甘蔗CesA7基因的生物信息学分析及功能预测

纤维素是植物根系的主要成分之一,在植物抗倒伏中起到关键作用。CesA7是控制纤维素合成的重要基因,在甘蔗中的功能未知。以水稻OsCesA7基因为参考序列,在甘蔗割手密(Saccharumspontaneum)、甘蔗杂交栽培品种(Saccharum spp.hybrid)、甘蔗热带种(S.officinarum)3个基因组中进行同源分析及功能预测。基于该基因及其同源基因的进化分析显示杂交栽培品种的CesA7基因和热带种的CesA7基因更为接近,禾本科植物有明显的聚类,但不能区分草本植物和木本植物。甘蔗CesA7基因的启动子区域含有大量的光反应和茉莉酸甲酯元件,说明该基因可能参与植株的光形态建成和甘蔗抗逆反应。启动子和蛋白互作预测表明CesA7基因与MYB转录因子存在互作,说明其在作物生长发育和胁迫响应中起到一定作用。此外,水稻和高粱中CesA蛋白的功能预测显示,其参与调控了纤维素合成和木质素降解过程。通过对7个甘蔗及其近缘属代表种质的苗期根和叶的转录组数据分析,发现CesA7基因在根中表达量远高于叶,推测该基因参与调控甘蔗根系的发育。在甘蔗及近缘属不同种质中对该基因进行SNP变异检测,发现在割手密中核苷酸多态性最高。外显子区域的核苷酸多态性明显高于内含子区域,在基因第4个外显子(2000 bp左右)区域的多态性最高,推测在该位点可能经受平衡选择造成不同等位基因的功能分化。借助多序列比对结合重测序数据分析,本研究挖掘了2个可区分割手密和热带种的潜在分子标记。该研究结果对进一步研究和利用CesA7基因改良甘蔗品种提供理论指导。