中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 1308-1318.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.008
王程泽1(), 张燕1(
), 付伟2, 贾京哲1, 董金皋1, 申珅1(
), 郝志敏1(
)
收稿日期:
2023-10-31
接受日期:
2023-12-09
出版日期:
2024-04-01
发布日期:
2024-04-09
通信作者:
联系方式:
王程泽,E-mail:2060848550@qq.com。张燕,E-mail:2419298400@qq.com。王程泽和张燕为同等贡献作者。
基金资助:
WANG ChengZe1(), ZHANG Yan1(
), FU Wei2, JIA JingZhe1, DONG JinGao1, SHEN Shen1(
), HAO ZhiMin1(
)
Received:
2023-10-31
Accepted:
2023-12-09
Published:
2024-04-01
Online:
2024-04-09
摘要:
【目的】对玉米1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶ACO基因家族进行全基因组鉴定,分析其在玉米不同器官和不同发育时期以及响应外源激素和病菌侵染中的表达模式,为明确玉米ACO基因家族功能打下基础。【方法】利用生物信息学方法,在玉米B73自交系基因组中鉴定ACO,对其基因结构、蛋白质理化性质、家族成员间的亲缘关系以及保守基序进行分析,利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)技术分析ZmACO基因家族的表达模式。【结果】除ZmACO11外,ZmACO家族成员均具有Fe2+离子结合位点和底物抗坏血酸结合位点。系统发育分析显示,ZmACO2与ScACO在同一分支,亲缘关系较近,Bootstrap值达98。基因表达分析表明,ZmACO2、5、9、15、20、35在各发育时期均活跃表达,且在叶片中呈优势表达,因此选择上述6个基因进行下一步检测。喷施乙烯利后,上述6个基因的表达均有所波动,其中ZmACO2的表达量受影响较大,变化幅度在8倍左右。在乙烯利处理的0—24 h内这6个基因的表达量存在波动,但在处理后24 h,6个基因的表达量均接近0。水杨酸处理后,ZmACO5的表达量受影响较大,变化倍数在2倍左右。其他基因的表达量在处理后24 h均接近0。ZmACO9、35在3—12 h的表达量存在波动,ZmACO2、15、20表达量呈下调趋势。在响应生物胁迫方面,接种玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)后,ZmACO5、9的表达量变化幅度最大,在接种后第10天,这两个基因的表达量分别升至对照组的50和60倍。接种玉米小斑病菌(Cochlibolus heterostrophus)后,ZmACO5的表达量变化幅度较大,变化倍数在40—90倍。接种立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)后,ZmACO5、35表达量变化幅度最大,在病菌接种的第3天达到200倍。【结论】ZmACO2、5、20、35在玉米生长发育过程中表达变化最活跃;施加外源乙烯利和水杨酸可以对ZmACO的表达水平造成显著影响。病菌侵染玉米后ZmACO的表达水平产生显著变化,与生物胁迫应答关系密切。
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表1
实时荧光定量PCR所用引物序列"
引物Primer | 序列Sequence (5′-3′) |
---|---|
ZmACO1-F/R | TGAAAACCTTGGGCTGGACA/TCACAAGCTCTGGATGGCTG |
ZmACO2-F/R | CAAGATGCGTGCGAGAACTG/CGCTTGTAGTGCTCCTTGGT |
ZmACO3-F/R | CATCTCCGGCGGCCTAAAA/AGTTCTTTGTCGAATACTCGGT |
ZmACO4-F/R | CTACAACCCGGCTAACGAGG/GAATCTGGGCTCCTTGGCTT |
ZmACO5-F/R | TACTTCATCCAGCACCACCC/TTGAACCACGGGTGCTTGCC |
ZmACO6-F/R | GAGAAGATGCTGGGCGTGAT/ATAGTGGCTGACCTTGGTGC |
ZmACO7-F/R | GATGATGGAGTACCGCAGGG/TGACCTTGGTGCCGTAGAAG |
ZmACO8-F/R | AGCTGCTTCGAAGAGGTTATCAA/TGACGCCTACGGAAGGTTTAG |
ZmACO9-F/R | TCGGGGACCTCTTGCAGATA/AGATGCCGATGGAAACCCTG |
ZmACO10-F/R | AAGGTGGCAAAGTACCCCAG/GCCATCCACCTACCGTCTTT |
ZmACO11-F/R | CGTCTTCCGCTCCTACATCG/CAGTGAGGTACAGAGCGAGC |
ZmACO12-F/R | AGCTCTGTACCTCACTGGAGA/AAAACGCCTCTTGGTAAGCG |
ZmACO15-F/R | TGCCTTCTCCATCCTCAAGTC/CGATGACGGGAACCACCATT |
ZmACO20-F/R | GGGAGAGCACCTTCTTCGTC/TTCTCCGACAGCTTCTGCAC |
ZmACO31-F/R | AAGAAGGTGTGCTCCGACTG/GATGTCCTCCCAGTCCAGGT |
ZmACO35-F/R | CTGGGAGAGCACCTTCTTCG/GATCTCCGATGCGAACTGCT |
UBQ9-F/R | TACAGTTCTACAAGGTGGACGAC/GCAGTAGTGGCGGTCGAAGT |
表3
ZmACO家族基因及编码产物信息"
名称 Name | 基因号 Gene ID | 氨基酸长度 Size (aa) | 开放阅读框 ORF (bp) | 基因定位 Gene mapping | 分子量 Molecular weight (Da) | 等电点 Isoelectric point |
---|---|---|---|---|---|---|
ZmACO1 | Zm00001d036955 | 293 | 1024 | scaffold_6:114257252-114258119(+) | 33323.18 | 6.01 |
ZmACO2 | Zm00001d020686 | 326 | 1484 | scaffold_7:128315057-128316692(-) | 36437.57 | 5.18 |
ZmACO3 | Zm00001d024852 | 315 | 1259 | scaffold_10:90656251-90657509(-) | 35020.67 | 5.42 |
ZmACO4 | Zm00001d024851 | 315 | 948 | scaffold_10:90634003-90634950(-) | 35020.67 | 5.42 |
ZmACO5 | Zm00001d011208 | 317 | 1532 | scaffold_8:142565914-142567685(+) | 34646.05 | 5.06 |
ZmACO6 | Zm00001d004718 | 310 | 1234 | scaffold_2:133578506-133580227(+) | 34557.35 | 5.13 |
ZmACO7 | Zm00001d000163 | 313 | 1451 | scaffold_4:209050198-209052191(-) | 35045.80 | 5.01 |
ZmACO8 | Zm00001d005927 | 226 | 681 | scaffold_2:193010237-193011059(+) | 25466.25 | 6.22 |
ZmACO9 | Zm00001d039575 | 376 | 1526 | scaffold_3:8204808-8206696(+) | 40606.00 | 5.77 |
ZmACO10 | Zm00001d015860 | 234 | 705 | scaffold_5:127015024-127015847(+) | 26546.42 | 6.23 |
ZmACO11 | Zm00001d044978 | 123 | 372 | scaffold_9:9100281-9102917(-) | 13700.64 | 9.47 |
ZmACO12 | Zm00001d046848 | 260 | 793 | scaffold_9:108298093-108299643(-) | 29077.46 | 9.52 |
ZmACO15 | Zm00001d024853 | 356 | 1599 | scaffold_10:90488171-90489769(+) | 39417.55 | 6.03 |
ZmACO20 | Zm00001d052136 | 323 | 1330 | scaffold_4:180604677-180607029(-) | 35551.08 | 4.97 |
ZmACO31 | Zm00001d024843 | 314 | 945 | scaffold_10:90456450-90457394(-) | 34836.40 | 5.09 |
ZmACO35 | Zm00001d018211 | 317 | 1342 | scaffold_5:216633702-216636170(+) | 35295.88 | 4.89 |
图2
玉米不同生长发育时期各器官/组织中ZmACO基因家族的表达量 1:6—7节间6-7 Internode;2:7—8节间7-8 Internode;3:16—19 d的分生组织Meristem at 16-19 d;4:2—4 mm的穗原基Ear primordium of 2-4 mm;5:6—8 mm的穗原基Ear primordium of 6-8 mm;6:授粉后20 d的胚Embryo at 20 d after pollination;7:授粉后38 d的胚Embryo at 38 d after pollination;8:授粉后12 d的胚乳Endosperm at 12 d after pollination;9:授粉后27 d的胚乳顶端Endosperm crown at 27 d after pollination;10:播种后2 d的萌发种子Germination kernels at 2 d after seeding;11:授粉后27 d的果皮和糊粉层Pericarp/aleurone at 27 d after pollination;12:叶子对称区Leaf zone 1 (symmetrical);13:叶子气孔区Leaf zone 2 (stomatal);14:幼嫩叶片Leaf zone 3 (growth);15:成熟叶片Mature leaf 8;16:5日龄的初生根Primary root at 5-day-old;17:5日龄的根皮层Root cortex at 5-day-old;18:5日龄的根伸长区Root elongation zone at 5-day-old;19:5日龄的根分生区Root meristem zone at 5-day-old;20:7—8日龄的次生根Secondary root at 7-8-day-old;21:成熟花粉B73 mature pollen;22:雌花小穗Female spikelet;23:穗丝Silk"
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