棉花EXO70基因家族全基因组的鉴定及种间比较

【目的】当前四倍体棉花的主栽品种是陆地棉与海岛棉,陆地棉产量高且适应性好,海岛棉纤维品质优异但产量一般。EXO70是胞外分泌体(exocyst complex)中的关键亚基,在植物生长发育、胁迫响应等方面发挥重要作用。通过全基因组水平鉴定和分析陆地棉与海岛棉EXO70基因家族成员,并研究其在纤维发育、环境适应等方面的功能,有助于揭示陆地棉与海岛棉种间性状差异形成的分子基础。【方法】从拟南芥数据库(TAIR)获取EXO70家族蛋白序列作为参考序列,采用HMMER、ExPASy、MEME、TBtools等分析工具对陆地棉TM-1和海岛棉Hai7124基因组中EXO70家族成员进行鉴定与分析,系统比较该家族在基因表达模式、重要农艺性状的相关性、逆境响应等方面的异同点。【结果】通过对陆地棉和海岛棉的基因组水平分析,均鉴定出54个EXO70家族成员,根据系统进化发育可将其分为8个分支。陆地棉和海岛棉同源基因可一一对应,分布在陆地棉与海岛棉的20条染色体上,绝大多数成员为单外显子,但是两者间有12对同源基因在阅读框序列上存在较大差异。陆地棉与海岛棉大部分同源基因表达模式类似,但在同一纤维发育时期表达量存在差异,如分支A中的GH_A04G1208与同源基因GB_A04G1253。重要农艺性状关联分析中发现,海岛棉有16个EXO70基因与纤维品质性状显著相关,多于陆地棉;陆地棉有13个基因与产量性状衣分显著相关,多于海岛棉。发现部分性状关联的差异可能由海陆种间的基因结构差异造成,如GH_A11G3714和GB_A11G3791。在不同逆境胁迫下,陆地棉中有25个基因受诱导,显著多于海岛棉中10个受诱导基因。【结论】在棉花四倍体形成、分化与驯化过程中,陆地棉与海岛棉EXO70家族基因序列结构相对保守,基因表达模式也保持较高的一致性。海岛棉有更多的EXO70基因与纤维品质性状相关,陆地棉有更多的基因与产量性状相关且对环境逆境更为敏感。