大豆脯氨酸积累相关基因家族鉴定及干旱胁迫表达分析

脯氨酸是一种广泛存在的渗透调节物质,在植物生长发育以及响应干旱胁迫的信号途径中具有重要作用。吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)、鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)、吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)、脯氨酸脱氢酶(Pro DH)、吡咯啉-5-羧酸脱氢酶(P5CDH)、脯氨酸转运体(Pro T)是影响植物体内脯氨酸积累的关键酶。但关于大豆脯氨酸积累相关基因家族成员的研究尚未见报道。本研究在大豆基因组中鉴定出7个Gm P5CS、2个Gm OAT、2个Gm P5CR、5个Gm Pro DH、3个Gm P5CDH及6个Gm Pro T基因,不均匀地分布在大豆20条染色体中的12条上,发生16对片段复制事件。系统进化树分析发现,大豆脯氨酸积累相关基因家族分为不同的进化分支,同一亚族间的基因结构和保守基序相似。顺式作用元件分析结果显示,脯氨酸积累相关基因家族含响应逆境胁迫及植物激素的顺式作用元件。干旱胁迫下的表达模式分析结果显示,脯氨酸合成代谢相关基因家族成员(Gm P5CS、Gm OAT、Gm P5CR)响应干旱胁迫,在干旱胁迫24 h时显著上调表达;大多脯氨酸分解代谢相关基因家族成员(Gm Pro DH、Gm P5CDH)下调表达,脯氨酸转运相关基因家族成员(Gm Pro T)在干旱胁迫24 h显著上调表达,其中Gm P5CS5、Gm OAT1、Gm Pro T2、Gm Pro T4及Gm Pro DH3~5基因在干旱胁迫下的脯氨酸积累中可能起到关键作用。大豆幼苗P5CS、OAT活性随干旱胁迫时间的延长呈显著上升的趋势,与脯氨酸的积累呈正相关:Pro DH活性随干旱胁迫时间的增长呈显著下降的趋势,与脯氨酸的积累呈负相关。本研究为进一步解析大豆脯氨酸积累相关家族基因响应干旱胁迫的功能提供了参考。