金鱼草TPS基因家族的全基因组鉴定和表达模式分析

摘要

【目的】筛选、鉴定并分析金鱼草萜烯合酶(Terpenoid synthase,TPS)基因家族成员,确定金鱼草主要花香挥发性萜烯类物质合成的TPS基因,为进一步解析该基因功能奠定基础。【方法】基于生物信息学分析,鉴定AmTPS基因家族成员,并对其基因结构、蛋白保守基序、顺式作用元件、系统进化、染色体定位和共线性、蛋白质理化性质、亚细胞定位预测等进行分析;通过实时荧光定量(qRT-PCR)分析TPS候选基因在不同组织中的表达水平;最后利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对金鱼草花香挥发性成分进行分析鉴定。【结果】共鉴定出30个AmTPS候选基因,基因结构及保守基序显示AmTPS基因外显子数量为3~13个,保守基序DDxxD是主要基序,出现31次。AmTPS启动子的顺式作用元件主要集中在生长与发育类元件中,抗逆、胁迫响应元件较少。系统发育分析显示,AmTPS共分为4个亚家族TPS-a,TPS-b,TPS-e/f,TPS-g,且TPS-a、TPS-g亚家族成员较多,TPS-e/f成员仅1个。蛋白理化性质结果表明,预测氨基酸数量(AA)为291~1124 aa,分子量(MW)为34.392~131.778 KDa,理论等电点(pI)为4.98~6.98,疏水平均(GRAVY)值为-0.464~-0.24。qRT-PCR表达分析显示,AmTPS在花器官中的转录水平普遍高于其它部位,特别是TPS-g亚家族基因。利用GC-MS分析金鱼草花香成分,发现TPS-g亚家族基因合成的无环单萜类物质相对含量占比80.51%,与该家族基因表达模式吻合。【结论】金鱼草AmTPS基因家族成员在进化上比较保守,TPS-g亚家族的表达具有组织特异性,在金鱼草花香挥发性无环单萜的大量释放中发挥重要作用。本研究为进一步探究金鱼草萜烯类花香挥发性化合物提供参考。