中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (4): 711-728.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.010
张开京1(), 何帅帅1, 贾利2, 胡玉超1, 杨德坤1, 陆晓民1, 张其安2, 严从生2(
)
收稿日期:
2022-04-13
接受日期:
2022-06-07
出版日期:
2023-02-16
发布日期:
2023-02-24
通信作者:
严从生,E-mail:congshengyan@126.com
联系方式:
张开京,E-mail:zhangkj@ahstu.edu.cn。
基金资助:
ZHANG KaiJing1(), HE ShuaiShuai1, JIA Li2, HU YuChao1, YANG DeKun1, LU XiaoMin1, ZHANG QiAn2, YAN CongSheng2(
)
Received:
2022-04-13
Accepted:
2022-06-07
Published:
2023-02-16
Online:
2023-02-24
摘要:
【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,每个亚族中的基因结构和motif基本一致;共线性分析发现黄瓜中有12个DIR基因与拟南芥中的19个DIR基因存在27种线性关系,黄瓜中有12个DIR基因与水稻中的11个DIR基因存在19种线性关系,而黄瓜中另外8个DIR基因比较保守,既不与拟南芥中的DIR基因存在共线性,也不与水稻中的DIR基因存在共线性;组织特异性表达分析发现有些黄瓜DIR基因在根、茎、花、果实、叶片等所有组织器官中的表达量均较低或不表达,有些黄瓜DIR基因在所有组织器官中的表达量均较高,而有些黄瓜DIR基因只在特定组织中表达,但在其他组织中不表达或低表达,表明不同的黄瓜DIR基因具有组织特异性表达模式;黄瓜DIR家族基因在胁迫响应过程中的表达模式分析发现CsaV3_4G023490在黄瓜非生物胁迫和生物胁迫响应过程中均发生上调表达,表明该基因在黄瓜生长发育过程中发挥着重要作用。【结论】在黄瓜中共鉴定到23个DIR家族基因,分为3个亚族,每个亚族内的基因成员保守性高,不同亚族间的基因结构和蛋白保守结构域有所不同。黄瓜DIR基因在不同组织器官和胁迫响应下的表达模式具有差异性,协同调控了黄瓜的生长发育。
张开京, 何帅帅, 贾利, 胡玉超, 杨德坤, 陆晓民, 张其安, 严从生. 黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 711-728.
ZHANG KaiJing, HE ShuaiShuai, JIA Li, HU YuChao, YANG DeKun, LU XiaoMin, ZHANG QiAn, YAN CongSheng. Genome-Wide Identification and Expression Analysis of DIR Gene Family in Cucumber[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(4): 711-728.
表1
黄瓜23个DIR基因家族成员的理化特征"
基因 ID Gene ID | CDS大小 CDS size (bp) | 氨基酸数目 Number of amino acids (aa) | 分子量 Molecular weight (kD) | 等电点 pI | 不稳定性系数 Instability index | 脂肪系数 Aliphatic index | 亲水性平均值 Grand average of hydropathicity | 亚细胞定位预测 Prediction of subcellular location |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CsaV3_1G003340.1 | 552 | 183 | 19.94 | 6.06 | 32.24 | 90.00 | 0.255 | 质膜 Plasma membrane |
CsaV3_1G003540.1 | 633 | 210 | 22.89 | 9.30 | 54.28 | 82.19 | -0.111 | 线粒体 Mitochondrion |
CsaV3_1G010290.1 | 774 | 257 | 27.81 | 5.69 | 46.08 | 75.53 | -0.284 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_2G015820.1 | 2055 | 684 | 73.82 | 9.13 | 33.65 | 92.27 | -0.027 | 叶绿体 Chloroplast |
CsaV3_2G015830.1 | 867 | 288 | 32.11 | 10.08 | 52.35 | 89.65 | -0.136 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_2G034820.1 | 639 | 212 | 22.68 | 9.69 | 21.78 | 78.73 | -0.116 | 细胞外间隙 Extracellular space |
CsaV3_3G011390.1 | 750 | 249 | 25.45 | 5.35 | 32.07 | 90.88 | 0.248 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_3G015180.1 | 465 | 154 | 16.95 | 4.66 | 23.21 | 80.91 | 0.049 | 细胞外间隙 Extracellular space |
CsaV3_4G006220.1 | 720 | 239 | 26.49 | 7.77 | 29.99 | 96.69 | 0.274 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_4G006240.1 | 780 | 259 | 28.92 | 9.65 | 30.21 | 84.79 | -0.055 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_4G006250.1 | 576 | 191 | 21.26 | 8.63 | 28.03 | 86.81 | 0.163 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_4G023480.1 | 237 | 78 | 8.70 | 9.85 | 36.49 | 70.00 | -0.338 | 线粒体 Mitochondrion |
CsaV3_4G023490.1 | 1284 | 427 | 48.16 | 9.48 | 35.62 | 88.85 | -0.053 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_4G023500.1 | 588 | 195 | 21.70 | 9.76 | 28.73 | 81.54 | -0.030 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_4G023510.1 | 528 | 175 | 19.53 | 9.58 | 23.03 | 95.20 | -0.003 | 线粒体 Mitochondrion |
CsaV3_5G006660.1 | 834 | 277 | 31.22 | 9.75 | 36.00 | 64.37 | -0.420 | 线粒体 Mitochondrion |
CsaV3_5G006670.1 | 1185 | 394 | 41.43 | 4.31 | 47.97 | 77.54 | -0.177 | 细胞外间隙 Extracellular space |
CsaV3_5G026130.1 | 990 | 329 | 34.01 | 5.08 | 33.90 | 79.12 | -0.011 | 细胞外间隙 Extracellular space |
CsaV3_6G006930.1 | 675 | 224 | 25.28 | 6.97 | 37.75 | 100.63 | 0.099 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_7G003510.1 | 615 | 204 | 22.55 | 7.72 | 33.85 | 96.62 | 0.119 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_7G005610.1 | 597 | 198 | 21.23 | 9.56 | 43.93 | 91.67 | 0.228 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_7G005630.1 | 525 | 174 | 19.04 | 9.69 | 56.27 | 83.56 | 0.068 | 质膜Plasma membrane |
CsaV3_7G022920.1 | 1770 | 589 | 66.23 | 8.49 | 49.45 | 89.63 | -0.177 | 质膜Plasma membrane |
表2
黄瓜DIR蛋白的基序信息"
基序 Motif | 序列 Sequence | 氨基酸数目 Number of amino acid | Pfam注释 Pfam annotation |
---|---|---|---|
motif 1 | FGTVVVIDBPLTEGPELGSKLIGRAQGFYASASQDGFGLLM | 41 | Dirigent |
motif 2 | JSFFGRNPILEKVREMPVVGGTGKFRFARG | 30 | Dirigent |
motif 3 | THLRFYFHDILSGKNPTAIAV | 21 | Dirigent |
motif 4 | AMNFAFTSGKYNGSS | 15 | Dirigent |
motif 5 | YAKAKTHYLDFTTGDAVVEYN | 21 | - |
motif 6 | EDENSFARTVNRKRLGLRKEK | 21 | - |
motif 7 | TITVLALFLFSSSSCSALPMVKKQKHKPC | 29 | - |
motif 8 | VPPVSNTSRTR | 11 | - |
motif 9 | MAGISPISPTHFLFLSFLL | 19 | - |
motif 10 | ENQHVTDGVDTJJHFSVYLSY | 21 | - |
图7
黄瓜DIR家族基因在非生物胁迫处理下的表达热图 A:黄瓜DIR家族基因在高温胁迫处理下的表达模式;HT0h_1、HT0h_2、HT0h_3是对照处理的3个重复,HT3h_1、HT3h_3是高温处理3 h的两个重复,HT6h_1、HT6h_3是高温处理6 h的两个重复。B:黄瓜DIR家族基因在低温胁迫处理下的表达模式;CT:对照,CS_2 h:低温处理2 h,CS_6h:低温处理6 h,CS_12h:低温处理12 h。C:黄瓜DIR家族基因在盐和硅胁迫处理下的表达模式;CT_1、CT_2、CT_3是对照处理的3个重复,Na_1、Na_2、Na_3是盐胁迫处理的3个重复,Si_1、Si_2是硅胁迫处理的两个重复。表格中的数据是原始的FPKM值"
[1] |
doi: 10.1016/s0031-9422(01)00117-0 pmid: 11423139 |
[2] |
doi: 10.1007/s00253-016-7997-3 |
[3] |
|
[4] |
陈家璐, 张智俊, 刘笑雨, 朱丰晓. 毛竹Dirigent基因家族的全基因组鉴定与分析. 植物生理学报, 2019, 55(9): 1406-1417. doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2019.0238.
doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2019.0238. |
doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2019.0238. |
|
[5] |
doi: 10.1016/j.phytochem.2007.04.042 |
[6] |
pmid: 16023845 |
[7] |
doi: 10.1007/s11105-014-0737-x |
[8] |
doi: 10.1126/science.275.5298.362 pmid: 8994027 |
[9] |
doi: 10.1093/jxb/erx141 pmid: 28472349 |
[10] |
|
[11] |
doi: 10.1016/j.ncrna.2020.09.002 |
[12] |
doi: 10.3389/fgene.2018.00136 |
[13] |
doi: 10.3390/f12040507 |
[14] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2013.02.030 |
[15] |
doi: 10.1038/s41598-018-23761-0 |
[16] |
doi: 10.1016/j.scienta.2022.110913 |
[17] |
郭宝生, 师恭曜, 王凯辉, 刘素恩, 赵存鹏, 王兆晓, 耿军义, 华金平. 黄萎病菌侵染下陆地棉Dirigent-like蛋白基因表达差异分析. 中国农业科学, 2014, 47(22): 4349-4359. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.22.001.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.22.001. |
doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2014.22.001. |
|
[18] |
doi: 10.1016/j.pnsc.2008.07.010 |
[19] |
doi: 10.1007/s00299-012-1293-1 |
[20] |
doi: 10.3389/fpls.2019.00065 |
[21] |
doi: 10.1186/s12870-018-1236-2 |
[22] |
doi: 10.1007/s11103-005-2226-y |
[23] |
doi: 10.3389/fpls.2017.01185 |
[24] |
|
[25] |
doi: 10.3390/ijms160922280 |
[26] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2013.03.024 |
[27] |
doi: 10.1186/1471-2164-12-471 |
[28] |
doi: 10.1139/g2012-009 pmid: 22376137 |
[29] |
doi: 10.1186/1471-2164-14-109 pmid: 23418910 |
[30] |
doi: 10.1371/journal.pone.0096014 |
[31] |
doi: 10.3390/genes12030326 |
[32] |
doi: 10.1093/gigascience/giz072. |
[33] |
doi: 10.1093/nar/gkaa913 pmid: 33125078 |
[34] |
doi: 10.1093/nar/gkr367. |
[35] |
doi: 10.1093/nar/gkaa937 pmid: 33104802 |
[36] |
doi: 10.1110/ps.03479604 |
[37] |
doi: S1674-2052(20)30187-8 pmid: 32585190 |
[38] |
doi: 10.1093/bioinformatics/btu817 pmid: 25504850 |
[39] |
doi: 10.1093/nar/gkl198 pmid: 16845028 |
[40] |
doi: 10.1093/molbev/msab120 pmid: 33892491 |
[41] |
doi: 10.1093/nar/30.1.325 pmid: 11752327 |
[42] |
doi: 10.1093/nar/gkr1293. |
[43] |
doi: 10.1101/gr.092759.109 pmid: 19541911 |
[44] |
doi: 10.1186/1471-2164-12-540 pmid: 22047402 |
[45] |
doi: 10.1186/s12870-020-02625-8 |
[46] |
doi: S0147-6513(19)30234-9 pmid: 30831473 |
[47] |
|
[48] |
doi: 10.1186/s12864-016-3438-z |
[49] |
doi: 10.1186/s12864-018-4979-0 |
[50] |
doi: 10.11913/PSJ.2095-0837.2021.60681. |
doi: 10.11913/PSJ.2095-0837.2021.60681. |
|
[51] |
|
[52] |
doi: 10.1016/j.ygeno.2006.04.008 pmid: 16707243 |
[53] |
doi: 10.1104/pp.105.069005. pmid: 16286450 |
[54] |
崔凯, 吴伟伟, 刁其玉. 转录组测序技术的研究和应用进展. 生物技术通报, 2019, 35(7): 1-9. doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0374.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0374 |
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0374 |
|
[55] |
doi: 10.3390/ijms19020335 |
[56] |
|
[57] |
PONCE DE LEÓN I,
doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00806.x |
[58] |
doi: 10.1016/j.molp.2015.12.009 |
[59] |
doi: 10.1007/s11103-018-0725-x |
[1] | 王壮壮, 董邵云, 周琪, 苗晗, 刘小萍, 徐奎鹏, 顾兴芳, 张圣平. 黄瓜果实维生素C合成关键基因克隆与分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(3): 508-518. |
[2] | 刘瑞, 赵羽涵, 付忠举, 顾欣怡, 王艳霞, 靳学慧, 杨莹, 吴伟怀, 张亚玲. 黑龙江省和海南省PWL基因家族在稻瘟病菌中的分布及变异[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 264-274. |
[3] | 李青林,张文涛,徐慧,孙京京. 低磷胁迫下黄瓜木质部与韧皮部汁液的代谢物变化[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1617-1629. |
[4] | 李桂香,李秀环,郝新昌,李智文,刘峰,刘西莉. 山东省多主棒孢对三种常用杀菌剂的敏感性监测及对氟吡菌酰胺的抗性[J]. 中国农业科学, 2022, 55(7): 1359-1370. |
[5] | 李世佳,吕紫敬,赵锦. 枣R2R3-MYB亚家族基因鉴定及其在果实发育中的表达分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(6): 1199-1212. |
[6] | 赖春旺, 周小娟, 陈燕, 刘梦雨, 薛晓东, 肖学宸, 林文忠, 赖钟雄, 林玉玲. 龙眼乙烯合成途径基因鉴定及响应ACC处理的分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(3): 558-574. |
[7] | 郭绍雷,许建兰,王晓俊,宿子文,张斌斌,马瑞娟,俞明亮. 桃XTH家族基因鉴定及其在桃果实贮藏过程中的表达特性[J]. 中国农业科学, 2022, 55(23): 4702-4716. |
[8] | 康忱,赵雪芳,李亚栋,田哲娟,王鹏,吴志明. 黄瓜CC-NBS-LRR家族基因鉴定及在霜霉病和白粉病胁迫下的表达分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(19): 3751-3766. |
[9] | 陈凤琼, 陈秋森, 林佳昕, 王雅亭, 刘汉林, 梁冰若诗, 邓艺茹, 任春元, 张玉先, 杨凤军, 于高波, 魏金鹏, 王孟雪. 番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(19): 3807-3821. |
[10] | 陈茜,刘英杰,董勇浩,刘金燕,李炜,徐蓬军,臧云,任广伟. 黄瓜花叶病毒侵染烟草对烟蚜生长发育、取食和选择行为的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(8): 1673-1683. |
[11] | 王雍,李思妍,何思锐,张迪,连帅,王建发,武瑞. BLV-miRNA跨界调控人类靶基因预测及生物信息学分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(3): 662-674. |
[12] | 葛欣竺,史宇星,王莎莎,刘智慧,蔡文杰,周敏,王世贵,唐斌. 异色瓢虫丙酮酸激酶基因序列分析及其调控海藻糖代谢功能[J]. 中国农业科学, 2021, 54(23): 5021-5031. |
[13] | 郑逢盛,王海华,邬清韬,申权,田建红,彭喜旭,唐新科. 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[J]. 中国农业科学, 2021, 54(19): 4048-4060. |
[14] | 徐欢欢,李逸,高伟,王永勤,刘乐承. 洋葱γ-谷氨酰转肽酶AcGGT的克隆与鉴定[J]. 中国农业科学, 2021, 54(19): 4169-4178. |
[15] | 王君正,张琪,高子星,马雪强,屈锋,胡晓辉. 两种微生物菌剂对有机基质袋培秋黄瓜产量、品质及根际环境的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(14): 3077-3087. |
|