中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (23): 4602-4620.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.004
唐丽媛(), 蔡肖, 王海涛, 李兴河, 张素君, 刘存敬, 张建宏(
)
收稿日期:
2023-02-16
接受日期:
2023-04-20
出版日期:
2023-12-04
发布日期:
2023-12-04
通信作者:
联系方式:
唐丽媛,E-mail:liyuaner05@163.com。
基金资助:
TANG LiYuan(), CAI Xiao, WANG HaiTao, LI XingHe, ZHANG SuJun, LIU CunJing, ZHANG JianHong(
)
Received:
2023-02-16
Accepted:
2023-04-20
Published:
2023-12-04
Online:
2023-12-04
摘要:
【背景】伴随着棉纺织工艺水平的提升和人们对高品质纺织品的追求,提升棉花纤维品质日益重要。类成束阿拉伯半乳糖蛋白(fasciclin-like arabinogalactan proteins,FLAs)在棉纤维起始发育、次生壁合成等过程中可能具有重要作用。【目的】通过对棉花FLA基因家族进行全面鉴定与分析,研究该家族成员的共性特征及特异性表达模式,为FLA在棉纤维发育中的功能研究提供参考。【方法】根据棉花全基因组数据,使用HMMER 3.0对棉花FLA基因家族成员进行鉴定,并通过Pfam、Smart等软件进一步确认。使用ExPASy、TMHMM分析蛋白理化性质及跨膜结构域,应用MEGA、MCScanX、GSDS、MEME、TBtools、Jalview等工具进行进化树构建、染色体定位、共线性分析和蛋白保守结构域序列比对等。通过转录组数据分析陆地棉FLA基因在不同组织中的表达情况。利用实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测GhFLAs在不同纤维品质材料的胚珠及不同发育时期纤维中的表达差异。利用病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)技术验证GhFLA05的功能。【结果】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中分别鉴定出41、40、20和21个FLA家族成员,系统进化树显示,棉花FLA蛋白可以分为4个群组。进一步对陆地棉FLA家族蛋白进行分析,41个成员均具有1—2个AGP-like糖基化区域和1—2个类成束蛋白结构域(fasciclin-like domain,FAS),其中,37个含有信号肽(signal peptide,SP),25个含有糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidy linositol anchored protein,GPI)锚定信号,基因结构和基序组成在各组中相对保守。亚细胞定位显示,GhFLA05_D可能定位在细胞质的内质网,呈聚集状颗粒,GhFLA18_A和GhFLA22在细胞膜/壁、细胞质和细胞核中均有表达。转录组测序结果表明,Group A和Group B中的FLA蛋白主要在纤维中高表达,可能参与了棉纤维发育伸长和次生壁加厚等过程。在纤维品质差异显著的2个材料中,Group A和Group B成员具有相似的表达模式,并主要在纤维次生壁发育阶段、尤其是20—25 DPA时期优势表达;其中,GhFLA05在次生壁增厚期表现出特异性表达,两材料间存在显著差异,在高比强的RIL229的次生壁阶段更早达到最大值,推测GhFLA05可能在调控纤维比强度差异形成中发挥作用。利用VIGS技术沉默GhFLA05后,使棉纤维断裂比强度降低。【结论】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中鉴定出122个FLA家族成员,可分为4个群组,不同群组成员间具有较高的结构和功能相似性,并从中鉴定了Group A和Group B成员,可能是主要与棉纤维发育相关的基因。明确家族中GhFLA05是次生壁合成阶段优势表达基因,并与陆地棉不同材料纤维比强度差异形成密切相关。
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.
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表1
陆地棉FLA基因家族成员的特性分析"
棉种类型 Type of Gossypium | 氨基酸数量 No. of amino acid (aa) | 分子量 Mw (kDa) | 等电点 pI | 不稳定系数 Instability index | 亲水性平均系数 Grand average of hydropathicity (GRAVY) | 跨膜结构域数量No. of predicted TMHs |
---|---|---|---|---|---|---|
陆地棉G. hirsutum | 241-499 | 25.61-53.52 | 5.11-9.27 | 27.90-54.92 | -0.24-0.28 | 0-3 |
海岛棉G. barbadense | 241-460 | 25.58-50.83 | 5.11-9.27 | 27.90-55.73 | -0.24-0.28 | 0-1 |
亚洲棉G. arboreum | 239-459 | 25.42-50.71 | 5.25-9.04 | 26.95-57.71 | -0.25-0.28 | 0-3 |
雷蒙德氏棉G. ramondii | 239-515 | 25.50-57.29 | 5.11-9.41 | 24.91-54.76 | -0.25-0.26 | 0-2 |
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