陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。

低磷胁迫下陆地棉苗期根生物量相关性状全基因组关联分析

磷(phosphorus,P)是植物生长发育所必须的营养元素,低磷胁迫是制约棉花生长发育的重要因素之一。本研究以419份陆地棉核心种质为材料,对低磷胁迫下2个环境6个根生物量相关性状进行表型鉴定,基于366万个SNPs(single nucleotide polymorphisms)进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选显著关联的SNPs位点并挖掘候选基因。结果表明,低磷胁迫下棉花根生物量性状具有广泛的遗传变异,其中根冠比(root shoot ratio,RSR)的变异系数最大(45.30%)。在2个环境下共检测到393个与根生物量性状显著关联的SNPs,这些位点主要分布于D02(75个)、A08(64个)和A07(35个)染色体,其中28个SNPs在至少2个性状或环境中同时检测到。进一步筛选到13个候选基因,其中Gh_A08G1889在E1环境中低磷条件下的根冠比(LP-RSR-E1)中检测到,A08:99606874(A/C)位于该基因外显子中并导致了非同义突变(Val/Leu),且该基因编码赤霉素响应蛋白GID1C(Gibberellin receptor GID1C),有报道称该基因与DELLA蛋白相互作用参与赤霉素调节途径,控制植物根部生长发育并响应环境胁迫;Gh_D08G2527在E2环境中低磷条件下的地下部干重和总干重(root dry weight,RDW;total dry weight,TDW;LP-RDW-E2和LP-TDW-E2)中共同检测到,该基因编码的DREB3(Dehydration-responsive element-binding protein 3)类转录因子在多种作物中参与了环境胁迫的响应过程,且DREB可特异性的与DRE结合,诱导环境胁迫响应基因的表达进而使植株产生抗逆性。qRT-PCR结果显示,低磷处理后Gh_D08G2527的表达量在耐低磷品种中显著高于低磷敏感品种。本研究结果为深入了解棉花耐低磷胁迫的分子机制提供了理论参考及基因资源。