中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (23): 4585-4601.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.003
党媛玥1,2(), 马建江2, 杨书贤2, 宋吉坤1,2, 贾冰1,2, 冯盼2, 陈全家1(
), 于霁雯1,2(
)
收稿日期:
2022-12-10
接受日期:
2023-02-22
出版日期:
2023-12-04
发布日期:
2023-12-04
通信作者:
联系方式:
党媛玥,E-mail:1015258312@qq.com。
基金资助:
DANG YuanYue1,2(), MA JianJiang2, YANG ShuXian2, SONG JiKun1,2, JIA Bing1,2, FENG Pan2, CHEN QuanJia1(
), YU JiWen1,2(
)
Received:
2022-12-10
Accepted:
2023-02-22
Published:
2023-12-04
Online:
2023-12-04
摘要:
【目的】β-微管蛋白是棉纤维细胞形态建成的基本结构单位,在纤维发育过程中具有重要作用。通过鉴定棉花β-tubulin基因家族成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为深入探究β-tubulin基因在棉花纤维发育中的作用提供理论依据。【方法】利用BLAST方法,在4个棉种基因组中鉴定β-tubulin基因家族成员,并结合ProtParam tool分析理化性质、MEGA7.0构建系统进化树、Mapchart2.2绘制染色体定位图、MEME分析保守基序、PlantCARE分析启动子顺式作用元件;根据39个材料发育纤维转录组数据分析陆地棉β-tubulin基因家族的表达水平,并利用Spearman相关性分析鉴定影响纤维品质性状形成的β-tubulin基因。【结果】在陆地棉(Gossypium hirsutum,AD1)、海岛棉(Gossypium barbadense,AD2)、亚洲棉(Gossypium arboretum,A2)和雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii,D5)基因组中分别鉴定到36、37、19和18个β-tubulin基因,且在四倍体棉种中的数目约是二倍体棉种数目的二倍,系统进化将其分为ClusterⅠ—ClusterⅤ共5个亚组。系统进化与共线性分析发现,与陆地棉β-tubulin基因家族相比,海岛棉与二倍体亚洲棉和雷蒙德氏棉亲缘关系更近。保守结构域均具有典型的Tubulin和Tubulin-C。理化性质分析表明,该家族基因编码的氨基酸数目为421—508,等电点为4.68—5.09。启动子顺式作用元件分析获得生长发育响应相关元件、激素响应相关元件和胁迫响应相关元件等,表明β-tubulin基因参与细胞的生长调节。利用TM-1转录组数据对36个陆地棉β-tubulin基因表达模式进行聚类分析,发现有42%基因在纤维中优势表达;此外,利用海陆群体动态纤维转录组数据筛选到1、6和11个β-tubulin基因分别与纤维马克隆值、比强度和纤维长度显著相关,其中4个基因同时影响纤维长度和比强度性状。【结论】4个棉种中共鉴定出110个β-tubulin基因家族成员,氨基酸理化性质和序列高度保守而启动子序列调控元件多样;筛选出陆地棉纤维优势表达的β-tubulin基因家族成员,并发掘潜在调控纤维发育的候选基因。
党媛玥, 马建江, 杨书贤, 宋吉坤, 贾冰, 冯盼, 陈全家, 于霁雯. 棉花β-tubulin基因家族的鉴定及其在纤维发育中的表达[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4585-4601.
DANG YuanYue, MA JianJiang, YANG ShuXian, SONG JiKun, JIA Bing, FENG Pan, CHEN QuanJia, YU JiWen. Genome-Wide Identification and Expression Analysis of β-tubulin Family in Cotton Fiber Development[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(23): 4585-4601.
表1
棉花中β-tubulin基因家族的基本理化性质"
物种 Species | 基因ID Gene ID | 等电点 pI | 分子量 Molecular weight (kDa) | 蛋白长度 <BOLD>P</BOLD>rotein length (aa) | 亚细胞定位 Subcellular localization |
---|---|---|---|---|---|
陆地棉 Gossypium hirsutum | GH_A01G1087 | 4.74 | 50.65 | 452 | 细胞质Cytoplasm |
GH_A03G0257 | 4.76 | 50.13 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_A03G0258 | 4.76 | 50.07 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_A03G0260 | 5.09 | 55.66 | 495 | 叶绿体Chloroplast | |
GH_A03G0596 | 4.75 | 50.00 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_A03G0911 | 4.73 | 50.21 | 447 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_A05G0919 | 4.74 | 50.30 | 446 | 细胞核Nucleus | |
GH_A05G1119 | 4.76 | 50.01 | 445 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_A05G1860 | 4.70 | 50.50 | 450 | 细胞核Nucleus | |
GH_A05G2570 | 4.80 | 50.66 | 449 | 细胞核Nucleus | |
GH_A06G0029 | 4.79 | 50.39 | 449 | 细胞核Nucleus | |
GH_A08G2076 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_A08G2085 | 4.79 | 49.85 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_A09G0513 | 4.68 | 50.59 | 448 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_A09G1787 | 4.86 | 53.27 | 472 | 内质网Endoplasmic reticulum | |
GH_A09G1903 | 4.76 | 49.73 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_A11G3495 | 4.75 | 50.30 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GH_A13G2534 | 4.75 | 49.97 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_D01G1129 | 4.68 | 50.71 | 452 | 细胞核Nucleus | |
GH_D02G1082 | 4.72 | 50.21 | 447 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_D03G1367 | 4.75 | 50.00 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_D03G1707 | 4.86 | 49.98 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_D03G1709 | 4.76 | 50.10 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_D03G1710 | 4.76 | 50.13 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_D05G0911 | 4.70 | 50.21 | 446 | 细胞核Nucleus | |
GH_D05G1114 | 4.74 | 50.14 | 446 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_D05G1898 | 4.70 | 50.52 | 450 | 细胞核Nucleus | |
GH_D06G0016 | 4.73 | 50.67 | 452 | 细胞核Nucleus | |
GH_D07G1281 | 4.77 | 50.26 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GH_D08G2085 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_D08G2099 | 4.79 | 49.83 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GH_D09G0508 | 4.71 | 50.36 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GH_D09G1737 | 4.89 | 53.36 | 472 | 细胞质Cytoplasm | |
GH_D09G1854 | 4.80 | 49.82 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GH_D11G3501 | 4.75 | 50.30 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GH_D13G2529 | 4.75 | 49.95 | 444 | 细胞核Nucleus | |
海岛棉 Gossypium barbadense | GB_A01G1091 | 4.72 | 50.65 | 452 | 细胞质Cytoplasm |
GB_A03G0251 | 4.76 | 50.13 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_A03G0252 | 4.76 | 50.07 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_A03G0254 | 4.85 | 49.88 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_A03G0586 | 4.75 | 50.01 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_A03G0919 | 4.75 | 50.18 | 447 | 叶绿体Chloroplast | |
GB_A05G0927 | 4.70 | 50.24 | 446 | 细胞核Nucleus | |
GB_A05G1127 | 4.76 | 50.01 | 445 | 细胞质Cytoplasm | |
GB_A05G1887 | 4.70 | 50.50 | 450 | 细胞核Nucleus | |
GB_A05G2602 | 4.77 | 50.66 | 449 | 细胞核Nucleus | |
GB_A06G0033 | 4.77 | 50.78 | 452 | 细胞核Nucleus | |
GB_A08G2182 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_A08G2191 | 4.79 | 49.85 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_A09G0575 | 4.68 | 50.59 | 448 | 细胞质Cytoplasm | |
GB_A09G1907 | 4.86 | 53.27 | 472 | 内质网Endoplasmic reticulum | |
GB_A09G2018 | 4.76 | 49.72 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_A11G3569 | 4.75 | 50.30 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GB_A13G2683 | 4.75 | 49.97 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_D01G1171 | 4.68 | 50.71 | 452 | 细胞核Nucleus | |
GB_D02G1129 | 4.75 | 50.80 | 452 | 细胞质Cytoplasm | |
GB_D03G1389 | 4.75 | 50.00 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_D03G1742 | 4.86 | 49.98 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_D03G1744 | 4.76 | 50.10 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_D03G1745 | 4.76 | 50.13 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_D05G0908 | 4.70 | 50.21 | 446 | 细胞核Nucleus | |
GB_D05G1112 | 4.74 | 50.14 | 446 | 细胞质Cytoplasm | |
GB_D05G1913 | 4.70 | 50.52 | 450 | 细胞核Nucleus | |
GB_D05G2606 | 4.76 | 47.37 | 421 | 细胞核Nucleus | |
GB_D06G0034 | 4.73 | 50.67 | 452 | 细胞核Nucleus | |
GB_D07G1286 | 4.81 | 50.33 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GB_D08G2163 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_D08G2175 | 4.79 | 49.83 | 444 | 细胞核Nucleus | |
GB_D09G0514 | 4.70 | 50.44 | 447 | 细胞核Nucleus | |
GB_D09G1750 | 4.86 | 53.38 | 472 | 细胞质Cytoplasm | |
GB_D09G1866 | 4.80 | 49.82 | 445 | 细胞核Nucleus | |
GB_D11G3544 | 5.08 | 57.42 | 508 | 叶绿体Chloroplast | |
GB_D13G2621 | 4.75 | 49.97 | 444 | 细胞核Nucleus | |
亚洲棉 Gossypium arboretum | Ga01G1198 | 4.72 | 48.89 | 436 | 细胞核Nucleus |
Ga01G2180 | 4.75 | 50.00 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Ga01G2554 | 4.76 | 50.13 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Ga01G2555 | 4.76 | 50.08 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Ga01G2557 | 4.85 | 49.86 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Ga03G1117 | 4.73 | 50.21 | 447 | 细胞质Cytoplasm | |
Ga05G0964 | 4.70 | 48.91 | 433 | 细胞质Cytoplasm | |
Ga05G1174 | 4.76 | 50.01 | 445 | 细胞质Cytoplasm | |
Ga05G1974 | 4.70 | 50.52 | 450 | 细胞核Nucleus | |
Ga05G2720 | 4.79 | 50.70 | 449 | 细胞核Nucleus | |
Ga06G0039 | 4.77 | 50.78 | 452 | 细胞核Nucleus | |
Ga07G1306 | 4.81 | 50.32 | 447 | 细胞核Nucleus | |
Ga08G2131 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Ga08G2143 | 4.79 | 49.85 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Ga09G0571 | 4.68 | 50.58 | 448 | 细胞核Nucleus | |
Ga09G1894 | 4.76 | 49.71 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Ga09G1948 | 4.76 | 50.19 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Ga11G0323 | 4.75 | 50.30 | 447 | 细胞核Nucleus | |
Ga13G2741 | 4.75 | 49.97 | 444 | 细胞核Nucleus | |
雷蒙德氏棉 Gossypium raimondii | Gorai.001G132500 | 4.81 | 50.32 | 447 | 细胞核Nucleus |
Gorai.002G123400 | 4.68 | 50.71 | 452 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.003G126300 | 4.75 | 50.00 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.003G159100 | 4.86 | 49.98 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.003G159300 | 4.76 | 50.07 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.003G159400 | 4.76 | 50.12 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.004G210600 | 4.76 | 50.00 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.004G211800 | 4.79 | 49.83 | 444 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.005G118100 | 4.72 | 50.20 | 447 | 细胞质Cytoplasm | |
Gorai.006G049000 | 4.70 | 50.51 | 448 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.006G179900 | 4.86 | 53.38 | 472 | 细胞质Cytoplasm | |
Gorai.006G191900 | 4.80 | 49.74 | 445 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.007G351900 | 4.75 | 50.30 | 447 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.009G094600 | 4.70 | 50.21 | 446 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.009G115600 | 4.74 | 50.14 | 446 | 细胞质Cytoplasm | |
Gorai.009G194500 | 4.70 | 50.52 | 450 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.010G003800 | 4.73 | 50.67 | 452 | 细胞核Nucleus | |
Gorai.013G261300 | 4.75 | 49.95 | 444 | 细胞核Nucleus |
[1] |
肖水平, 宋国立, 余进祥. 棉花纤维品质相关基因挖掘及功能基因研究进展. 棉花科学, 2020, 42(2): 3-14.
|
|
|
[2] |
杨君, 马峙英, 王省芬. 棉花纤维品质改良相关基因研究进展. 中国农业科学, 2016, 49(22): 4310-4322.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.005 |
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.22.005 |
|
[3] |
pmid: 12232289 |
[4] |
pmid: 11792316 |
[5] |
doi: 10.1093/jxb/ern127 |
[6] |
doi: S0962-8924(18)30141-7 pmid: 30213517 |
[7] |
doi: S0955-0674(19)30091-2 pmid: 31739264 |
[8] |
doi: 10.1242/jcs.114.15.2723 |
[9] |
doi: 10.1086/297577 |
[10] |
doi: 10.1104/pp.107.107086 |
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1360/03yc9025 |
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1023/A:1011628024798 |
[15] |
杨建霞. TUB4对拟南芥生长发育的影响和TAO1基因新功能分析[D]. 兰州: 兰州大学, 2015.
|
|
|
[16] |
doi: 10.1186/s12870-017-1186-0 |
[17] |
睢金凯, 饶国栋, 张建国. 柳树β微管蛋白基因家族的克隆和序列分析. 西北植物学报, 2016, 36(5): 902-909.
|
|
|
[18] |
黄胜雄, 胡尚连, 孙霞, 蒋瑶. 慈竹β-tubulin基因片段的克隆及序列分析. 福建林业科技, 2009, 36(1): 7-10, 42.
|
|
|
[19] |
王亚婷, 林玉玲, 曾丽兰, 赖钟雄. 龙眼胚性愈伤组织微管蛋白基因β-tubulin克隆及序列分析. 福建农林大学学报(自然科学版), 2014, 43(1): 49-54.
|
|
|
[20] |
doi: 10.1104/pp.005538 |
[21] |
doi: 10.1186/s12864-019-5986-5 |
[22] |
曾志锋. GhTUB7在棉纤维发育中的功能[D]. 重庆: 西南大学, 2016.
|
|
|
[23] |
李彩丽. 毛竹细胞骨架微管蛋基因PeTua3和PeTub3研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2012.
|
|
|
[24] |
doi: 10.1038/s41588-018-0116-x pmid: 29736014 |
[25] |
doi: 10.1038/nature11798 |
[26] |
doi: 10.1038/s41588-019-0371-5 |
[27] |
doi: 10.1093/nar/gku949 |
[28] |
doi: 10.1093/bioinformatics/btm404 pmid: 17846036 |
[29] |
doi: 10.1093/molbev/msw054 pmid: 27004904 |
[30] |
doi: 10.1002/elps.v15:1 |
[31] |
doi: 10.1093/jhered/93.1.77 pmid: 12011185 |
[32] |
doi: S1674-2052(20)30187-8 pmid: 32585190 |
[33] |
doi: 10.1101/gr.092759.109 pmid: 19541911 |
[34] |
doi: 10.1093/nar/gkp335 |
[35] |
|
[36] |
doi: 10.1093/pcp/pcg150 |
[37] |
doi: 10.1038/srep19258 |
[38] |
|
[1] | 阚家强, 刘玉, 周治国, 陈兵林, 赵文青, 胡伟, 胡少鸿, 陈阳, 王友华. 蕾铃脱落对棉花果枝叶光合产物积累及“源”潜力的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1658-1669. |
[2] | 王宁, 冯克云, 南宏宇, 丛安琪, 张铜会. 水分亏缺下有机无机肥配施比例对棉花水氮利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1531-1546. |
[3] | 邵红扬, 孟香, 张涛, 陈敏. 响应槲皮素诱导的美国白蛾P450基因及CYP6ZB2功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1322-1332. |
[4] | 潘凤英, 曲俊杰, 刘露露, 孙大运, 郭泽西, 韦晓丽, 韦淑梅, 尹玲. 葡萄霜霉菌糖基水解酶基因的表达模式与功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 879-891. |
[5] | 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. |
[6] | 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. |
[7] | 唐丽媛, 蔡肖, 王海涛, 李兴河, 张素君, 刘存敬, 张建宏. 棉花FLA基因家族的全基因组鉴定及GhFLA05在棉纤维发育中的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4602-4620. |
[8] | 臧新山, 王康文, 张先亮, 王雪平, 王军, 梁雨, 裴小雨, 任翔, 吕宇龙, 高宇, 王星星, 彭云玲, 马雄风. 棉花功能基因图位克隆的研究进展[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4635-4647. |
[9] | 张亚林, 蒋艳, 赵丽红, 冯自力, 冯鸿杰, 魏锋, 周京龙, 朱荷琴, 马峙英. 温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4671-4683. |
[10] | 米热扎提江·喀由木, 西尔艾力·吾麦尔江, 李晓曈, 王香茹, 贵会平, 张恒恒, 张西岭, 董强, 宋美珍. 棉花苗期耐低磷种质筛选及耐低磷综合评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(21): 4150-4162. |
[11] | 韩晓文, 韩硕, 胡义锋, 王梦如, 陈中义, 朱永兴, 尹军良. 喜旱莲子草AP2/ERF基因家族的鉴定及其在除草剂胁迫下的表达模式[J]. 中国农业科学, 2023, 56(20): 4021-4034. |
[12] | 刘芳, 徐梦贝, 王巧玲, 孟倩, 李桂名, 张宏菊, 田惠丹, 徐凡, 罗明. 棉花纤维优势表达基因GhSLD1启动子的克隆和功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3712-3722. |
[13] | 丁国华, 肖光辉, 竺丽萍. 棉花NLP(NIN-Like Protein)基因家族的全基因组鉴定及表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3723-3746. |
[14] | 许福春, 赵静若, 张振楠, 胡改元, 龙璐. 陆地棉GhCPR5的克隆及其在抗病中的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3747-3758. |
[15] | 张昕, 杨星宇, 张超然, 张冲, 郑海霞, 张仙红. 绿豆象热激蛋白超家族基因的鉴定及表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3814-3828. |
|