烟草半胱氨酸蛋白酶家族和相应miRNAs的鉴定及其对PVY的响应

植物半胱氨酸蛋白酶(cysteine proteases,CPs)广泛影响着植物的生理过程及抗病调控。为研究烟草半胱氨酸蛋白酶在调控马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)中的功能机理,本研究在全基因组水平上鉴定栽培烟草CPs基因家族,使用生物信息学方法分析CPs基因家族的进化关系、Motif基序及启动子调控元件;筛选CPs对应的mi RNAs,分析CPs基因及其对应的miRNAs在PVY感染后的表达特性。结果表明,栽培烟草中共鉴定到70个CPs基因家族成员,根据其系统发育特征和结构可分为5个亚家族,其中C1A 39个、C2A 2个、C125个,C138个,C14A 16个;Motif分析表明,同一亚家族CPs具有相似的motif分布;启动子顺式作用元件分析表明,CPs家族基因含有光应答元件、激素响应元件以及低温、干旱、高温、盐胁迫等响应元件。基于转录组和small RNA测序结果发现,PVY感染后有38个CPs基因上调表达,18个CPs基因下调表达。有28个CPs基因受51个miRNAs调控,PVY感染后,38个miRNAs表达上调,13个miRNAs表达下调,其中7个在PVY感染后与miRNAs负相关。RT-qPCR结果证明PVY感染后,有15个CPs基因表达量显著上调。研究结果有助于深入理解烟草CPs基因家族功能,及其与相应miRNAs通过互作调控烟草对PVY的响应,为研究茄科作物抗PVY分子机制提供理论依据。

烟草PsaA/PsaB基因家族鉴定及其对逆境胁迫的响应

PsaA和PsaB是光系统Ⅰ的中心蛋白,在植物光合作用及逆境调控中发挥重要功能。烟草(Nicotiana tabacum L.)是植物功能基因组学研究的模式作物,目前关于其PsaA和PsaB基因功能的研究较少。为解析烟草PsaA/PsaB基因对逆境胁迫的响应规律,在烟草基因组中鉴定PsaA/PsaB基因家族,并对其理化性质、亚细胞定位、系统进化、Motif基序、启动子调控元件进行分析。结果表明:烟草中共有27个PsaA/PsaB基因,与拟南芥相比,烟草PsaA/PsaB基因家族大量扩增,根据系统发育和结构特征可分为3类亚家族。烟草PsaA/PsaB基因启动子中含有大量响应光、低温、干旱及植物激素等的顺式作用元件。RT-qPCR分析发现,多数烟草PsaA/PsaB基因在低温胁迫下表达量上调,上调数目为8个;而在聚乙二醇、茉莉酸甲酯胁迫下表达量下调,下调数目分别为8个和7个;马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)和烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)感染后大多数烟草PsaA/PsaB基因表达量下调,PVY感染后下叶肉和叶脉组织中基因下调数目分别为19个和17个,其中叶脉中下调更明显,TMV感染后基因下调数目为9个。可见,烟草PsaA/PsaB基因参与烟草对多种非生物胁迫的应答过程,研究结果为进一步探索PsaA/PsaB基因在调控植物对逆境胁迫响应中的作用提供了参考。