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中国农业科学 2021年第19期54卷 4048-4060页

作者：郑逢盛王海华邬清韬申权田建红彭喜旭唐新科湖南科技大学生命科学学院经济作物遗传改良与综合利用湖南省重点实验室重金属污染生态土壤修复与安全利用湖南省高校重点实验室

【目的】VQ基因家族在植物生长、发育以及对生物或非生物胁迫反应中发挥重要功能。在全基因组尺度上,全面鉴定苦荞(Fagopyrum tataricum L. Gaertn.)VQ(FtVQ)基因家族,分析其在苦荞叶斑病原——互格链格孢(Alternaria alternata)和黑孢... 详细信息

【目的】VQ基因家族在植物生长、发育以及对生物或非生物胁迫反应中发挥重要功能。在全基因组尺度上,全面鉴定苦荞(Fagopyrum tataricum L. Gaertn.)VQ(FtVQ)基因家族,分析其在苦荞叶斑病原——互格链格孢(Alternaria alternata)和黑孢霉(Nigrospora osmanthi)侵染和防御相关激素——水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET)处理下的表达模式,为深入解析苦荞VQ基因家族在植物抗病防御中的功能及机理奠定基础,同时为优良基因资源发掘及抗病品种改良提供线索。【方法】基于VQ保守结构域的隐马尔可夫文件(PF05678),采用HMMER 3.0对苦荞平苦一号基因组数据库进行比对搜索,鉴定VQ基因;通过DNAMAN、Map Inspect、MEGA、MEME、Ortho Finder、PLACE等生物信息学工具分析基因结构、染色体分布、启动子顺式元件、蛋白质理化性质、蛋白质保守基序、蛋白质亚细胞定位和蛋白质系统进化关系;采用实时荧光定量PCR(qPCR)方法分析苦荞叶VQ基因在病原侵染或激素处理下的表达模式。【结果】从苦荞基因组中鉴定获得28个VQ基因,大小为566—1 454bp,均无内含子,不均一地分布在8条染色体上。根据它们在染色体上的物理位置,命名为FtVQ1—FtVQ28。每一个FtVQ蛋白含有1个VQ基序——Fxxx VQx(L/F/I/V/A/Y)TG(x代表任意氨基酸)。亚细胞定位预测表明,21个FtVQ蛋白定位在细胞核中,其余定位在叶绿体或细胞质中。根据蛋白质氨基酸序列与保守结构基序,FtVQ蛋白归类于5个亚家族,亚家族内基因结构和蛋白质基序相对保守。基因重复分析表明,苦荞基因组中有8对VQ旁系同源基因,均为大片段重复基因,提示大片段基因重复在FtVQ基因家族数量扩张中发挥主要作用;它们的非同义突变和同义突变的比值(Ka/Ks)均小于1,提示重复基因在进化中经历了纯化选择。启动子顺式元件预测表明,所有FtVQ基因启动子含有BIHD1OS、CGTCA、ERELEA4、W-box和类W-box等病原或SA、JA、ET反应元件,尤其在FtVQ10、FtVQ14、FtVQ15、FtVQ22、FtVQ23、FtVQ27的启动子区域密集程度更高。q PCR分析显示,在可检测的20个FtVQ基因中,有55%—70%的基因为病原或激素处理下的差异表达基因(DEGs),其中72.7%—85.7%的DEGs的表达显著上调。【结论】苦荞基因组拥有28个VQ基因成员,部分VQ基因可能参与了苦荞对叶斑病原的抗性反应。

关键词：苦荞 VQ基因家族互格链格孢叶斑病黑孢霉叶斑病防御相关激素

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苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定与其在叶斑病菌和激素处理下的表达分析

苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定与其在叶斑病菌和激素处理下的表达...

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作者：郑逢盛湖南科技大学

学位级别：硕士

VQ蛋白是一类植物特异性蛋白,作为辅助转录因子广泛参与了植物的生长、发育、响应胁迫等多项生命活动。苦荞全基因组数据于近年公布,而有关苦荞VQ基因(Ft VQ)家族的全基因组鉴定与表达研究未见报道。本研究基于VQ保守结构域的隐马尔可... 详细信息

VQ蛋白是一类植物特异性蛋白,作为辅助转录因子广泛参与了植物的生长、发育、响应胁迫等多项生命活动。苦荞全基因组数据于近年公布,而有关苦荞VQ基因(Ft VQ)家族的全基因组鉴定与表达研究未见报道。本研究基于VQ保守结构域的隐马尔可夫文件(PF05678),采用HMMER 3.0对苦荞基因组数据库进行比对搜索,鉴定苦荞VQ基因;通过DNAMAN、Map Inspect、MEGA、MEME、Ortho Finder、PLACE等生物信息学工具分析基因结构、染色体分布、启动子顺式元件、蛋白质理化性质、蛋白质保守基序、蛋白质亚细胞定位和蛋白质系统进化关系;采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法分析苦荞叶VQ基因在两种苦荞叶斑病原互格链格孢(Alternaria alternata)和木樨黑孢霉(Nigrospora osmanthi)侵染下和三种防御相关激素——水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、乙烯(ET)信号影响下的表达模式,为深入解析苦荞VQ基因家族在植物抗病防御中的功能及机理奠定基础,同时为优良基因资源发掘及抗病品种改良提供线索。结果如下:(1)在苦荞基因组中共鉴定获得28个VQ基因,均不含内含子,不均匀地分布在苦荞8条染色体上。苦荞VQ蛋白根据VQ基序“Fxxx VQxh TG”中的疏水性氨基酸h种类,可以分6种,分别是FTG(Ft VQ7、Ft VQ19、Ft VQ20、Ft VQ22)、ITG(Ft VQ21)、VTG(Ft VQ23)、ATG(Ft VQ27)、YTG(Ft VQ2、Ft VQ10),其余19个均为LTG。苦荞VQ蛋白中没有谷氨酰胺(Q)突变为组氨酸(H)的VH突变类型。(2)亚细胞定位预测表明,28个苦荞VQ蛋白中Ft VQ6、Ft VQ9、Ft VQ15、Ft VQ18、Ft VQ26和Ft VQ28定位在叶绿体中,Ft VQ14定位在细胞质中,其余21个定位在细胞核中。基因重复分析表明,苦荞基因组中有Ft VQ2-Ft VQ10、Ft VQ7-Ft VQ19、Ft VQ23-Ft VQ27、Ft VQ15-Ft VQ28、Ft VQ1-Ft VQ12、Ft VQ11-Ft VQ17、Ft VQ24-Ft VQ14、Ft VQ4-Ft VQ9共8对VQ旁系同源基因,均为大片段重复基因,提示大片段基因重复在Ft VQ基因家族数量扩张中发挥主要作用;它们的非同义突变和同义突变的比值(Ka/Ks)均小于1,提示这些基因对在进化中经历了纯化选择或负选择作用。根据蛋白质氨基酸序列与保守结构基序,Ft VQ蛋白归类于5个亚家族,亚家族内基因结构和蛋白质基序相对保守。(3)启动子顺式元件预测表明,所有苦荞VQ基因启动子中均含有BIHD1OS、CGTCA、ERELEA4、W-box和类W-box等病原响应元件及SA、JA、ET激素信号反应元件,尤其在Ft VQ10、Ft VQ14、Ft VQ15、Ft VQ22、Ft VQ23、Ft VQ27的启动子区域密集程度更高。(4)qPCR分析显示,在可检测表达的20个苦荞VQ基因中,经***侵染有11个VQ基因为差异表达基因,其中8个基因表现为上调,以Ft VQ10、Ft VQ14、Ft VQ22和Ft VQ27上调程度最为显著,另外3个表达被抑制的基因分别是Ft VQ3、Ft VQ9和Ft VQ16;在***接种后,13个差异表达苦荞VQ基因中有11个表达上调,以Ft VQ10诱导程度最高,在处理后12 h的表达量上升了275.3倍,另外2个表达下调的基因分别是Ft VQ39和Ft VQ16;有15个苦荞VQ基因响应SA处理,其中10个基因差异表达的趋势为上调,Ft VQ10受到诱导的程度最为显著,24 h表达量达533.7倍;在Me JA处理下,13个苦荞VQ基因的表达水平上调且大都表现为稳定或持续诱导,基因Ft VQ2的表达在Me JA的影响下被显著抑制;有13个苦荞VQ基因响应ETH处理,其中12个基因的表达为上调,仅Ft VQ17的表达水平表现为持续显著下调。表达分析结果表明,大部分的苦荞VQ基因响应两种叶斑病原侵染和三种抗病相关激素处理,且多数差异表达趋势表现为上调。

关键词：苦荞 VQ基因家族互格链格孢叶斑病木樨黑孢霉叶斑病防御相关激素表达分析

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苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定及其在叶斑病原与激素处理下的表达谱分析

苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定及其在叶斑病原与激素处理下的表达...

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中国植物病理学会2021年学术年会

VQ基因家族在植物生长、发育以及对生物或非生物胁迫反应中发挥重要功能。本文基于VQ保守结构域的隐马尔可夫文件（PF05678）,采用HMMER 3.0对苦荞平苦一号基因组数据库进行比对搜索,鉴定VQ基因;通过DNAMAN、MapInspect、MEGA、MEME、Or... 详细信息

VQ基因家族在植物生长、发育以及对生物或非生物胁迫反应中发挥重要功能。本文基于VQ保守结构域的隐马尔可夫文件（PF05678）,采用HMMER 3.0对苦荞平苦一号基因组数据库进行比对搜索,鉴定VQ基因;通过DNAMAN、MapInspect、MEGA、MEME、OrthoFinder、PLACE等生物信息学工具分析基因结构、染色体分布、启动子顺式元件、蛋白质理化性质、蛋白质保守基序、蛋白质亚细胞定位和蛋白质系统进化关系;采用实时荧光定量PCR（qPCR）,分析苦荞叶VQ基因在病原侵染或水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、乙烯（ET）处理下的表达模式。结果表明,苦荞基因组中有28个VQ基因,大小为566～1 454 bp,均无内含子,不均一地分布在8条染色体上。根据它们在染色体上的物理位置,命名为FtVQ1-FtVQ28。亚细胞定位预测表明,21个FtVQ蛋白定位在细胞核中,其余定位在叶绿体或细胞质中。根据蛋白质氨基酸序列与保守结构基序,FtVQ蛋白归类于5个亚家族,亚家族内基因结构和蛋白质基序相对保守。基因重复分析表明,苦荞基因组中有8对VQ旁系同源基因,均为大片段重复基因,提示大片段基因重复在FtVQ基因家族数量扩张中发挥主要作用;它们的非同义突变和同义突变的比值（Ka/Ks）均小于1,表明重复基因在进化中经历了纯化选择。启动子顺式元件预测表明,所有FtVQ基因启动子含有BIHD1OS、CGTCA、ERELEA4、W-box和类W-box等病原或SA、JA、ET反应元件,尤其在FtVQ10、14、15、22、23、27的启动子区域密集程度更高。qPCR分析显示,在可检测的20个FtVQ基因中,有55%～70%的基因为病原或激素处理下的差异表达基因（DEGs）,其中72.7%～85.7%的DEGs的表达显著上调。上述发现表明,部分VQ基因可能通过SA、JA/ET信号途径参与了苦荞对叶斑病原的抗性反应。

关键词：苦荞(Fagopyrum tataricum) VQ基因家族互格链格孢叶斑病黑孢霉叶斑病防御相关激素表达谱

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