大麦VQ基因家族鉴定及表达分析

【目的】鉴定大麦VQ基因家族成员并进行表达分析,为大麦VQ基因的功能挖掘提供理论依据。【方法】从大麦基因组中鉴定VQ基因家族成员,利用生物信息学方法对其结构特征及编码蛋白序列进行分析,基于转录组测序数据及实时荧光定量PCR方法进行大麦组织表达模式、盐胁迫和生物胁迫分析。【结果】在大麦基因组中鉴定出29个HvVQ基因(HvVQ1~HvVQ29),HvVQ蛋白序列平均长度较短(214 aa),多数HvVQ蛋白为碱性或偏中性蛋白,HvVQ基因不均地分布在大麦染色体上,定位于细胞核中。29个HvVQ蛋白均含有保守基序FxxxVQxhTG,近90%的HvVQ基因不含内含子。进化分析将大麦、拟南芥与水稻的VQ基因家族成员分为7个亚族(Ⅰ~Ⅶ),HvVQs基因不均地分布在Ⅱ~Ⅶ亚族中。大麦与水稻的共线性基因对数(17对)远多于与拟南芥的共线性基因对数(1对),种内共线性分析发现1对共线性基因对,非同义替换率/同义替换率(Ka/Ks)计算发现HvVQ蛋白主要处于纯化选择状态。HvVQ基因启动区富含生长发育作用元件、非生物胁迫反应元件和激素反应元件,种类及分布均呈多样性。对蛋白网络预测分析推断其与HvWRKY的2类亚族(Ⅱ-c和Ⅲ)存在互作关系。大多数HvVQ基因在组织中表达,HvVQ19在受到盐胁迫时表达量明显上调,在根尖和根伸长区表达量分别上调1.40和1.10倍;对其中10个HvVQ基因进行实时荧光定量PCR检测,HvVQ2基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量均显著下调(倍数变化<0.5为显著抑制,>2.0为显著诱导),HvVQ7和HvVQ15基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量上调最显著,其他7个HvVQ基因也均表现出差异表达。【结论】HvVQ基因家族成员存在序列保守性和进化性,其表达具有组织特异性,大多数成员表达水平受盐胁迫调控,有大量的激素响应元件,推测在生物和非生物胁应答中发挥重要调控作用。