小麦4个WAKs/WAKLs基因的分子特征及其响应条锈菌侵染的表达

【目的】鉴定4个小麦WAKs/WAKLs基因,研究其响应条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)侵染的表达模式。【方法】从小麦条锈病抗病材料云337和感病材料云402转录组差异表达的基因中筛选出4个WAKs/WAKLs基因,对其基因结构、蛋白质理化性质、保守结构域和进化进行分析,通过RT-qPCR验证4个基因在小麦接种条锈菌后的表达模式。【结果】所鉴定的TraesCS1B02G004100、TraesCS6B02G459100、TraesCSU02G079300和TraesCS3A02G122300基因长度分别为3194、5117、3208和2934 bp,分别编码714、960、737和652个氨基酸,均包括胞外GUB结构域和胞内激酶结构域,均位于细胞膜。系统进化分析表明:TraesCS6B02G459100与水稻Os05g04460、TraesCSU02G079300与水稻Os02g02120、TraesCS3A02G122300与拟南芥AtWAKL15、TraesCS1B02G004100与大麦HORVU.MOREX.r3.5HG0503880的亲缘关系分别最近。激酶部位氨基酸序列分析表明:TraesCS1B02G004100和TraesCSU02G079300为与植物先天免疫机制相关的非RD激酶,TraesCS6B02G459100和TraesCS3A02G122300为RD激酶。基因表达分析表明:4个WAKs/WAKLs基因在小麦接种条锈菌后均差异表达,其中TraesCS1B02G004100在抗病材料中的表达被抑制、在感病材料中不表达。【结论】TraesCS3A02G122300和TraesCSU02G079300在小麦与条锈菌亲和及非亲和互作体系中均差异表达;TraesCS6B02G459100和TraesCS1B02G004100仅在非亲和互作中特异表达。非RD激酶Traes-CS1B02G004100表达受到抑制,其调控抗病性的功能和机制需进一步研究。

金鱼草WAK/WAKL基因家族鉴定及抗核盘菌候选基因挖掘

【目的】鉴定金鱼草细胞壁相关受体激酶(Wall-associated kinase,WAK)及类WAK蛋白(WAK-like kinases,WAKL)基因家族成员,并挖掘抗核盘菌的候选基因,为深入解析金鱼草抗核盘菌的WAK/WAKL分子调控机制提供理论参考。【方法】以拟南芥WAK/WAKL家族蛋白为参考序列,利用生物信息学方法从金鱼草基因组数据库中鉴定出WAK/WAKL基因家族成员,并对其理化性质、系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件及共线性关系等进行预测分析,并通过转录组测序和实时荧光定量PCR对该家族基因在金鱼草抗感核盘菌材料中的表达模式进行分析。【结果】从金鱼草基因组中共鉴定出27个WAK/WAKL基因家族成员,其中WAK家族基因16个(AmWAK1~AmWAK16),WAKL家族基因11个(AmWAKL1~AmWAKL11),编码的氨基酸数量为615~1085个;理论等电点(pI)为4.94~8.69,绝大多数蛋白呈酸性;所有蛋白的总平均亲水性指数(GRAVY)值小于0,均为亲水性蛋白;大多数蛋白亚细胞定位于细胞质膜区域,少部分定位于细胞外、液泡、高尔基体和细胞核。27个WAK/WAKL基因家族成员不均匀地分布在金鱼草的8条染色体上,且与拟南芥WAK/WAKL家族基因存在7对共线性同源基因;基因启动子区域含有与防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯响应及水杨酸响应等顺式作用元件。通过叶片离体接种核盘菌试验,筛选出抗性差异明显的易感病品种Am1和抗病品种Am6。有12个WAK/WAKL家族基因在金鱼草抗感材料中显著差异表达(P<0.05),有9个基因表达模式与转录组测序结果基本一致。这9个基因中,有5个基因(AmWAK7、AmWAKL2、AmWAKL8、AmWAK6和AmWAK13)在金鱼草的根、茎和叶组织中高表达,而剩余4个基因(AmWAK2、AmWAK8、AmWAK9和AmWAK12)在根、茎和叶中基本不表达。【结论】筛选出的27个金鱼草WAK/WAKL基因家族成员,具有相似的基因结构和蛋白功能结构域,其中AmWAK6、AmWAK7、AmWAK13、AmWAKL2和AmWAKL8为金鱼草抗核盘菌的关键候选基因,具有介导抗病的潜在功能。

谷子WAK基因家族全基因组鉴定及表达分析

细胞壁关联蛋白激酶(Wall-associated kinases,WAKs)是一类独特的类受体蛋白激酶(Receptor like ki?nases,RLKs),在寄主植物抗病反应中起着关键作用。为分析谷子WAK基因家族的特征及潜在功能,基于已研究发表的拟南芥、水稻WAK蛋白序列,通过同源序列比对的方法对xiaomi全基因组进行WAK基因家族鉴定,借助TBtools、MEGA等软件对谷子WAK基因理化性质、基因定位、系统进化、保守结构域、顺式作用元件进行分析。结果表明,共鉴定到谷子WAK家族成员41个,在谷子1~9号染色体上均有分布,编码590~1131个氨基酸;蛋白质分子质量为65.62~123.36 ku,等电点为5.18~8.49;Si3g36660、Si7g23280、Si8g19780的蛋白表现为疏水性,其他蛋白均为亲水性;亚细胞定位预测结果显示,28个基因定位于质膜,6个基因定位于叶绿体,其他基因分别定位于高尔基体、液泡、内质网、细胞外基质。系统发育分析结果显示,谷子、拟南芥和水稻的WAK基因家族可分为5类,其中,Si1g24650与Os01g26174、Si1g12300与Os02g02120的同源关系最近。谷子WAK基因家族的8个基序中,Motif 3、Motif 1、Motif 6、Motif 4、Motif 5基序为保守基序。Si1g25040、Si3g10590、Si3g32650、Si4g01670、Si4g02770、Si4g02780、Si5g09950、Si7g06570、Si7g08090都含有防御和胁迫响应相关元件,推测这9个谷子WAK基因在发挥寄主抗病性方面具有重要作用。基于禾生指梗霉早期侵染互作转录组数据分析表明,谷子Si6g20040、Si7g08090、Si8g19780等3个基因在禾生指梗霉早期侵染阶段,在抗病品种晋谷20号中的表达量均高于感病品种晋谷21号,且于48 h在晋谷20号与晋谷21号中的相对表达量差异显著,差异倍率分别为4.99、10.46、2.04。表明所筛选的3个基因可能在响应禾生指梗霉侵染过程中发挥重要作用。

山荆子MbLRK10L1.1基因正调控腐烂病抗性

此前从东北山荆子(Malus baccata)中发现可能参与腐烂病信号响应的WAK基因 MbLRK10L1.1,在此基础上,拟结合生物信息学分析、表达分析和功能验证研究其在腐烂病抗性中的作用机制。结果表明, MbLRK10L1.1响应Valsa mali(Vm)信号,并且在瞬时表达 MbLRK10L1.1后,‘烟富6号’果实表面病斑扩散速率明显减小, FRK1(Flg22-induced Receptor-like Kinase 1)、TaNOX(Triticum aestivum NADPH oxidase)、 EDS1(Enhanced disease susceptibility 1)等相关抗病基因均有不同程度的上调表达。表明 MbLRK10L1.1可通过JA、SA、SAR以及PTI等途径正调控果实对腐烂病菌的抗性。

基于基因组测序揭示玉米WAK基因的变异信息

玉米是全球总产量最高的粮食作物,对粮食安全产生重大影响。通过下一代测序技术对5个玉米品种Z07、Z24、Z29、Z41及YLZ进行全基因组测序,结果表明,4个玉米品种的WAK基因序列基本一致,而Z07没有测出这段序列。在编码区无明显变异的情况下,启动子区新发现有1个插入突变,这种变异类型在已测序并公开发表的75份玉米资源的WAK基因序列中也有发现,命名为ZmWAK-i。