谷子HAK/KUP/KT钾转运蛋白家族全基因组鉴定及其对低钾和高盐胁迫的响应

KT/HAK/KUP(HAK)家族是植物中最丰富的钾转运体家族,对植物的生长和环境适应具有重要作用.谷子是抗逆耐瘠研究的模式植物,然而,谷子中HAK家族缺乏系统研究.本研究基于基因组序列信息,鉴定出29个谷子HAK基因(SiHAKs),并对该家族成员的基本特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制、表达模式和逆境响应等方面进行了系统分析.结果显示,(1)SiHAKs分为5个进化簇(Cluster I～Cluster V),成员数量分别为11、9、3、3和3.基因结构和蛋白保守基序分析表明,谷子HAK家族具有较高的保守性,不同Cluster的保守性依次为:ClusterⅢ=Cluster V>C...

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Published in作物学报 Vol. 49; no. 8; pp. 2105 - 2121
Main Authors 代书桃, 朱灿灿, 马小倩, 秦娜, 宋迎辉, 魏昕, 王春义, 李君霞
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 河南省农业科学院粮食作物研究所,河南郑州 450002%河南科技大学农学院,河南洛阳 471023 12.08.2023
Subjects
谷子
KT/HAK/KUP家族
盐胁迫
钾转运蛋白
表达分析
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ISSN0496-3490
DOI10.3724/SP.J.1006.2023.24194

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Summary:KT/HAK/KUP(HAK)家族是植物中最丰富的钾转运体家族,对植物的生长和环境适应具有重要作用.谷子是抗逆耐瘠研究的模式植物,然而,谷子中HAK家族缺乏系统研究.本研究基于基因组序列信息,鉴定出29个谷子HAK基因(SiHAKs),并对该家族成员的基本特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制、表达模式和逆境响应等方面进行了系统分析.结果显示,(1)SiHAKs分为5个进化簇(Cluster I～Cluster V),成员数量分别为11、9、3、3和3.基因结构和蛋白保守基序分析表明,谷子HAK家族具有较高的保守性,不同Cluster的保守性依次为:ClusterⅢ=Cluster V>ClusterⅡ>Cluster I>Cluster IV.(2)串联复制是SiHAKs扩增的主要原因,15个SiHAKs位于串联重复中.(3)171个转录因子可能结合到不同SiHAKs的启动子上,这些转录因子包含ERF、NAC、MYB和WRKY等家族中的大量成员,可能授予了SiHAKs对非生物胁迫多样的响应机制.(4)基因表达聚类将SiHAKs分成3组:Group I、GroupⅡ和GroupⅢ,多数SiHAKs在张谷和豫谷1号2个品种中的表达模式具有一致性;不同Cluster表达水平总体表现为:ClusterⅢ>Cluster V>ClusterⅡ>Cluster I>Cluster IV.(5)根系中表达水平较高的11个SiHAKs用来检测对低钾和高盐胁迫的响应.在低钾胁迫后,8个SiHAKs的表达水平显著升高,1个SiHAK显著降低,2个SiHAKs变化不明显;而高盐胁迫后,3个SiHAKs的表达水平显著升高,2个SiHAKs显著降低,其余6个SiHAKs变化不明显.SiHAK15受到低钾和高盐胁迫的响应最为强烈,其表达量分别为对照的151倍和22倍.(6)基因表达谱的差异反映出不同Cluster间SiHAKs的功能差异.Cluster I主要在根系中表达,可能参与谷子根系K+的吸收;ClusterⅡ不具有组织表达特异性,推测其参与K+的吸收、转运和生长发育等多个生物过程;ClusterⅢ受到低钾和高盐2种胁迫的诱导,显示出维持谷子K+/Na+平衡和抵御盐胁迫的潜在作用;Cluster IV在被检测的多个组织中几乎不表达;Cluster V不同成员对低钾和高盐胁迫的响应存在差异,可能发生了功能分化.研究结果不仅为深入解析谷子
ISSN:0496-3490
DOI:10.3724/SP.J.1006.2023.24194