甘蓝型油菜IQM基因家族成员全基因组鉴定和分析

IQM(IQ-Motif Containing)基因家族是在拟南芥中被鉴定出的一类Ca 2+不依赖的钙调素结合蛋白(CaMBP),参与了拟南芥成花调控、气孔运动以及抗逆境胁迫等一系列重要生理活动.从拟南芥基因出发,通过生物信息学方法,在白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)、黑芥(B.nigra)、甘蓝型油菜(B.napus)、芥菜型油菜(B.juncea)、埃塞俄比亚芥(B.carinata)6个芸薹属(Brassica)作物中鉴定了26个IQM基因家族成员,其中甘蓝型油菜鉴定了7个IQM基因家族成员,分布在6个染色体上.对7个甘蓝型油菜基因进行了全基因组分析,将它们分为了3个亚家族,确定了其基因结构、蛋白质保守基序、物理位置、进化关系.结果表明:基因结构与蛋白质保守基序的分布相对保守,进化的过程中发生了基因丢失,4对基因存在大片段复制事件,受到的是自然选择.BnIQM基因功能、蛋白互作网络分析的结果表明:部分BnIQM基因可能参与了植物体生物和非生物胁迫响应.RNA-Seq分析的结果发现:多个BnIQM基因在叶片和花序等部位高度表达,且不同基因在不同发育时期和不同组织中表现出不同的表达模式,表明在进化过程中基因发生了功能的分化.在对非生物胁迫的表达分析中发现:大部分甘蓝型油菜基因对几类主要的非生物胁迫存在明显响应.

IQM1基因过量表达对拟南芥气孔运动及根系生长的影响

拟南芥钙调素结合蛋白IQM家族共有6个成员,已证实IQM1是一个不依赖Ca2+的钙调素结合蛋白,其功能缺失突变体iqm1表现气孔开度小和根短的表型,而且突变体气孔开度并不因光、暗、脱落酸等诱导而变大或变小。该实验构建了IQM1基因双元表达载体并转化拟南芥,通过分子筛选及IQM1表达量分析,获得了IQM1基因过量表达植株。表型分析发现,IQM1过量表达植株在光诱导气孔开放处理后气孔开放度明显比野生型和iqm1-1增大,在暗诱导气孔关闭处理后气孔开度则显著变小;IQM1过量表达植株的主根比野生型和iqm1-1长,侧根数量比野生型和iqm1-1多,但IQM1过量表达对植株的生长形态、抽薹期、开花期及座果等方面却没有明显影响。研究表明,IQM1基因在植物气孔运动及根系生长中起着重要作用。

长日照下IQM3在CO的下游调控拟南芥主根长度

拟南芥(Arabidopsis thaliana)中IQM家族是含有IQ基序的钙调素结合蛋白家族,IQM3突变能增加主根长度,CO(CONSTANS)是光周期成花调控途径的重要成员,CO突变可缩短主根长度。该研究构建二者的双突变体研究IQM3与CO基因的遗传学关系。结果表明,新CO突变体co-12序列的第1个外显子上缺失了9个碱基ACTTGCTAG,其中含有限制性核酸内切酶Bfa I的酶切位点CTAG。建立了可鉴定该突变体的分子标记:利用Bfa I酶切跨编码区PCR产物时,野生型Col因有3个位点而得到4个片段,co-12因只有2个位点而得3个片段,CO/co-12杂合子得5个片段。在长日照下,co-12的主根长度比野生型Col短,iqm3-2的比野生型Col长,而双突变体co-12 iqm3-2的主根长度表型偏向于iqm3-2。因此,在长日照下,IQM3在CO的下游参与调控拟南芥主根长度。