白桦TLP家族基因全基因组鉴定及表达特性分析

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白桦(Betula platyphylla)是一种重要的观赏和经济植物,分布广泛,其生长发育阶段易受到各种非生物及生物胁迫的影响,特别是一些病虫害,严重影响白桦的培育,通过杀菌剂处理植物病害,容易对环境造成污染,引起病原菌的抗性,因此利用分子育种技术改良其抗病性成为研究热点。病程相关蛋白在植物抗病中具有重要作用,能直接作用于病原菌,抑制其对植物体的侵害,类甜蛋白(thaumatin-like protein,TLP)是其中一个重要的亚家族,由于该家族蛋白常具有抗真菌活性而成为研究热点,但在白桦中仍未见相关报道。为全面了解白桦TLP家族基因的结构和功能特点,本研究采用同源序列比对法从白桦基因组数据库中筛选和鉴定白桦TLP家族成员,并对其理化性质、亲/疏水性、亚细胞定位、跨膜结构域、信号肽、磷酸化位点、基因结构、染色体分布、保守结构域、蛋白质二级结构、三级结构、启动子顺式作用元件、系统进化等进行了预测和分析。结果表明,白桦TLP基因家族共有41个成员,氨基酸数量在336~975 aa之间,分子量在28 054.11~81 966.03 Da之间,理论等电点在5.01~5.21之间,为偏酸性氨基酸,均为疏水性蛋白;大部分成员定位在细胞质中;17个家族成员含有跨膜结构;磷酸化位点分析结果表明,8个家族蛋白以苏氨酸磷酸化修饰为主,丝氨酸磷酸化修饰为辅;1个家族蛋白以丝氨酸磷酸化修饰为主,酪氨酸磷酸化修饰为辅;其余32个白桦TLP家族基因以丝氨酸磷酸化修饰为主,苏氨酸磷酸化修饰为辅。白桦TLP基因家族成员分布在11条染色体上,其中以8号染色体分布最多(14个);启动子顺式作用元件分析发现,白桦TLP家族成员启动子中多含有植物激素、非生物胁迫及生物胁迫响应相关元件。基于转录组数据和基因半定量技术分析了白桦TLP家族基因的组织表达特异性,结果表明,大多数成员在叶中的表达量最高,在花和叶中,Bp TLP30表达量最高;在根、韧皮部及维管形成层中,Bp TLP33表达量均最高;在木质部中,Bp TLP15的表达量最高;在木栓层及木栓形成层,Bp TLP31表达量最高。Bp TLP35、Bp TLP39在叶片中表达量较高,Bp TLP14、Bp TLP35、Bp TLP36在茎中表达量较高,Bp TLP3、Bp TLP41在根中表达量较高。在Na Cl、低温和病原菌胁迫下,白桦TLP基因均有不同程度的响应,说明该家族基因可能与白桦抗逆性有关。此外,本研究对在病原菌侵染过程中响应强烈的Bp TLP35基因进行了克隆并构建了其植物表达载体。本研究对白桦TLP基因家族成员的特征及表达特性进行了分析,并对关键基因进行了克隆和表达载体的构建,为该家族成员在白桦不同生命过程中的功能研究提供了参考,为关键抗病基因的研究奠定了基础。
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