中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (24): 4839-4853.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.24.002
曾祥翠1(), 杨永念1,2, 李如月1, 蒋学乾1, 蒋旭1, 徐嫣然1, 刘忠宽3, 龙瑞才1, 康俊梅1, 杨青川1, 李明娜1(
)
收稿日期:
2024-05-31
接受日期:
2024-07-12
出版日期:
2024-12-16
发布日期:
2024-12-23
通信作者:
联系方式:
曾祥翠,E-mail:Xiangcui0212@163.com。
基金资助:
ZENG XiangCui1(), YANG YongNian1,2, LI RuYue1, JIANG XueQian1, JIANG Xu1, XU YanRan1, LIU ZhongKuan3, LONG RuiCai1, KANG JunMei1, YANG QingChuan1, LI MingNa1(
)
Received:
2024-05-31
Accepted:
2024-07-12
Published:
2024-12-16
Online:
2024-12-23
摘要:
【目的】碳末端编码肽CEP(C-terminal encoded peptides)为一种能够编码由根系分泌的激素类多肽基因,是调控植物根系生长发育的关键基因。鉴定紫花苜蓿MsCEP基因家族成员,分析其基本特征、不同组织中表达差异,以及对根系生长的作用,为后续解析紫花苜蓿MsCEP基因在根系生长发育中的功能提供分子理论依据。【方法】根据紫花苜蓿新疆大叶基因组信息,以蒺藜苜蓿MtCEP家族蛋白为参考序列,使用TBtools中的本地BLAST及特征结构域筛选鉴定出紫花苜蓿MsCEP基因家族成员。利用生物信息学方法分别分析苜蓿MsCEP的基因基本特征、蛋白基本特征、系统进化关系等。利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析检测紫花苜蓿MsCEP基因家族成员在不同组织中的表达模式。利用外施试验探究成熟MsCEP肽在根系生长发育中的功能。【结果】在紫花苜蓿新疆大叶基因组中鉴定出35个MsCEP家族成员,分布于18条染色体上,不含有内含子,均具有1个N端信号肽,1个或2个CEP家族保守结构域。MsCEP蛋白氨基酸长度为59—150,分子量为6.7—16.2 kDa,等电点为5.80—10.41,不稳定系数为30.63—89.93,脂肪系数为54.41—134.88,平均疏水指数为-1.110—0.377。亚细胞定位预测显示,MsCEP蛋白主要定位于细胞核、细胞质膜、叶绿体、高尔基体中。系统进化关系分析发现,该家族成员与拟南芥、蒺藜苜蓿的不同成员相互嵌合形成3个分支,其中,最大分支为48个CEP成员。共线性分析发现,紫花苜蓿MsCEP基因与拟南芥和蒺藜苜蓿都存在共线性关系。组织表达分析发现,MsCEP家族成员具有明显的组织特异性,在根中的表达量相对较高,在叶片中的表达量相对较低,甚至不表达,其中有22个在根中的表达量高于其他组织。外施合成的成熟MsCEP2多肽会抑制拟南芥的主根和侧根生长,减少侧根数,降低侧根密度。【结论】在紫花苜蓿新疆大叶中共鉴定出35个MsCEP基因,成员之间具有较高的保守性,MsCEP基因主要在根系中表达,外施合成的成熟MsCEP多肽可调控根系生长,表明MsCEP多肽在紫花苜蓿根系生长发育中发挥重要作用。
曾祥翠, 杨永念, 李如月, 蒋学乾, 蒋旭, 徐嫣然, 刘忠宽, 龙瑞才, 康俊梅, 杨青川, 李明娜. 紫花苜蓿MsCEP基因家族的鉴定及其调控根系生长发育功能的分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(24): 4839-4853.
ZENG XiangCui, YANG YongNian, LI RuYue, JIANG XueQian, JIANG Xu, XU YanRan, LIU ZhongKuan, LONG RuiCai, KANG JunMei, YANG QingChuan, LI MingNa. Identification of Alfalfa (Medicago sativa) MsCEP Genes and Functional Analysis of Its Regulation in Root Growth and Development[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(24): 4839-4853.
表1
紫花苜蓿35个MsCEP基因家族成员的理化特征"
基因编号 Gene ID | 基因名称 Gene name | 氨基酸数目 No. of amino acids | 等电点 pI | 分子量 Molecular weight (Da) | 不稳定指数 Instability index | 脂肪系数 Aliphatic index | 平均疏水指数 Grand average of hydropathicity | 亚细胞定位 Subcellular localization |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
MS.gene24367.t1 | MsCEP1 | 107 | 6.40 | 12077.73 | 37.90 | 81.96 | -0.428 | 细胞核Nucleus |
MS.gene044007.t1 | MsCEP2 | 107 | 5.86 | 12066.66 | 43.06 | 83.83 | -0.407 | 细胞核Nucleus |
MS.gene67093.t1 | MsCEP3 | 107 | 5.86 | 12066.66 | 43.06 | 83.83 | -0.407 | 细胞核Nucleus |
MS.gene062764.t1 | MsCEP4 | 107 | 5.86 | 12066.66 | 43.06 | 83.83 | -0.407 | 细胞核Nucleus |
MS.gene63725.t1 | MsCEP5 | 86 | 10.41 | 9234.91 | 36.16 | 134.88 | 0.377 | 叶绿体Chloroplast |
MS.gene002621.t1 | MsCEP6 | 102 | 9.75 | 11158.06 | 52.67 | 99.31 | -0.079 | 高尔基体、细胞核 Golgi apparatus, Nucleus |
MS.gene01607.t1 | MsCEP7 | 102 | 9.75 | 11158.06 | 52.67 | 99.31 | -0.079 | 高尔基体、细胞核 Golgi apparatus, Nucleus |
MS.gene03109.t1 | MsCEP8 | 102 | 9.75 | 11145.06 | 52.67 | 99.31 | -0.052 | 细胞核Nucleus |
MS.gene004299.t1 | MsCEP9 | 102 | 9.75 | 11144.03 | 48.89 | 99.31 | -0.079 | 细胞核Nucleus |
MS.gene049393.t1 | MsCEP10 | 90 | 5.80 | 9926.39 | 61.99 | 79.11 | -0.162 | 叶绿体、细胞核Chloroplast, Nucleus |
MS.gene06520.t1 | MsCEP11 | 90 | 5.80 | 9926.39 | 61.99 | 79.11 | -0.162 | 叶绿体、细胞核Chloroplast, Nucleus |
MS.gene013422.t1 | MsCEP12 | 90 | 5.80 | 9926.39 | 61.99 | 79.11 | -0.162 | 叶绿体、细胞核Chloroplast, Nucleus |
MS.gene27830.t1 | MsCEP13 | 99 | 10.11 | 10829.94 | 54.09 | 105.25 | 0.193 | 叶绿体、高尔基体、细胞核 Chloroplast, Golgi apparatus, Nucleus |
MS.gene058837.t1 | MsCEP14 | 99 | 10.11 | 10829.94 | 54.09 | 105.25 | 0.193 | 叶绿体、高尔基体、细胞核 Chloroplast, Golgi apparatus, Nucleus |
MS.gene023603.t1 | MsCEP15 | 99 | 10.11 | 10829.94 | 54.09 | 105.25 | 0.193 | 叶绿体、高尔基体、细胞核Chloroplast, Golgi apparatus, Nucleus |
MS.gene28597.t1 | MsCEP16 | 141 | 7.87 | 15729.38 | 41.08 | 60.14 | -0.755 | 细胞核Nucleus |
MS.gene28596.t1 | MsCEP17 | 102 | 6.96 | 10651.16 | 50.09 | 98.43 | 0.108 | 细胞膜、细胞核Cell membrane, Nucleus |
MS.gene44917.t1 | MsCEP18 | 141 | 7.87 | 15743.4 | 42.15 | 60.14 | -0.755 | 细胞核Nucleus |
MS.gene44918.t1 | MsCEP19 | 102 | 6.96 | 10651.16 | 50.09 | 98.43 | 0.108 | 细胞膜、细胞核Cell membrane, Nucleus |
MS.gene44919.t1 | MsCEP20 | 150 | 10.23 | 16286.74 | 31.10 | 68.80 | -0.382 | 细胞膜Cell membrane |
MS.gene82945.t1 | MsCEP21 | 63 | 8.23 | 6692.53 | 89.93 | 63.49 | -0.606 | 细胞核Nucleus |
MS.gene011842.t1 | MsCEP22 | 141 | 7.87 | 15743.4 | 42.15 | 60.14 | -0.755 | 细胞核Nucleus |
MS.gene011843.t1 | MsCEP23 | 102 | 6.96 | 10651.16 | 50.09 | 98.43 | 0.108 | 细胞膜、细胞核Cell membrane, Nucleus |
MS.gene011844.t1 | MsCEP24 | 150 | 10.23 | 16286.74 | 31.10 | 68.8 | -0.382 | 细胞膜Cell membrane |
MS.gene056566.t1 | MsCEP25 | 63 | 8.23 | 6722.56 | 84.82 | 61.90 | -0.646 | 细胞核Nucleus |
MS.gene80019.t1 | MsCEP26 | 90 | 5.86 | 9511.51 | 52.70 | 70.44 | -0.607 | 细胞核Nucleus |
MS.gene80020.t1 | MsCEP27 | 141 | 7.87 | 15743.4 | 42.15 | 60.14 | -0.755 | 细胞核Nucleus |
MS.gene80021.t1 | MsCEP28 | 122 | 9.69 | 13361.94 | 30.63 | 65.33 | -0.517 | 细胞核Nucleus |
MS.gene80022.t1 | MsCEP29 | 150 | 10.19 | 16238.65 | 31.23 | 68.80 | -0.397 | 细胞膜Cell membrane |
MS.gene067991.t1 | MsCEP30 | 63 | 8.23 | 6722.56 | 84.82 | 61.90 | -0.646 | 细胞核Nucleus |
MS.gene28559.t1 | MsCEP31 | 59 | 10.04 | 6739.56 | 72.42 | 54.41 | -1.110 | 细胞核Nucleus |
MS.gene28558.t1 | MsCEP32 | 150 | 10.23 | 16286.74 | 31.10 | 68.80 | -0.382 | 细胞膜Cell membrane |
MS.gene28557.t1 | MsCEP33 | 102 | 6.96 | 10651.16 | 50.09 | 98.43 | 0.108 | 细胞膜、细胞核Cell membrane, Nucleus |
MS.gene28556.t1 | MsCEP34 | 141 | 7.06 | 15716.33 | 39.26 | 58.79 | -0.772 | 细胞核Nucleus |
MS.gene83398.t1 | MsCEP35 | 63 | 8.23 | 6722.56 | 84.82 | 61.90 | -0.646 | 细胞核Nucleus |
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