甘蔗栽培种单倍体基因组SSR位点的发掘与应用

甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一,由于尚未完全破译栽培种基因组,导致SSR标记匮乏,难以覆盖全基因组,限制了甘蔗遗传研究的进展。本研究以栽培种R570的4660个BAC文库片段序列(累计总长为382 Mb,预测到25,316个编码蛋白基因)组装成的一套甘蔗单倍体基因组的模板,利用MISA (Microsatellite identification tool)软件,发掘SSR位点;并综合分析其与4种禾本科植物(高粱、玉米、水稻和二岁短柄草)SSR位点的分布特征;选取50对以TG和AG重复基序的SSR引物,分别利用4个甘蔗属材料(R570、ROC1、LA purple和SES208)和24个重要甘蔗亲本,对SSR引物进行扩增效率验证和多态性分析。共发掘到27,241个SSR位点,平均每个BAC片段有6.29个SSR位点,平均密度为71.33个SSR Mb?1,远低于高粱的平均密度(350.00个SSR Mb?1)。在重复基序中,占比前2位的分别为单核苷酸基序(11,079个)和三核苷酸重复基序(6447个),合计占总SSR位点数的64.33%。与甘蔗不同的是, 4种禾本科植物中的三核苷酸基序类型数量最多、占比最大。此外,在单核苷酸重复基序中, A/T所占比例最高,为84.8%, C/G所占比例最低,为15.2%;在三核苷酸重复基序中, TGT/ACA所占比例最高,为16.04%。总之,禾本科植物基因组富含A/T的基序。在50对SSR引物(TG基序41对和AG基序9对)的多态性验证中,共有45对(90%)能够扩增出清晰的条带,其中35对(70%)在4个甘蔗材料上呈现多态性。进一步利用20对多态性较高的SSR引物对24个甘蔗重要亲本材料进行分析,共扩增到95个等位基因,平均每对引物扩增4.75个,验证了这些引物应用于甘蔗遗传多样性研究的可行性。本研究鉴定的甘蔗栽培种单倍体基因组SSR标记,有效增加了甘蔗遗传研究中可用的分子标记数量,可直接用于甘蔗群体遗传多样性分析和重要性状遗传机制的解析,为甘蔗分子育种的深入研究奠定了基础。

甘蔗磷脂酰肌醇转运蛋白基因ScSEC14响应干旱和盐胁迫

Sec14-like磷脂酰肌醇转运蛋白(Sec14-like phosphatidylinositol transfer proteins,PITPs),广泛存在于真核生物细胞中,参与肌醇磷酸代谢、膜运输、极性生长、信号转导、逆境胁迫等多种重要的生命过程。甘蔗中响应干旱和盐胁迫的Sec14-like基因尚未见报道。本研究从甘蔗受黑穗病胁迫的转录组数据库中获得一条SEC14基因序列,并利用RT-PCR技术克隆得到甘蔗SEC14基因c DNA全长序列,命名为Sc SEC14(Gen Bank登录号为MG571103)。生物信息学分析显示,Sc SEC14基因全长1617 bp,包含一个1008 bp的完整开放阅读框,编码335个氨基酸;Sc SEC14为不稳定的亲水性蛋白,不存在信号肽;蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有典型的SEC14结构域和CRAL_TRIO_N结构域。此外,系统进化树分析揭示,该蛋白属于Sec14-like蛋白家族的SSH(soybean Sec14 homolog group)亚家族。亚细胞定位结果表明,Sc SEC14蛋白主要定位于细胞膜。实时荧光定量PCR分析发现,Sc SEC14基因在甘蔗中组成型表达,在蔗皮中的表达量最低,蔗叶中的表达量最高,约为蔗皮的4.9倍;该基因在PEG、Na Cl、CaCl_2和水杨酸(SA)胁迫下的表达量均上调。因此,甘蔗Sc SEC14基因可能参与Ca^(2+)和SA介导的抗逆信号通路,积极响应逆境胁迫,尤其调节了干旱和高盐环境下的抗逆性。