濱海適生植物草海桐PG家族的鑒定和脅迫響應研究

濱海適生植物草海桐PG家族的鑒定和脅迫響應研究目錄1. 前言和綜述 摘要：多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）是植物中催化細胞壁果膠主要成分多聚半乳糖醛酸酶降解的水解酶，其在脅迫反應、細胞粘附、器官脫落等多種植物耐受逆境脅迫和發(fā)育過程中起著重要作用。熱帶濱海植物草海桐（Scaevolataccada）對高鹽、干旱、高溫等環(huán)境有極強適應性，在海島和海岸帶防風固沙及植被生態(tài)恢復等方面具有重要的生態(tài)價值。目前國內(nèi)外對草海桐的抗逆適應機制研究非常匱乏，這限制了該物種的開發(fā)利用。已有研究表明PG參與植物抗逆，但PG在草海桐脅迫耐受中的作用未知。因此，本研究對草海桐的PG基因家族進行了系統(tǒng)、全面的鑒定和分析。系統(tǒng)發(fā)育分析將鑒定出的40個StPG分為GroupA~E七組，順式作用元件分析表明每個PG基因的啟動子區(qū)域都含有與非生物脅迫反應和激素反應相關的順式作用元件。此外，根據(jù)轉(zhuǎn)錄組分析結果，GroupE的大多數(shù)成員不僅在花、果和葉三種組織中都有較高表達，且在鹽霧脅迫下表達水平發(fā)生顯著變化，該分支的成員可能在草海桐響應鹽霧脅迫過程中發(fā)揮重要作用。進一步選取StPG1、StPG16、StPG26、StPG28和StPG37以驗證其在不同非生物脅迫下隨時間的表達動態(tài)，結果表明PG基因在響應不同的非生物脅迫時的表達模式不同，其中StPG28對于鹽脅迫和干旱脅迫出現(xiàn)極顯著高調(diào)，StPG37在高溫脅迫下顯著高調(diào)。說明StPG28和StPG37可能分別是草海桐PG家族中響應鹽脅迫與干旱脅迫和高溫脅迫的關鍵成員。本研究系統(tǒng)地分析了StPG基因家族的系統(tǒng)發(fā)育和脅迫響應表達特征，為進一步研究PG基因家族在植物抗逆中的功能提供了理論支撐，同時為更好的利用草海桐的基因資源奠定研究基礎。關鍵詞:草海桐；多聚半乳糖醛酸酶；基因家族；基因表達；脅迫耐受

前言和綜述1.1濱海植物草海桐具有重要的生態(tài)價值草海桐（Scaevolataccada）是草海桐科（Goodeniaceae）的多年生常綠灌木或小喬木，常在沙質(zhì)海岸帶的灘涂前沿叢生，是熱帶海島天然植被中的主要建種群，表現(xiàn)出對干旱、鹽堿、貧瘠等環(huán)境的良好適應性，是海岸帶防風固沙優(yōu)勢樹種（圖1）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郭艷</Author><Year>2016</Year><RecNum>221</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>221</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1704442860">221</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>郭艷</author><author>夏快飛</author><author>張美</author><author>陳建通</author></authors></contributors><auth-address>中國科學院華南植物園;中國科學院大學;</auth-address><titles><title>濱海適生植物草海桐Actin基因片段的克隆及序列分析%J生物技術世界</title></titles><pages>39-40</pages><number>05</number><keywords><keyword>草海桐</keyword><keyword>Actin基因</keyword><keyword>克隆</keyword><keyword>序列分析</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=RyaFSLOYMk7RPg7P0hW7-QmL2H32RiHnXuPVCl6Pk55eaiHuU0QS08sDjBCA6dm2CT5kUGwRHdu6FNlR3nc2unaKYmQq4vhonaELSsSgvzi65KWCQTsI9PVGOJFlI4fd3G0hsn4PxirBfxPJjboRDw==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。目前國內(nèi)外關于草海桐屬植物的報道很少，國內(nèi)外參考文獻僅70余篇，過去對于草海桐的研究主要集中在形態(tài)與生物學特性，次生代謝物與潛在藥用價值和草海桐屬植物的系統(tǒng)進化分析等方面，對于草海桐的抗逆生物學特性也已有一些研究，如王瑾在光合作用及混交種植研究中發(fā)現(xiàn)強光和高溫有利于草海桐生長，可以用來構建混交海防林ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王瑾</Author><Year>2015</Year><RecNum>219</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>219</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1704442699">219</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王瑾</author></authors><tertiary-authors><author>劉強%J,海南師范大學</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>海南島海岸鄉(xiāng)土樹種紅厚殼、草海桐的育苗和在海防林下混交種植的研究</title></titles><keywords><keyword>紅厚殼</keyword><keyword>草海桐</keyword><keyword>育苗</keyword><keyword>混交海防林</keyword><keyword>生長狀況</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><work-type>碩士</work-type><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=RyaFSLOYMk5XXHQ7OKh_p-JB2FymFgBWMWKfqpNWSdswuAui2aIsr0UlnpWmIdw0LNxtOkVIaLKjE2Zx52oht_gHmSXp_LRvlNtiRzUWsNkT0jseMoqSgdLiBdHHJlw17-KZlFxd505hUfhq6yDYjg==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]；徐貝貝等對草海桐的抗逆性生物學特性進行了研究，其結果顯示草海桐具有較強的耐旱性，可作為濱海砂地恢復物種進行開發(fā)利用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>徐貝貝</Author><Year>2018</Year><RecNum>226</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>226</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1705583660">226</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>徐貝貝</author><author>劉楠</author><author>任海</author><author>王馨慧</author><author>劉念</author><author>簡曙光</author></authors></contributors><auth-address>廣東省應用植物學重點實驗室中國科學院華南植物園;仲愷農(nóng)業(yè)工程學院;中國科學院大學;</auth-address><titles><title>西沙群島草海桐的抗逆生物學特性%J廣西植物</title></titles><pages>1277-1285</pages><volume>38</volume><number>10</number><keywords><keyword>草海桐</keyword><keyword>形態(tài)解剖特征</keyword><keyword>抗逆性</keyword><keyword>營養(yǎng)元素</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1000-3142</isbn><urls><related-urls><url>/urlid/45.1134.Q.20180313.1111.010</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]；Alpha等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Alpha</Author><Year>1996</Year><RecNum>228</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>228</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1705588808">228</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Alpha,ChristopherG</author><author>Drake,DonaldR</author><author>Goldstein,Guillermo%JAmericanjournalofbotany</author></authors></contributors><titles><title>MorphologicalandphysiologicalresponsesofScaevolasericea(Goodeniaceae)seedlingstosaltsprayandsubstratesalinity</title></titles><pages>86-92</pages><volume>83</volume><number>1</number><dates><year>1996</year></dates><isbn>0002-9122</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]和Goldstein等ADDINEN.CITE<EndNote><CiteExcludeYear="1"><Author>Goldstein</Author><RecNum>243</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>243</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1710509081">243</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Goldstein,G.</author><author>Drake,D.R.</author><author>Alpha,C.</author><author>Melcher,P.</author><author>Heraux,J.</author><author>Azocar,A.</author></authors></contributors><titles><title>GrowthandPhotosyntheticResponsesofScaevolasericea,AHawaiianCoastalShrub,toSubstrateSalinityandSaltSpray</title><secondary-title>InternationalJournalofPlantSciences</secondary-title><alt-title>InternationalJournalofPlantSciences</alt-title></titles><periodical><full-title>InternationalJournalofPlantSciences</full-title><abbr-1>InternationalJournalofPlantSciences</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>InternationalJournalofPlantSciences</full-title><abbr-1>InternationalJournalofPlantSciences</abbr-1></alt-periodical><pages>171-179</pages><volume>157</volume><number>2</number><dates><pub-dates><date>1996/3//</date></pub-dates></dates><isbn>1058-5893</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1086/297336</electronic-resource-num><remote-database-name>Crossref</remote-database-name><access-date>2024/3/15/</access-date></record></Cite></EndNote>[5]在基質(zhì)鹽濃度和鹽霧對草海桐幼苗生長影響的研究中發(fā)現(xiàn)，草海桐是較典型的鹽生植物，在一定的鹽濃度范圍內(nèi)，保持著較高的生長速率；鹽霧的影響在基質(zhì)鹽脅迫時作用不明顯，但二者的交互作用對草海桐幼苗生長的影響顯著；隨著基質(zhì)鹽濃度和鹽霧濃度的增加，葉片細胞液滲透壓逐漸增加，水分利用效率提高，但未對光合作用產(chǎn)生顯著影響，表明了草海桐具有很強的抗逆能力；草海桐葉片肉質(zhì)化明顯，海綿組織較柵欄組織發(fā)達，液泡大而充滿整個細胞，因此可大量儲存水分，以適應熱帶島嶼上高溫導致的生理性缺水；葉片上表皮基本沒有氣孔存在，僅下表皮有氣孔，導管直徑大，其氣孔結構、氣孔分布和導管結構與沙漠耐旱植物更接近而不是與普通熱帶植物接近ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[3,6]。這些抗逆生物學特性部分回答了草海桐能很好地適應熱帶島嶼高鹽、干旱和高溫等自然環(huán)境條件的潛在機制，但關于草海桐的抗逆分子機制少有研究。草海桐的脅迫耐受分子機制研究滯后與其在生態(tài)修復等方面具有的生態(tài)價值完全不成正比，這限制了該物種的開發(fā)利用。圖1-1草海桐花（A）、果（B）及全株（C）1.2多聚半乳糖醛酸酶在植物抗逆中發(fā)揮重要作用高等植物的細胞壁作為感知外界刺激的細胞組分之一和植物抵御脅迫的第一道防線，在抵御外界脅迫中起著重要作用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Malinovsky</Author><Year>2014</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690352970">109</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Malinovsky,F.G.</author><author>Fangel,J.U.</author><author>Willats,W.G.</author></authors></contributors><auth-address>DNRFCenterDynaMoandCopenhagenPlantScienceCenter,DepartmentofPlantandEnvironmentalSciences,FacultyofScience,UniversityofCopenhagenCopenhagen,Denmark. DepartmentofPlantandEnvironmentalSciences,FacultyofScience,UniversityofCopenhagenCopenhagen,Denmark.</auth-address><titles><title>Theroleofthecellwallinplantimmunity</title><secondary-title>FrontPlantSci</secondary-title><alt-title>Frontiersinplantscience</alt-title></titles><periodical><full-title>FrontPlantSci</full-title><abbr-1>Frontiersinplantscience</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>FrontPlantSci</full-title><abbr-1>Frontiersinplantscience</abbr-1></alt-periodical><pages>178</pages><volume>5</volume><edition>2014/05/17</edition><keywords><keyword>Damp</keyword><keyword>Pamp</keyword><keyword>Pti</keyword><keyword>callose</keyword><keyword>chitin</keyword><keyword>defense</keyword><keyword>immunity</keyword><keyword>plantcellwall</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><isbn>1664-462X(Print) 1664-462x</isbn><accession-num>24834069</accession-num><urls></urls><custom2>PMC4018530</custom2><electronic-resource-num>10.3389/fpls.2014.00178</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[7]。果膠主要由α-1，4糖苷鍵連接的半乳糖醛酸（GalA）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Caffall</Author><Year>2009</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690442774">136</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Caffall,K.H.</author><author>Mohnen,D.</author></authors></contributors><auth-address>UniversityofGeorgia,DepartmentofBiochemistryandMolecularBiologyandComplexCarbohydrateResearchCenter,Athens,30602,UnitedStates.</auth-address><titles><title>Thestructure,function,andbiosynthesisofplantcellwallpecticpolysaccharides</title><secondary-title>CarbohydrRes</secondary-title><alt-title>Carbohydrateresearch</alt-title></titles><periodical><full-title>CarbohydrRes</full-title><abbr-1>Carbohydrateresearch</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>CarbohydrRes</full-title><abbr-1>Carbohydrateresearch</abbr-1></alt-periodical><pages>1879-900</pages><volume>344</volume><number>14</number><edition>2009/07/21</edition><keywords><keyword>CellWall/chemistry/metabolism</keyword><keyword>Pectins/*biosynthesis/*chemistry</keyword><keyword>Plants/*metabolism</keyword><keyword>Polysaccharides/chemistry</keyword></keywords><dates><year>2009</year><pub-dates><date>Sep28</date></pub-dates></dates><isbn>0008-6215</isbn><accession-num>19616198</accession-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.carres.2009.05.021</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[8]組成，其是細胞壁的主要成分。在整個細胞分離過程中，細胞壁內(nèi)的果膠網(wǎng)絡會發(fā)生顯著的形狀變化和發(fā)育調(diào)節(jié)，因此果膠代謝在各種發(fā)育過程中不可或缺ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[9]。多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG，EC5）是負責果膠降解的最大水解酶家族之一，在分解細胞壁結構方面發(fā)揮著核心作用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[10,11]。根據(jù)催化過程，PG可分為內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切多聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）和鼠李糖半乳糖苷酶（oligo-PG）ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12-14]。植物PG基因的鑒定和功能分析顯示，它們參與了植物發(fā)育過程中的許多細胞分離事件，包括果實成熟、器官脫落等過程ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[15,16]。值得注意的是，PG基因還與植物對外部環(huán)境刺激的反應（如細胞粘附和脅迫反應）密切相關。例如，在轉(zhuǎn)基因蘋果中過量表達PG基因會導致葉片形態(tài)異常和葉片過早脫落，原因是葉片脫落區(qū)的細胞粘附力顯著降低，導致結構完整性喪失ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[13]。在水稻中，OsBURP16編碼一種PG的前體，其過表達會導致果膠含量和細胞粘附性降低，影響細胞壁的完整性，同時提高對寒冷、鹽度和干旱等非生物脅迫的敏感性ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Li</Author><Year>2014</Year><RecNum>62</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>62</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690339808">62</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Li,J.F.</author><author>Zhang,D.</author><author>Sheen,J.</author></authors></contributors><auth-address>1]DepartmentofMolecularBiologyandCenterforComputationalandIntegrativeBiology,MassachusettsGeneralHospital,Boston,Massachusetts,USA.[2]DepartmentofGenetics,HarvardMedicalSchool,Boston,Massachusetts,USA.</auth-address><titles><title>Epitope-taggedprotein-basedartificialmiRNAscreensforoptimizedgenesilencinginplants</title><secondary-title>NatProtoc</secondary-title><alt-title>Natureprotocols</alt-title></titles><periodical><full-title>NatProtoc</full-title><abbr-1>Natureprotocols</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>NatProtoc</full-title><abbr-1>Natureprotocols</abbr-1></alt-periodical><pages>939-49</pages><volume>9</volume><number>4</number><edition>2014/03/29</edition><keywords><keyword>Arabidopsis/genetics</keyword><keyword>Epitopes/*genetics</keyword><keyword>*GeneSilencing</keyword><keyword>*GeneticTechniques</keyword><keyword>Immunoblotting</keyword><keyword>*MicroRNAs</keyword><keyword>PlantProteins/genetics/immunology</keyword><keyword>Plants/*genetics</keyword><keyword>Protoplasts</keyword></keywords><dates><year>2014</year><pub-dates><date>Apr</date></pub-dates></dates><isbn>1754-2189(Print) 1750-2799</isbn><accession-num>24675734</accession-num><urls></urls><custom2>PMC4208271</custom2><custom6>NIHMS635493interests.</custom6><electronic-resource-num>10.1038/nprot.2014.061</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[17]。另一項研究表明，在水稻中負責編碼細胞壁定位PG的PSL1基因發(fā)生突變，大大改變了突變體的細胞壁組成，通過減少滲透脅迫和干旱條件下的水分損失，增強了抗旱性ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[18]。這些研究共同強調(diào)了PG在植物抗逆過程中發(fā)揮重要作用。PG基因家族屬于糖基水解酶28號家族（GH28），其特征是PG蛋白至少含有一個GH28結構域（Pfam00295）ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[19-21]。值得注意的是，據(jù)報道，在擬南芥（Arabidopsisthaliana，At）中，At4G20050蛋白缺乏GH28結構域，但卻具有PG活性ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[22]。植物PG蛋白有四個保守氨基酸結構域，表示為結構域I-IV。據(jù)推測，結構域I和II參與催化反應，其保守氨基酸序列分別為“SPNTDGIH”和“GDDC”。結構域III由“CGPGHG”組成，其中的組氨酸殘基（H）被認為參與了催化反應。同時，結構域IV的氨基酸序列“RIK”可能參與了與底物的羧基端離子互作。因此，這四個保守結構域是PG活性所必需的，但結構域III的保守性不嚴格ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[21,23-25]。根據(jù)不同的分類標準，不同研究者將PG劃分為不同的分支，Park等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Park</Author><Year>2010</Year><RecNum>193</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[26]</style></DisplayText><record><rec-number>193</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1691892841">193</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Park,Kyong-Cheul</author><author>Kwon,Soon-Jae</author><author>Kim,Nam-Soo</author></authors></contributors><titles><title>Intronlossmediatedstructuraldynamicsandfunctionaldifferentiationofthepolygalacturonasegenefamilyinlandplants</title><secondary-title>Genes&Genomics</secondary-title></titles><periodical><full-title>Genes&Genomics</full-title></periodical><pages>570-577</pages><volume>32</volume><number>6</number><dates><year>2010</year><pub-dates><date>2010/12/01</date></pub-dates></dates><isbn>1976-9571</isbn><urls><related-urls><url>/10.1007/s13258-010-0076-8</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/s13258-010-0076-8</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[26]通過進化樹和基因結構將擬南芥中的PG劃分為六個分支（CladeA到F），而楊樹中的PG則被劃分為A、B和C三類ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[27]，Yu等則將黃瓜和西瓜中的PG劃分為A~G七類ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[28]。Park等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Park</Author><Year>2008</Year><RecNum>75</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[24]</style></DisplayText><record><rec-number>75</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690340616">75</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Park,K.C.</author><author>Kwon,S.J.</author><author>Kim,P.H.</author><author>Bureau,T.</author><author>Kim,N.S.</author></authors></contributors><auth-address>DepartmentofBiology,McGillUniversity,Montreal,QCH3A1B1,Canada.</auth-address><titles><title>Genestructuredynamicsanddivergenceofthepolygalacturonasegenefamilyofplantsandfungus</title><secondary-title>Genome</secondary-title><alt-title>Genome</alt-title></titles><periodical><full-title>Genome</full-title><abbr-1>Genome</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>Genome</full-title><abbr-1>Genome</abbr-1></alt-periodical><pages>30-40</pages><volume>51</volume><number>1</number><edition>2008/03/22</edition><keywords><keyword>AminoAcidSequence</keyword><keyword>Aspergillusoryzae/genetics</keyword><keyword>ConsensusSequence</keyword><keyword>Fungi/enzymology</keyword><keyword>*Genes,Fungal</keyword><keyword>*Genes,Plant</keyword><keyword>GeneticVariation</keyword><keyword>Genomics</keyword><keyword>Introns</keyword><keyword>MolecularSequenceData</keyword><keyword>*MultigeneFamily</keyword><keyword>Oryza/genetics</keyword><keyword>Phylogeny</keyword><keyword>Plants/enzymology</keyword><keyword>Polygalacturonase/chemistry/classification/*genetics</keyword><keyword>SequenceAlignment</keyword></keywords><dates><year>2008</year><pub-dates><date>Jan</date></pub-dates></dates><isbn>0831-2796(Print) 0831-2796</isbn><accession-num>18356937</accession-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.1139/g07-093</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[24]認為分支A和分支B含有所有陸生植物的PG，分支E包含從藻類到開花植物的PG，而分支C、D和F則只含有開花植物的PG，其成員可能對開花植物的特異性器官發(fā)育很重要。不同分支的PG可能具有獨特的生理功能。有研究提出，一組相關的PG往往在花和花蕾中表達，而在營養(yǎng)組織中表達的PG則屬于其他組ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[29]。這意味著PG的多樣化功能可能是差異表達的結果。這種表達分歧和/或亞功能化很可能有助于保留PG基因家族的新復制成員ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Prince</Author><Year>2002</Year><RecNum>223</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[30]</style></DisplayText><record><rec-number>223</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1704444677">223</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Prince,V.E.</author><author>Pickett,F.B.</author></authors></contributors><auth-address>DepartmentofOrganismalBiologyandAnatomy,TheUniversityofChicago,1027East57thStreet,Chicago,Illinois60615,USA.vprince@</auth-address><titles><title>Splittingpairs:thedivergingfatesofduplicatedgenes</title><secondary-title>NatRevGenet</secondary-title><alt-title>Naturereviews.Genetics</alt-title></titles><periodical><full-title>NatRevGenet</full-title><abbr-1>Naturereviews.Genetics</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>NatRevGenet</full-title><abbr-1>Naturereviews.Genetics</abbr-1></alt-periodical><pages>827-37</pages><volume>3</volume><number>11</number><edition>2002/11/05</edition><keywords><keyword>Animals</keyword><keyword>*Evolution,Molecular</keyword><keyword>Forecasting</keyword><keyword>*GeneDuplication</keyword><keyword>Genes,Homeobox</keyword><keyword>Genomics/trends</keyword><keyword>Humans</keyword><keyword>Plants/genetics</keyword><keyword>Vertebrates/genetics</keyword></keywords><dates><year>2002</year><pub-dates><date>Nov</date></pub-dates></dates><isbn>1471-0056(Print) 1471-0056</isbn><accession-num>12415313</accession-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/nrg928</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[30]。1.3研究目的及意義草海桐為典型的濱海適生植物，其在多種逆境脅迫下仍可頑強生長，在海岸帶植被恢復和防風固沙等方面發(fā)揮重要作用。然而，有關其脅迫耐受的分子機制和相關基因的研究仍然很少。盡管PG基因在多種植物物種中被廣泛鑒定，而關于PG是否參與草海桐抗逆響應過程和PG在其中發(fā)揮的作用的研究仍未見報道。為了填補這一空白，首先對草海桐的PG基因家族進行了系統(tǒng)、全面的鑒定，對它們的進化關系、潛在的調(diào)控關系、基因結構、保守域和轉(zhuǎn)錄水平進行了徹底的分析。本研究在草海桐基因組中共鑒定出40個PG家族成員。不僅對草海桐與水稻、擬南芥和萵苣的PG進行了系統(tǒng)發(fā)育分析，還對StPG的基因結構、保守基序、共線性關系和順式作用元件進行了詳細分析。此外，還分析了不同組織和不同非生物脅迫下StPGs的表達水平。本研究將為未來研究其他作物中PG基因的生物學功能提供有用的信息，同時為豐富沿海防護林種植類型、保護熱帶島嶼植物資源等提供一定的理論支持。材料與方法草海桐基因組PG家族基因成員的鑒定使用何子文等人已經(jīng)公布的草海桐基因組序列數(shù)據(jù)和基因注釋信息文件ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[31]，采用兩種方法和四步分析法從草海桐基因組中鑒定PG基因。首先，以擬南芥68條PG蛋白序列為查詢序列ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[28]，使用TBtools的BLASTP命令ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[32]，E-value設置為1e-5，得到草海桐中PG基因家族候選序列。其次，基于擬南芥PG的保守結構域ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[33]，從Pfam數(shù)據(jù)庫中獲得PG蛋白保守序列的隱馬爾可夫模型GH28（PF00295）ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[34,35]，通過TBtools軟件的SimpleHMMSearch命令對獲得的所有PG基因家族候選基因進行驗證，進一步確定該基因家族成員。將上述兩種方法獲得的基因作為草海桐PG候選基因。然后上傳至NCBI（http://www．ncbi．nlm．nih．gov）對結構域進行進一步驗證ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[36]。除上述方法獲得的PG基因外，還包括At4g20050（AtQRT3），其雖然不含有PG蛋白的任何一個結構域，但是它已經(jīng)被證明為PG基因ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[22]。因此，At4g20050基因在草海桐基因組中的同源基因單獨用BLASTP搜索獲得。萵苣基因組數(shù)據(jù)從EnsemblPlants（/index.html）下載ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[37]，其PG基因家族成員的調(diào)取方法同上。2.2染色體定位和蛋白質(zhì)理化性質(zhì)分析根據(jù)基因組注釋數(shù)據(jù)，使用TBtools軟件的GeneLocationVisualizeformGTF/GFF命令確定并繪制StPG的染色體位置。根據(jù)基因定位，PG被命名為StPG1至StPG40。將鑒定到的PG蛋白質(zhì)序列提交至ExPASy（/）在線工具ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Duvaud</Author><Year>2021</Year><RecNum>261</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[38]</style></DisplayText><record><rec-number>261</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1711425030">261</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Duvaud,Séverine</author><author>Gabella,Chiara</author><author>Lisacek,Frédérique</author><author>Stockinger,Heinz</author><author>Ioannidis,Vassilios</author><author>Durinx,Christine</author></authors></contributors><titles><title>Expasy,theSwissBioinformaticsResourcePortal,asdesignedbyitsusers</title><secondary-title>NucleicAcidsResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>NucleicAcidsRes</full-title><abbr-1>Nucleicacidsresearch</abbr-1></periodical><pages>W216-W227</pages><volume>49</volume><number>W1</number><dates><year>2021</year></dates><isbn>0305-1048</isbn><urls><related-urls><url>/10.1093/nar/gkab225</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1093/nar/gkab225%JNucleicAcidsResearch</electronic-resource-num><access-date>3/26/2024</access-date></record></Cite></EndNote>[38]，對草海桐PG蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)進行預測。主要參數(shù)包括：氨基酸個數(shù)（aminoacids，aa）、理論等電點（theoreticalisoelectricpoint，PI）、蛋白質(zhì)的分子量（molecularweight，MW）、不穩(wěn)定系數(shù)（Instabilityindex）和親水性平均值（grandaverageofhydropathy，GRAVY）等。使用Cell-Ploc（/bioinf/Cell-PLoc-2/）預測PG蛋白質(zhì)的亞細胞定位ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Chou</Author><Year>2008</Year><RecNum>106</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[39]</style></DisplayText><record><rec-number>106</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690349923">106</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chou,K.C.</author><author>Shen,H.B.</author></authors></contributors><auth-address>GordonLifeScienceInstitute,13784TorreyDelMarDrive,SanDiego,California92130,USA.kcchou@</auth-address><titles><title>Cell-PLoc:apackageofWebserversforpredictingsubcellularlocalizationofproteinsinvariousorganisms</title><secondary-title>NatProtoc</secondary-title><alt-title>Natureprotocols</alt-title></titles><periodical><full-title>NatProtoc</full-title><abbr-1>Natureprotocols</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>NatProtoc</full-title><abbr-1>Natureprotocols</abbr-1></alt-periodical><pages>153-62</pages><volume>3</volume><number>2</number><edition>2008/02/16</edition><keywords><keyword>Animals</keyword><keyword>Bacteria</keyword><keyword>Cells/chemistry</keyword><keyword>Databases,Protein</keyword><keyword>Humans</keyword><keyword>Internet</keyword><keyword>PatternRecognition,Automated/*methods</keyword><keyword>Plants</keyword><keyword>Proteins/*analysis/genetics</keyword><keyword>SequenceAnalysis,Protein/*methods</keyword><keyword>*Software</keyword><keyword>Structure-ActivityRelationship</keyword><keyword>SubcellularFractions/chemistry</keyword><keyword>Viruses</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><isbn>1750-2799</isbn><accession-num>18274516</accession-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/nprot.2007.494</electronic-resource-num><remote-database-provider>NLM</remote-database-provider><language>eng</language></record></Cite></EndNote>[39]。2.3草海桐PG家族基因的基因結構和保守基序分析使用在線網(wǎng)站MEME（/tools/meme）用于基序分析ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bailey</Author><Year>2009</Year><RecNum>101</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[40]</style></DisplayText><record><rec-number>101</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5pvt25esedv25pevt2hx022jtfx5tsrfwtwz"timestamp="1690349109">101</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bailey,T.L.</author><author>Boden,M.</author><author>Buske,F.A.</author><author>Frith,M.</author><author>Grant,C.E.</author><author>Clementi,L.</author><author>Ren,J.</author><author>Li,W.W.</author><author>Noble,W.S.</author></authors></contributors><auth-address>InstituteforMolecularBioscience,UniversityofQueensland,Brisbane,Queensland,Australia.t.bailey@.au</auth-address><titles><title>MEMESUITE:toolsformotifdiscoveryandsearching</title><secondary-title>NucleicAcidsRes</secondary-title><alt-title>Nucleicacidsresearch</alt-title></titles><periodical><full-title>NucleicAcidsRes</full-title><abbr-1>Nucleicacidsresearch</abbr-1></periodical><alt-periodical><full-title>NucleicAcidsRes</full-title><abbr-1>Nucleicacidsresearch</abbr-1></alt-periodical><pages>W202-8</pages><volume>37</volume><number>WebServerissue</number><edition>2009/05/22</edition><keywords><keyword>Algorithms</keyword><keyword>BindingSites</keyword><keyword>Databases,Genetic</keyword><keyword>Internet</keyword><keyword>RegulatoryElements,Transcriptional</keyword><keyword>*SequenceAnalysis,DNA</keyword><keyword>*SequenceAnalysis,Protein</keyword><keyword>*Software</keyword><keyword>TranscriptionFactors/metabolism</keyword></keywords><dates><year>2009</year><pub-dates><date>Jul</date></pub-dates></dates><isbn>0305-1048(Print) 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