陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

·1363·陆地棉H +-PPase 基因家族全基因组鉴定及表达分析朱心慧1，王冬梅1，曹孜怡1，冯群1，鲍晴2，汪保华1，方辉1*（1南通大学生命科学学院，江苏南通226019；2南通中学，江苏南通226001）摘要：【目的】鉴定陆地棉跨膜质子泵焦磷酸酶（H +-PPase ）基因家族成员，并分析其表达模式，为探究该家族基因的功能和调控机制及优质纤维棉育种提供理论依据。

【方法】从Pfam 数据库获取H +-PPase 基因家族（PF03030）的隐马尔可夫模型文件，从陆地棉基因组中筛选包含H +-PPase 家族保守结构域的成员，运用生物信息学方法对其理化性质、进化关系、基因定位、共线性关系、基因结构、顺式作用元件和表达模式进行分析，并利用实时荧光定量PCR 检测10个在棉纤维发育中表达的侯选基因表达情况。

【结果】从陆地棉全基因组水平上鉴定出20个H +-PPase 基因家族成员（GhH_PPase1~GhH_PPase20），分布在12条染色体上，基因长度为2531~11810bp ，编码的氨基酸残基数为575~803个，蛋白分子量为60087.76~85197.58Da ，均为疏水性的酸性蛋白，可分为亚族Ⅰ（4个）、亚族Ⅳ（4个）和亚族Ⅴ（12个）三大分支。

片段复制事件是陆地棉H +-PPase 基因家族扩张的主要驱动力，位于染色体A05和D05上的H_PPase1、H_PPase2、H_PPase11和H_PPase12可能是进化过程中种间传播的主要基因，且陆地棉基因与单双子叶植物的共线性均较低，可能经历了独立的进化事件。

有14个GhH_PPases 蛋白含有10个保守基序，且排列顺序完全相同；其余6个基因的保守基序差异较明显，可能具有不同的功能。

20个GhH_PPases 基因启动子区域存在大量光响应元件、胁迫响应元件和激素反应元件。

陆地棉H +-PPase 基因家族成员的表达具有时空特异性，且相对于其他亚家族，亚族Ⅴ的较多基因在棉花纤维发育过程中发挥更重要的作用。

陆地棉NCS 1基因家族的全基因组成员鉴定及分析季美君;曹孜怡;王翌婷;陆静茹;汪保华【期刊名称】《浙江农业学报》【年(卷),期】2023(35)2【摘要】核碱基阳离子转运蛋白-1(NCS 1)家族是一个次级活性转运蛋白家族,由细菌、古菌、真菌和植物等2500多个序列成员组成。

在其他研究中发现,该蛋白与溶质特异性转运相关,进而影响植物的生长发育,本研究拟通过分析揭示核碱基阳离子转运蛋白在棉花生长发育中的作用。

通过全基因组序列分析鉴定陆地棉NCS 1基因家族成员;在此基础上,对这些基因进行定位、结构分析、进化发育分析,并开展启动子顺式作用元件鉴定的系统研究。

本研究在全基因组水平一共鉴定出4个陆地棉NCS 1基因,染色体定位发现,这些基因分布在A09和D09两条染色体上,motif结果显示所有NCS1蛋白质中都有NCS 1结构域的存在,基因结构分析发现,外显子、内含子结构和长度在亚组表现一致。

棉花、拟南芥、水稻、玉米等物种的系统发育分析比较表明,该基因家族在物种进化过程中出现了明显的分化。

启动子序列分析则表明,该基因家族中存在有大量与脱落酸、赤霉素反应相关的顺式作用元件。

取开花后17和21 d的棉花纤维开展qRT-PCR验证实验,结果表明,NCS 1基因家族成员在纤维发育过程中具有显著的调节作用。

本研究是首次在陆地棉中对NCS 1家族进行全基因组的鉴定分析,为进一步探索核碱基阳离子转运蛋白对棉花生长发育的影响提供理论基础。

【总页数】10页(P249-258)【作者】季美君;曹孜怡;王翌婷;陆静茹;汪保华【作者单位】南通大学生命科学学院【正文语种】中文【中图分类】S562【相关文献】1.陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析2.陆地棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定与功能分析3.陆地棉SPL基因家族的全基因组鉴定及表达分析4.陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析5.陆地棉Nudix基因家族的全基因组鉴定及表达分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

山西农业科学 2023，51（9）：961-973Journal of Shanxi Agricultural Sciences棉花PAL 基因家族的全基因组鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析王梓钰，古丽斯坦·赛米，刘隋赟昊，黄耿青，张经博，郭彦君（新疆师范大学 生命科学学院/新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室，新疆 乌鲁木齐 830054）摘要：苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase ，PAL ）是苯丙烷代谢的关键酶和限速酶，在植物的生长发育、抗病虫害和抗逆等方面发挥着重要作用。

研究在全基因组水平上对棉花PAL 基因家族进行了鉴定和分析，以了解棉花中PAL 的功能，为后续深入研究棉花PAL 功能提供一定参考。

结果表明，在陆地棉（Gossypium hir⁃sutum ）、海岛棉（Gossypium barbadense ）、草棉（Gossypium herbaceum ）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii ）中分别鉴定出15、13、7、8个PAL 基因。

进化分析结果显示，棉花PAL 基因家族可分为3个亚组。

保守基序和基因结构分析显示，亲缘关系近的PAL 基因之间的保守基序组成和基因结构也十分相似。

启动子分析显示，GhPAL 基因的启动子上存在多个与非生物和生物胁迫应答以及激素信号转导相关的顺式作用元件。

组织表达模式分析表明，GhPAL 基因主要在根、茎、花丝和胚珠中高表达。

转录组和qPCR 分析显示，部分GhPAL 基因的表达量在PEG 、盐、高温、低温和碱胁迫下显著提高，其中一些GhPAL 基因能够对多种非生物胁迫作出响应。

生物胁迫转录组数据显示，GhPAL1/GhPAL5/GhPAL13的表达在大丽轮枝菌处理条件下发生显著上调。

GhPAL 基因在逆境胁迫下的表达分析结果说明，PAL 基因可能在棉花应答逆境胁迫的过程中发挥一定的功能。

2023-11-01•研究背景和意义•陆地棉早熟性状的全基因组遗传分析•候选基因的鉴定与功能分析•陆地棉早熟性状的分子标记与育种应用•研究结论与展望目录01研究背景和意义陆地棉早熟性的重要性早熟性是棉花生长的重要农艺性状之一，与产量、品质、种植季节和经济效益等密切相关。

早熟棉花品种能够提早收获，错开农忙季节，提高棉花的整体产量和品质。

陆地棉作为全球最重要的棉花种类之一，其产量和品质对全球经济有着重要影响。

早熟性状与产量的关系早熟性与产量之间存在一定的正相关关系，但并非简单的线性关系。

在一定范围内，随着播种期提前，棉花生育期缩短，单铃重和衣分等产量性状会降低，但单位面积铃数会增多，从而在一定程度上提高产量。

然而，过度追求早熟性可能导致棉花无法充分利用生长期间的光热资源，进而影响产量和品质。

本研究还能够为棉花抗虫、抗病等性状的遗传分析和品种改良提供借鉴，提高棉花的整体生产效益。

研究目的和意义本研究旨在通过对陆地棉早熟性状的全基因组遗传分析，挖掘与早熟性状相关的候选基因，为棉花早熟育种提供理论依据和实践指导。

通过研究陆地棉早熟性的遗传机制，有助于揭示棉花生长和发育的分子机制，为其他作物类似性状的研究提供参考。

02陆地棉早熟性状的全基因组遗传分析通过新一代测序技术，对陆地棉基因组进行高深度测序，获得基因组的序列数据。

基因注释根据已知基因信息，对陆地棉基因组进行功能注释，识别和分类基因家族、重复序列等。

基因组测序基因组测序与注释VS基因组变异分析变异检测通过比对不同品种或个体间的基因组序列，检测出单核苷酸变异、插入、缺失等变异类型。

变异分布与频率分析变异的分布情况及在群体中的频率，找出多态性变异及特异性变异。

遗传关联研究QTL定位利用表型数据和基因型数据，通过QTL（数量性状位点）定位方法，识别与早熟性状相关的QTL位点。

关联分析通过关联分析方法，发现与早熟性状紧密关联的基因或变异，揭示其遗传基础和分子机制。

山西农业科学 2023，51（9）：983-995Journal of Shanxi Agricultural Sciences陆地棉PUP家族基因的鉴定及表达分析陈云，赵博雅，刘颖，王铭瑶，孟婷（湖北师范大学生命科学学院，湖北黄石 435002）摘要：为了有助于开展陆地棉PUP家族基因的生物学功能研究，也为后续陆地棉PUP基因在抗逆中功能的研究提供候选基因，利用生物信息学从陆地棉中鉴定PUP基因，并对PUP基因结构、保守结构域、顺式作用元件以及在胁迫条件下的表达等进行分析。

结果表明，从陆地棉（TM-1）中共鉴定出31个PUP基因，依据进化分析结果，将这些基因分为3个亚支。

染色体定位及基因复制事件分析结果表明，31个GhPUP家族基因分布在19条染色体上，且所有的PUP基因都由基因复制事件产生，复制类型为片段重复；基因结构的分析结果显示，陆地棉PUP基因大多数只有1个内含子，少数有2个或3个内含子，也有少数基因没有内含子；保守结构域分析表明，不同亚支上的PUP蛋白既有共同性也有特异性。

顺式作用元件分析结果显示，GhPUPs基因启动子区域共有18个元件，这些元件分属于激素应答、胁迫/物理应答以及植物生长发育相关元件3类。

同时，结合进化分析和转录组数据，筛选出了参与陆地棉胁迫应答的PUP基因。

关键词：陆地棉；PUP家族基因；细胞分裂素；胁迫应答中图分类号：S562 文献标识码：A 文章编号：1002‒2481（2023）09‒0983‒13Identification and Expression Analysis of PUP Family Gene in Gossypium hirsutum CHEN Yun，ZHAO Boya，LIU Ying，WANG Mingyao，MENG Ting（School of Life Science，Hubei Normal University，Huangshi 435002，China）Abstract：In order to facilitate studies on biological function of PUP family genes in Gossypium hirsutum, and provide candidate genes for subsequent studies on the function of PUP genes in stress resistance, in this study, 31 PUP genes were identified in Gossypium hirsutum(TM-1) genome using bioinformatics, and could be classified into 3 subfamilies according to polygenetic analysis. The results of chromosome location and gene replication analysis showed that 31 GhPUP genes were distributed on 19 chromosomes, and all PUP genes were generated by gene replication events, and the duplication type was fragment duplication. Gene structure analysis indicated that most PUP genes had only one intron, a few had two or three introns, and a few had no introns. Conserved domain analysis showed that both commonality and specificity existed between PUP proteins in different subfamilies. Cis-acting elements analysis showed that there were 18 elements in the GhPUP genes promoter region, which were classified into three categories: hormone response, stress/physical response, and plant growth and development related elements. At the same time, combined with evolutionary analysis and transcriptome data, PUP genes involved in stress response in Gossypium hirsutum were screened.Key words：Gossypium hirsutum; PUP family gene; cytokinins; stress response细胞分裂素（Cytokinin，CK）是一种重要的植物激素，它在植物的生长和发育过程中有着至关重要的作用，能够促进细胞的分裂与分化[1-2]，控制芽的平衡和营养的转导信号，提高作物产量[3]，形成顶端优势[4-5]，延迟衰老[6-7]以及对生物和非生物胁迫的响应[8-10]等。

棉花COL家族基因的鉴定、表达与进化分析棉花是全球性的重要经济作物之一,植物学分类属于被子植物门(Angiospermae)、双子叶植物纲(Dicotyledoneae)、锦葵目(Malvales)、锦葵科(Malvaceae)、棉族(Gossypieae)、棉属(Gossypium)。

棉属共50个种,包括45个二倍体及5个四倍体种。

四倍体棉种包括3个野生棉,即毛棉、黄褐棉及达尔文氏棉,此外陆地棉和海岛棉是目前世界上栽培面积最广的两个栽培种。

栽培种由野生种驯化而成,由于长期栽培、驯化及选择作用,野生棉伴随着对光周期敏感的多年生短日照生长习性转变为光周期不敏感的一年生生长习性。

发掘棉花光周期相关基因,研究光周期开花途径的作用机制,对于棉花适应多样性的环境及种植面积的扩展十分有益。

CO(CONSTANS)及COL(CONSTANS-LIKE)基因是调控植物光周期开花的一个重要转录因子。

CO受上游生物钟相关基因(GIGANTEA)G1的影响,并激活下游的成花素FT(FLOWERING LOCUST)的表达.对于特定基因或位点的选择作用,会导致栽培种群体内核酸多样性水平降低、基因频率的降低或升高而偏离中性期望及连锁不平衡的增加。

目前水稻中已经证明COL基因是选择的靶标基因。

鉴于COL家族基因在光周期开花途径中的保守功能,棉花中COL家族基因信息的局限性以及驯化选择中作用未知。

本研究根据拟南芥、水稻的COL家族基因信息从全基因组水平分离棉花的COL家族基因,对其进行分类、结构特征、定位、组织表达、昼夜节律表达及分子进化等系统分析,主要研究结果如下:1.利用比较基因组学,根据拟南芥、水稻的COL家族基因信息,比较雷蒙德氏棉数据库,鉴定了23个棉花COL家族基因。

根据系统进化分析,该家族基因分为3类,其中Ⅰ类基因包括COL1-8,均含有两个外显子和一个内含子。

AA分析显示有2个B-box及1个CCT结构域(COL8除外);Ⅱ类基因包括COL9-11,也包含两个外显子和一个内含子,有1个B-box及1个CCT结构域;Ⅲ类基因包括COL12-23,该类基因包含一个完整的B-box,一个分化的锌指结构及一个CCT结构域。