[方法]基于Ensembl Plants全基因组数据库,以水稻和拟南芥PLC基因为参考序列,检索小麦TaPLC基因家族(http://plants.ensembl.org/index.html),并利用在线蛋白结构分析工具(Pfam、CDD和SMART)对TaPLC基因进行结构分析和鉴定;运用ExPASy(http://cn.expasy.org/tools)分析TaPLC基因的分子和生化特征;使用WoLF PSORT(https://www.genscript.com/wolf-psort.html)预测TaPLC基因的亚细胞定位;运用MEGA 7.0软件进行系统进化树分析;并利用实时荧光定量PCR分析TaPLC基因在不同组织以及幼苗期在盐或干旱胁迫下的表达特征.[结果]在小麦基因组中鉴定了11个TaPLC基因序列,其编码蛋白与其他植物PLC结构相似,均具有X和Y保守催化结构域以及C2结构域;系统进化分析表明11个TaPLC基因可分为4组,即TaPLC1A/TaPLC1D、TaPLC2A/TaPLC2B/TaPLC2D、TaPLC3A/TaPLC3B/TaPLC3D、TaPLC4A/TaPLC4B/TaPLC4D,均为植物PLC基因家族的直系同源基因,在进化方面具有保守性,但也存在一定的分歧;通过与小麦祖先种比对分析,发现B亚基因组中的TaPLC1在异源六倍体形成前就已经缺失,进一步表明小麦亚基因组间进化的不对称性;亚细胞定位预测TaPLC基因定位于叶绿体、线粒体或细胞质中;TaPLC基因家族各成员的启动子普遍存在植物激素响应和应激响应相关的顺式调控元件;实时定量结果表明,不同的TaPLC基因在不同的组织中有不同的表达水平,其主要在根、叶、穗和籽粒中表达;且多数基因参与小麦对盐和干旱胁迫的响应,无论是在耐旱和耐盐品种中,还是在对照品种中,TaPLC基因均受到胁迫的诱导表达,并在12 h内迅速达到峰值.[结论]在小麦基因组中共鉴定11个TaPLC基因,编码典型的植物PLC蛋白,在进化上具有保守性,但亚基因组间也存在进化的不对称性.不同的TaPLC基因有各自的组织和细胞表达特征,在小麦生长发育过程中起调节作用;TaPLC基因在应答盐或干旱胁迫中起重要作用.