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野生花生中磷脂酰乙醇胺结合蛋白的分子和转录特性arachis duranensis.arachis ipaensis.

摘要

背景

磷脂基乙醇胺结合蛋白(PEBPS)参与了植物建筑和开花时间的调节。职能PEBP在许多植物物种中研究了基因。但是,关于特征和表达型材的知名知之甚少PEBP野生花生种类的基因,arachis duranensis.arachis ipaensis.栽培花生的二倍体祖先。

结果

在该研究中,使用基因组鉴定方法来鉴定和表征总共32个花生PEBP两种野生花生各16个基因,A. Duranensis.A. iPaensis..这些PEBP基因分为3组(终端FLOWER1-像,开花轨迹T.- 它和ft和tfl1的母亲基于它们的系统发育关系。这些基因结构,图案和它们中的每一个的染色体位置PEBPs分析了。此外,还确定了4个同胞变性重复和1个串联复制A. Duranensis.和2个中间瘤细胞糖尿病和1个串联帕拉拉在A. iPaensis..九十五不同独联体-作用元素在PEBP基因启动子区域和大多数基因具有不同的数量和类型独联体元素。因此,它们的转录模式PEBP基因在不同的组织中和在不同生长阶段的漫长一天和短日情况下变化,表明功能多样性PEBPs在不同组织中及其在植物光周期依赖性发育途径中的潜在功能。此外,我们的分析显示AraduF950M/AraduWY2NXA. Duranensis., 和ARAIP344D4/Araip4V81GA. iPaensis.是用于调节植物建筑的良好候选人,以及Aradu80YRY AraduYY72S,AraduEHZ9YA. Duranensis.AraipVEP8TA. iPaensis.可能是调控花期的关键因子。

结论

十六PEBP从两个二倍体野生花生基因组中分别鉴定和表征了基因,A. Duranensis.A. iPaensis..遗传特征和时空表达分析表明它们在植物生长发育中的重要作用。这些发现进一步加深了我们对PEBP植物物种的基因功能。

背景

开花时间是影响植物后代产量的关键因素。因此,植物已经进化了复杂的系统,该系统调节从植物生殖阶段的过渡。开花时间的精确调整由内部和环境提示控制[123.4.].已经鉴定了几种调节开花时间的途径,例如光周期,春化,葛根酸和自主途径[125.6.7.].此外,许多分子调控成分已被证明参与这些开花调控途径。例如,许多MADS-box家族成员和磷脂酰基乙醇胺结合蛋白(pebp)已经被证明参与了从茎尖分生组织到花序分生组织的转换[18.9.].

PEBP基因家族是一组古老、保守的基因,编码蛋白质,在所有真核生物界(包括细菌、动物和植物)中高度相似[10.11.12.].pebp是通过其与磷脂酰乙醇胺脂相结合的偏好而识别的[13.].以前对功能的研究PEBP基因的发现PEBPs编码在许多物种中调节生长和分化的多种信号通路中涉及的蛋白质[12.14.15.].在植物中,PEBP基因主要参与开花时间和工厂建筑规定[11.16.17.].许多最近的研究已经调查了个体PEBP然而,基因是完整的PEBP科仅在少数植物物种中进行了研究,如拟南芥、大豆、水稻、玉米和棉花[8.18.19.20.].

在植物中,PEBP家庭基因一般分为三组:终端FLOWER1TFL1)式,开花轨迹T.英国《金融时报》)式,ft和tfl1的母亲MFT.) - 般的子家庭[18.18.21.22.].在拟南芥中,英国《金融时报》- 类似的子家庭包含两个成员,英国《金融时报》ft的孪生姐妹TSF.),两者都促进从植物转变为生殖增长[123.24.].英国《金融时报》是一种生物钟基因,其蛋白质已被证明从叶向茎尖分生组织移动,并与转录因子FD相互作用,加速开花[25.26.27.28.29.].TSF.的最接近的同系物英国《金融时报》,具有类似的功能。过度的TSF.促进开花tsf突变体具有延迟开花时间表型[130.].这TFL1麦克/地区有三名成员,TFL1拟南芥CENTRORADIALISATC.),英国《金融时报》的兄弟BFT),所有这些都据报道延迟开花时间。TFL1参与花期和植物结构的调节。突变的TFL1导致早花期和确定的生长习性[131.].ATC.是短日诱导的花卉抑制剂,其蛋白质通过脉管系统到射击顶点来影响开花时间[132.].BFT显示傍晚峰值的日振荡表达式模式,类似于英国《金融时报》.过度的BFT导致延迟开花时间和严重的花卉缺陷,而倒闭BFT对开花时间没有影响。因此,BFT在确定开花时间的决定中冗余工作[133.].这MFT.-like子组只包含一个成员,MFT.,这有弱点英国《金融时报》- 类似的活性,主要参与种子萌发信号途径[34.35.].

花生是世界各地的重要油豆科植物。栽培的花生是同种异体一体化(AABB,2N= 4X= 40),并被认为是源于两个二倍体物种的杂交和多倍体化,A. Duranensis.(AA Genome)和A. iPaensis.(BB Genome)[36.37.38.39.].改善工厂建筑和开花时间可以帮助增加花生生产。功能基因的分析有助于鉴定可以对花生品种的修饰来增加产量。对野生花生基因的调查将提供培养花生基因的进一步函数表征的基本信息[4041.].在这项研究中,PEBP对两种野生花生的基因进行了鉴定和特征分析。A. Duranensis.A. iPaensis..这些的许多特征PEBP基因分析包括基因进化关系、基因结构、保守基序和基因表达模式。我们的发现将使进一步的特性PEBP花生的基因和蛋白质功能。

方法

植物材料和生长条件

荒野A. Duranensis.PI219823和A. iPaensis.PI468322物种用于基因表达分析。花生种子在自来水中发芽,然后在具有不同光周期的生长室的盆中种植。将生长条件设定为16小时24°C光/ 8小时24°C暗和10小时24°C光/ 14小时24°C漫长的一天和短日光周期。湿度约为30%。在不同的生长阶段发光后,植物叶子被取样2小时。阶段1至第6阶段(S1-S6)被认为是前两个,第三,第四,第五,第六和第七叶的阶段是完全扩展的。确认表达水平PEBP不同组织中的基因,栽培花生Tiffrunner和野生花生在青岛,中国的田地中生长,并收集了不同组织进行分析。在RNA提取之前将样品储存在-80℃。

识别的花生PEBP成员

PEBP保守结构域(PF01161)的氨基酸序列和来自拟南芥的PEBP氨基酸序列[1]和大豆[8.]作为对花生基因组数据库(https://www.peanutbase.org/).使用PFAM数据库进行分析所有输出基因(http://pfam.xfam.org/search)和国家生物技术信息(NCBI)中心,以确认保守的PEBP领域。没有保守域序列的基因被丢弃。使用protparam测定蛋白质分子量和理论异等物电点(https://web.expasy.org/protparam/).使用ProtComp工具预测pebp的亚细胞定位(http://linux1.softberry.com/berry.phtml?topic=protcomppl&group=programs&subgroup=proloc).

系统发育关系分析

来自两种野生花生、栽培花生、拟南芥、大豆、普通大豆和苜蓿的PEBP全长氨基酸序列[8.使用Clustal-X2对齐。对准结果用于使用Mega 7中的邻接方法构建系统发育树[42.43.].

分析PEBP基因结构和保守的主题

野生花生的外显子内组织PEBPs使用基因结构显示服务器程序(GSD)使用从花生基因组数据库获得的编码域序列(CD)和基因组序列来确定[44.].使用MEME工具分析花生PEBP保守的主题(http://meme-suite.org/)以下参数:最大数量为15个图案和6-50个氨基酸残基的最佳主题宽度。

染色体定位、基因复制、共同和独联体表演元素

为了分析染色体分布,PEBP从花生基因组数据库中获得基因位置,并将其映射到物理染色体位置。根据Zhang等人的描述,大豆、普通大豆和花生之间进行了共序分析。[45.].利用OrthoMCL软件对花生PEBP序列进行聚类,利用Circos软件进行同源性分析[46.47.].这独联体-花生的作用成分PEBPPlantCare预测基因(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)[48.,利用启动子区上游2 kb的翻译起始密码子PEBP基因。

亚细胞定位分析

代表性野生花生的亚细胞本地化PEBP如Li等人所述分析基因。[49.].每一个完整的PEBP基因和GFP扩增,克隆到修饰的pCAMBIA1300载体上。然后这些构念被瞬时表达烟草benthamiana用农杆菌介导的渗透法处理。

RNA提取和表达分析

如Li等人所述进行RNA提取和定量实时PCR(QRT-PCR)。[49.].简单地说,用RNeasy迷你试剂盒(Qiagen)分离植物总RNA。使用SuperScript II逆转录酶(Promega)和1.5 μg总RNA合成第一链cdna。使用LightCycler480 SYBR Green I Master Kit (Roche Diagnostics)在LightCycler480机器(Roche Diagnostics)上进行qRT-PCR。qRT-PCR扩增程序如下:94℃10 s, 58℃10 s, 72℃10 s, 40个循环。基因表达量归一化至野生花生肌动蛋白表达基因(Araduw2Y55.要么ARAIPFY50U.).对于栽培花生中的基因表达分析,基因表达水平被标准化为肌动蛋白-表达基因,如Sui等人所述[50.].使用三种生物重复分析每个样品。本研究中使用的所有引物列于其他文件中10..确定转录模式PEBPRNA-seq数据集取自花生数据库(https://peanutbase.org/gene_expression.).这22个组织被Clevenger等人鉴定为[51.],详情如下:‘幼苗叶’(出苗后10天的幼苗叶),‘主茎叶’,‘侧茎叶’,‘营养茎尖’(来自主茎),‘生殖茎尖’(来自第一个侧叶),‘根’(10日生根),‘根瘤根’(25日生根瘤),‘花’(花被),‘雌蕊’(雌蕊),‘雄蕊’(雄蕊),“空中妇科提示”(空中雌蕊柄尖),“子妇科提示”(地下雌蕊柄尖),“PodPt1”(帕蒂阶段1 pod),“StalkPt1”(帕蒂阶段1杆),“PodPt3”(帕蒂第三阶段pod)的果皮Pattee5”(帕蒂阶段5果皮),“种子Pattee5”(帕蒂阶段5种子),“果皮Pattee6”(帕蒂阶段6果皮),“种子Pattee6”(帕蒂阶段6种子),'种子Pattee7 '(帕蒂第7阶段种子),'种子Pattee8 '(帕蒂第8阶段种子),和'种子Pattee10 '(帕蒂第10阶段种子)。这A. hypogaea.基因表达谱被定位到A. Duranensis.A. iPaensis.热图分析[51.52.53.].

结果

的识别PEBP两种野生花生种类的基因

识别PEBP在野生花生物种中表达的基因A. Duranensis.A. iPaensis.,PEBP保守结构域(PF01161)的氨基酸序列(PF01161)和来自拟南芥和大豆的全长PEBP蛋白序列用作针对花生基因组数据库的爆炸询问。然后使用PFAM和NCBI工具确认这些候选人中的保守PEBP域PEBP基因。总共,32PEBP从两个野生花生基因组中鉴定基因(表1).多个PEBP使用基因组,Cd和氨基酸序列分析基因特性(表1).野生花生的基因组长PEBP基因范围从989 BP(AraduP7QP3)至8770bp (AraduWY2NX), CDS长度为327 bp (AraduWY2NX)至630 bp(Aradug0njw),推测氨基酸数目为108 ~ 209。预测每个PEBP的分子量和等电点(由于缺乏相关信息,将AraduG0NJW丢弃)。分子量为12,058.74 ~ 20,482.26 kDa,等电点为4.93 ~ 9.68。此外,对PEBP的亚细胞定位进行了预测。未发现Aradu23179、Aradu60NUI或AraipV0B0S的定位信息所有其他野生花生pebp均定位于细胞质和细胞核(见表)1),类似于大豆pebp [8.].几个PEBP的亚细胞本地化A. Duranensis.,包括AraduWY2NX、AraduYY72S和AraduQIZ46A. iPaensis,鉴定包括ARAIP4V81G,ARAIPVEV8T和ARAIPA8S33。结果证实了它们在细胞质和核中的亚细胞局部(附加文件1).

表1PEBP成员来自两种野生花生

染色体定位分析

确定野生花生的染色体位置PEBPs, 这PEBP利用花生基因组数据库将基因定位到相关染色体位置。1).染色体分布图显示了16个染色体的位置PEBP两种野生花生的基因(图。1和表格1).对于AA基因组野生物种,PEBP基因分布在10条染色体中的7条上PEBP在染色体1,7或9上发现基因。染色体2含有最多PEBP基因,总共4(图。1).相比之下,BB野生花生基因组的10条染色体中有9条含有PEBP基因,除染色体外。染色体4和6含有最多PEBPBB基因组中的基因,3PEBP基因(图。1).在这些当中PEBP基因,大多数位于染色体臂中(图。1).只有四个基因,包括Araduwy2nx,Aradurjp5k,Aradug0njw,Araip4V81G的染色体靠近中间(图。1).

图1
图1

染色体的分布PEBP基因在A. Duranensis.(AA Genome)和A. iPaensis.(BB Genome)

分类和系统发育分析PEBP基因

在植物中,PEBP基因可以分为3个亚家族,TFL1-像,英国《金融时报》- 它和MFT.- 根据他们的基因结构[18.].分类野生花生PEBP将基因分为不同的亚家族,并根据研究充分的同源性推断信息PEBP来自其他植物物种的基因,构建了系统发育树PEBP来自野生花生,拟南芥,大豆,常见豆和Medicago的基因[8.].系统发育关系分析分类为野生花生PEBP基因进入3个子家庭(图。2和表格1).在这些成员中,8PEBP基因属于TFL1- 般的子家庭,17名成员被分组成了英国《金融时报》- 般的子家庭和7PEBPs被归为MFT.- 般的子家庭。AA基因组包含8个英国《金融时报》- 它,4.TFL1- 它和4MFT.- 样基因。相比之下,BB基因组有9英国《金融时报》- 它,4.TFL1- 它和3MFT.这可能反映了AA和BB基因组中基因的功能分化。由于栽培的花生是一种异源四倍体,由杂交和多倍体衍生而来A. Duranensis.A. iPaensis.,栽培花生(A. hypogaea.PEBP基因也进行了调查PEBP成员被确定(附加文件2).系统发育分析表明A. hypogaea.基因组含有8TFL1- 它,16.英国《金融时报》- 它和7MFT.类成员(附加文件2).

图2
图2.

两种野生花生物种PEBP蛋白的进化关系分析。来自野生花生物种,拟南芥,大豆,常见豆类和Medicago的PEBP氨基酸序列用于构建系统发育树

在野生花生AA和BB基因组中发现了许多同源基因对[4041.54.55.].因此,直观PEBP利用野生花生PEBP氨基酸序列生成的系统发育树(图。3.一种)。十五否tthologousPEBP基因对(全部除外araipya5yuAradu60nui.)被归为同一类(图。3.一种)。大多数基因对具有高度相似的CD和蛋白质序列(图。3.一个和表2),表明同源基因具有相似的功能。染色体定位分析表明,15对同源基因中有11对位于同一位点A. Duranensis.A. iPaensis.染色体(图。1和表格2).然而,AraduEHZ9YAraduA6WCN,Aradug0njw与相关的同源基因位于不同的染色体上A. iPaensis.Aradurjp5k.位于染色体8的中间部分,而其正交基因,AraipT6XJY,位于染色体臂(图。1和表格2).这表明二倍体花生基因组中可能发生过染色体重排[54.56.].

图3
图3.

系统发育及结构分析PEBP来自两种野生花生的基因。一种野生花生PEBP蛋白的系统发育关系分析。绿色,粉红色和浅蓝色表示TFL1-像,MFT.- 它和英国《金融时报》例如sub-families,分别。B.外显子内部组织PEBP基因。UTRS,外显子和内含子分别由深蓝色,红色和黑线表示。C绿框表示不同花生PEBP蛋白中的保守PEBP结构域

表2AdPEBPAiPEBP正交基因

的外显子-内含子结构和保守结构域PEBP基因

经典PEBP成员具有保守的4-外显子结构[19.].以确定野生花生的基因结构PEBP基因,基因结构显示服务器程序用于调查PEBPexon-intron组织(44.].我们的调查结果显示32中的23个PEBP成员的基因结构为4外显子保守,9个基因的组织结构不一致(图2)。3.b).对于这9个基因英国《金融时报》- 麦克风AraduEHZ9YAradu80yry.araipv23ze., 和AraipZJ9GZ分别包含5、3、2和5个外显子。这MFT.- 麦基基因Aradu60nui.Aradu23197Araduv0b0s,AraipA8S33分别有2、2、2和3个外显子,TFL1例如基因ARAIP344D4有3个外显子(图。3.b).此外,对每个野生花生PEBP蛋白的PEBP结构域进行了分析,发现PEBP结构域的长度超过了每个PEBP蛋白的一半,除了AraipZJ9GZ(图)。3.C和附加文件3.).为了进一步分析PEBP的结构,我们对PEBP蛋白的保守基序进行了研究。在32种野生花生pebp中发现了15种不同的基序(图1)。4.和额外的文件4.).但在所有PEBP蛋白上均未发现单一motif,说明其功能存在多样性。

图4
图4.

野生花生PEBP蛋白模因鉴定。编号1-15的彩色盒子表示不同的主题

分析PEBP基因复制和同步

多倍性在开花植物中很常见,基因复制常发生在基因进化过程中[57.,对野生花生基因组进行同源性分析。在这两种基因中都发现了许多副同源基因A. Duranensis.A. iPaensis.(无花果。5.).4个染色体间重复和1个串联重复A. Duranensis..三染色体间重复,Araduyy72s / Araduehz9y.Aradu80YRY / AraduEHZ9Y, 和Aradua6wcn / Aradua4isl.,属于英国《金融时报》例如sub-family和AraduWY2NX / AraduF950M属于TFL1-subfamily。串联复制由三个基因组成:AraduA9H9TAraduA4ISL,Aradu1i7e9..两个中间瘤细胞糖尿病,ARAIPWWI38 / ARAIPVEP8T.ARAIPWWI38 / ARAIPYA5YU,发现一个串联重复A. iPaensis..这两对重复的基因属于英国《金融时报》-like子类,串联帕拉戈尔载有三名成员:Araippc28f.AraipT1SIZ,araipu9hl1..此外,同源性分析也在介于之间A. Duranensis.A. iPaensis.鉴定了25个同源基因对。在这些基因对中,串联重复AraduA9H9TAraduA4ISL,Aradu1i7e9.A. Duranensis.被发现与串联副鸟同源Araippc28f.AraipT1SIZ,araipu9hl1.A. iPaensis.(无花果。5.).

图5
图5.

同源性分析A. Duranensis.答:ipaensis PEBP基因绿线表示之间的同源基因对A. Duranensis.A. iPaensis..红线表示重复的基因对A. Duranensis.蓝线表示复制事件A. iPaensis.

拟南芥TFL1调节植物建筑及其在豆类中的同源基因是具有保守功能的混合性[158596061].探讨野生花生的潜在功能TFL1般的基因,围绕大豆生长习性基因的基因组区域GMDT1(Glyma19G194300),普通豆类生长习性基因PvTFL1y (Phvul001g189200)和野生花生TFL1与同源物相比,以确定它们是否是Syntelogs。野生花生基因之间的同步AraduF950MAraduWY2NXARAIP344D4araip4v81g,大豆GmDt1和常见的豆子PvTFL1y在所有地区发现(附加文件)5.),表明这些基因可能是同源基因,这些野生花生基因可能参与植物结构调控。

分析独联体-野生花生的作用成分PEBP基因启动子区

调查野生花生的调节PEBP基因表达,独联体分析了翻译起始密码子上游2 kb启动子区域的作用元件。总共有95种独联体- 在这些上游发现元素PEBP其中56个被预测具有推定功能,包括发育相关元件7个,环境胁迫相关元件4个,激素响应元件10个,光响应元件26个,启动子相关元件5个,位点结合相关元件4个(表)3.和额外的文件6.).在这些功能中独联体- 为元素,光响应元素是每个最丰富的类型PEBP启动子,以及所有的PEBP基因含有激素响应元素,光响应元件和启动子相关元素,表明所有的PEBPs参与相关的信号传导途径(表3.).此外,在所有32个野生花生中发现了启动子相关元素塔塔盒PEBP推动者区域,表明TATA盒是表达的必要条件PEBP基因。三十一PEBP促销者包含光响应元件盒4,除了英国《金融时报》例如基因araipya5yu(附加文件6.).此外,还有类型和数量独联体-作用要素在各区域间呈现出不同的分布PEBP启动子(表格3.和额外的文件6.),建议PEBP基因在功能上是不同的,可能在不同的信号通路中起作用。

表3独联体每次野生花生的启动子区域中的元素PEBP基因

野生花生PEBP多种组织中的基因表达模式

为进一步研究野生花生的潜在功能PEBP基因,PEBP利用该数据集分析了22个不同组织的基因转录模式A. hypogaea.基因表达映射到A. Duranensis.A. iPaensis.[51.52.].表达水平随机选取几个PEBP在几个野生花生和培养的花生组织中检查基因,发现它们的表达模式类似于公布的数据集(附加文件7.).许多野生花生PEBP基因显示组织特异性表达谱。例如,所有的MFT.类成员,包括4AdPEBP成员(Aradu60nui.AraduQIZ46Aradu23179, 和Araduz8jsi.)和3AiPEBP基因(AraipV0B0SAraipWF9GZAraipA8S33),在种子中含量很高,表明它们可能在种子的生长发育中起作用(图。6.).这英国《金融时报》例如基因AraipZJ9GZ显示侧茎叶,营养射击提示和生殖射击提示的高表达水平。相比之下,5英国《金融时报》类成员,包括2AdPEBP基因(Aradu1i7e9.Aradua4isl.)和3.AiPEBP基因(araipwwi38,araipya5yu,araipv23ze.),在所有测试组织中低水平表达(图。6.),建议他们在开花时间监管中可能具有弱或无功能。还研究了重复的基因对表达,并且一些重复的基因对在一些组织中显示出类似的表达模式(图。6.).例如,Aradu80yry.AraduEHZ9Y在花中显示出类似的表达水平,和AraduWY2NXAraduF950M在生殖射击尖端中彼此非常相似,表明它们可能在这些组织中具有类似的功能。相反,一些重复的基因对显示出明显的表达模式。例如,Aradua6wcn.在营养芽尖端和茎Pt1的高水平表达,而其重复的基因,AraduA4ISL,所有测试组织中的表达水平低(图。6.),表明在进化期间的功能分歧。因为许多野生花生PEBP基因与栽培花生同源PEBP基因(附加文件8.),比较直际基因表达水平许多同源基因表达水平相近。例如,AraipYA5YU / ArahyFW8Z6TAraipWWI38 / Arahy5H2LSK,Aradu1i7e9 / Arahyxgva1e.在大多数被测试的组织中有相似的表达模式(附加文件9.).

图6
图6.

表达概况为32PEBP来自两种野生花生22个不同组织的基因。22个花生组织(由Clevenger [51.]使用。用于热图分析,A. hypogaea.基因表达被映射到A. Duranensis.A. iPaensis., 分别

野生花生的表达分析PEBPs不同生长期长日照和短日照条件下

许多light-responsive独联体在野生花生中发现了-作用元素PEBP推动者区域。就这样PEBP在不同的生长阶段在不同光周期下的野生花生中研究了基因表达。在一些生长阶段,不同的光周期改变了大多数的表达式模式PEBP基因(图。7.8.),表明它们在发育相关阶段的光响应中发挥重要作用。一些PEBP基因在漫长的一天条件下,在所有生长阶段都显示出一致的表达水平,包括Aradua6wcn.Aradua9h9t,Aradu1i7e9.A. Duranensis., 和AraipVEP8Taraipv23ze.AraipT1SIZ,AraipZJ9GZA. iPaensis.,所有这些属于英国《金融时报》例如sub-family(无花果。27.8.).在短昼光周期下,AraduF950MAraipPC28F,Araip4V81G在不同的生长相中展示了一致的表达水平(图。7.8.).此外,表示AraipZJ9GZ在短的一天条件下比所有测试生长阶段的长期条件更高(图。8.).在长日照条件下,一些重复的基因对在整个生长阶段表现出相似的表达模式,如Araduyy72s / Araduehz9y.ARAIPWWI38 / ARAIPYA5YU(无花果。7.8.),建议这些重复的基因可以在功能上是多余的。

图7
图7.

A. Duranensis.PEBP长昼和短昼光周期下的基因表达水平。LD,漫长的一天;SD,短的一天。在长昼和短昼光周期下分别设置16 h光照/8 h暗周期和10 h光照/14 h暗周期。每个基因的表达水平是相对于一个表达的基因。每个样品采用3个生物重复进行分析

图8
图8.

A. iPaensis.PEBP长昼和短昼光周期下的基因表达水平。LD,漫长的一天;SD,短的一天。在长昼和短昼光周期下分别设置16 h光照/8 h暗周期和10 h光照/14 h暗周期。每个基因的表达水平是相对于一个表达的基因。每个样品采用3个生物重复进行分析

讨论

描述的PEBP基因极大地增加了我们对许多植物物种中调控开花时间和植物结构的分子机制的认识[8.18.19.20.].花生是全世界重要的油籽作物,以及鉴定花生PEBP基因有助于我们进一步了解花生开花时间和植株结构调控的功能。此外,对野生花生的调查PEBP基因为花生栽培相关基因的进一步功能表征提供了必要的信息[4041.].在我们的研究中,有32个PEBP对两个野生花生基因组进行了基因鉴定。

不同的植物物种具有不同的数量PEBP基因(8.18.19.].两种二倍体野生花生,A. Duranensis.A. iPaensis.,有16个PEBP基因(表1).旨在源自两倍类二倍体野生物种的杂交和多倍化的同种异体一种覆盖的花生,以及基因组大小A. hypogaea.是接近的和A. Duranensis.A. iPaensis.基因组[36.37.38.39.].这A. hypogaea.基因组含有31.PEBP会员(附加文件2),这也接近了这一总和PEBP基因在A. Duranensis.A. iPaensis.基因组。这两种野生花生基因组含有8TFL1- 它,17英国《金融时报》- 它和7MFT.- 状成员(图。2和表格1),虽然A. hypogaea.基因组包含8TFL1- 它,16.英国《金融时报》- 它和7MFT.类成员(附加文件2).可能是其中之一英国《金融时报》- 般的基因A. hypogaea.在进化过程中消失了。此外,拟南芥、水稻、大豆和玉米分别有6个、19个、23个和24个PEBP成员,分别8.18.19.].基因组大小A. Duranensis.A. iPaensis.a . hypogaea拟南芥,大米,大豆和玉米是1.25 GB,1.56 GB,2.7 GB,125 MB,466 MB,1.1 GB和2.3 GB,分别[4062636465].因此,这些植物中的基因组尺寸与数量不相关PEBP基因。

基因复制在植物中尤为普遍,为新的基因功能提供了资源。一些复制的基因变成假基因,没有功能,而其他的基因复制对进化出新的功能[8.66].例如,重复PEBP由于关键氨基酸的改变,大豆中的基因在功能上发生了分化[8.].4个染色体间重复和1个串联重复A. Duranensis.,发现2个染色体间重复和1个串联重复A. iPaensis.(无花果。5.).部分野生花生复制基因对表达模式相似,而其他基因对在不同组织或生长阶段的表达水平不同。6.7.8.).例如,Aradu80yry./AraduEHZ9YAraduWY2NX/AraduF950M这些基因在生殖茎尖的表达量相近,说明这些基因在功能上是保存的。相反,表达Aradua6wcn.在营养射击尖端和茎PT1中很高,而其复制品,AraduA4ISL,在这两个组织中有低表达水平(图。6.),表明这些复制的功能有分歧PEBP基因。

在这些当中PEBP成员,英国《金融时报》TFL1在许多物种中都很顺利[1].花期的调节由英国《金融时报》已经受到了高度调查。这英国《金融时报》- 麦基基因Aradu80YRY AraduYY72S,AraduEHZ9YA. Duranensis., 和AraipV23ZE、AraipVEP8T AraipYA5YU,AraipWWI38A. iPaensis.,在拟南芥中高度保守英国《金融时报》TSF.基因(图。2).然而,araipv23ze.araipya5yu,AraipWWI38在所有测试组织中具有非常低的表达水平(图。6.).可能就是这样Aradu80YRY AraduYY72S,AraduEHZ9YA. Duranensis.AraipVEP8TA. iPaensis.对花期的调控有重要作用。TFL1是参与植物构型调控的重要基因之一。同源的基因TFL1已被证明可以参与植物建筑规则在许多豆类中,如大豆(GmDt1),常见的豆(PvTFL1y)和绿豆(VRDET1.),这三个基因是Syntelogs [158596061].同步之间AraduF950M/AraduWY2NXARAIP344D4/Araip4V81G, GmDt1, 和PvTFL1y观察到A. Duranensis.A. iPaensis.,分别(附加文件5.),表明它们在植物结构调控中起作用。只有一个TFL1在大豆,常见的豆类和床上涉及植物建筑监管的基因。虽然两个基因具有与大豆同步GmDt1和菜豆PvTFL1yA. Duranensis.A. iPaensis.分别在两种野生花生种中,只有一个关键构件也只有一个涉及的植物架构调节。MFT.通过脱落酸和赤霉酸途径在种子萌发中起重要作用[34.35.].在野生花生,建议-就像PEBP成员在种子中的表达水平高于其他组织(图。6.),表明这些基因可能在种子发育和种子萌发途径中发挥关键作用。未来的工作需要充分阐明的参与PEBP在开花时间和植物建筑学调节途径的基因在野生花生。

独联体- 为元素是结合转录因子和活性基因表达的重要因素。花生PEBP发现启动子区域含有各种各样的顺式作用元件包括发育元件、环境胁迫相关元件、激素响应元件、光响应元件、启动子相关元件、位点结合相关元件(表)3.和额外的文件6.).这表明了PEBP基因可能在这些信号途径中具有重要作用。此外,表达模式PEBP基因在不同的组织和不同的生长阶段是不同的。6.7.8.),进一步支持功能差异。全部PEBP基因包含光响应元件,大部分花生PEBP基因在漫长的日期与短日生长条件下表现出改变的表达模式(图。7.8.和表格3.),表明它们可能通过光周期依赖性途径参与植物开发。虽然大多数英国《金融时报》- 样基因含有这6种功能独联体- 元素元素(表3.和额外的文件6.),10英国《金融时报》在长期条件下,在不同组织或在生长阶段的不同组织中具有低表达水平或不变的表达水平(图。6.7.8.).这可能是由于这些基因在长日照条件下,在这些组织或生长阶段的功能较弱或没有作用。一些PEBP成员,比如英国《金融时报》例如基因(123.49.,是生物钟基因,可能在本研究未检测的一天中的其他时间表达。此外,英国《金融时报》例如基因AraipZJ9GZ在短日情况下表现出更高的表达水平(图。8.),建议AraipZJ9GZ参与在短日短日落的开花时间监管,而不是漫长的一天条件。总而言之,变异独联体-element数量和基因表达模式英国《金融时报》- 般的基因可能反映出他们在开花时间监管中的功能多样性。TFL1- 克里MFT.-像PEBP基因可能在其他功能途径中类似地不同。另外,许多野生花生PEBP基因与栽培花生基因同源(附加文件)8.),因此,野生花生的表达模式PEBP基因可以用来推断PEBP基因表达A. hypogaea.在漫长的一天和短日条件下的生长阶段。

结论

用全基因组分析方法鉴定和表征了16PEBP来自两个二倍体野生花生种类的基因,A. Duranensis.A. iPaensis..这些的许多特征PEBP研究了基因,包括染色体分布,基因结构和基序。32.PEBP基因被分为TFL1-像,英国《金融时报》- 它和MFT.- 类似的子家庭。在野生花生物种中鉴定了间同胞形式重复的基因对和串联复制事件。此外,还发现了四种可能在植物架构中发挥重要作用的四种基因,并且可以识别出可能调节开花时间的另外四个。九十五独联体-作用元件被鉴定,其中56个具有假定的功能,可能负责组织和光周期表达模式的差异。详细了解野生花生PEBP基因对于未来的努力将有助于修改花生植物开花时间和植物建筑。

可用性数据和材料

在当前研究期间生成和分析的数据集可从相应的作者获得合理的请求。

缩写

答:(duranensis

arachis duranensis.

A. iPaensis:

arachis ipaensis.

AA:

氨基酸

空中交通管制:

拟南芥蒂利亚纳Centroradialis.

BFT:

英国《金融时报》的兄弟

CD:

编码域序列

装备:

染色体数目

英国《金融时报》:

开花轨迹T.

通用汽车:

甘氨酸最大

GSDS:

基因结构显示服务器程序

LD:

漫长的一天;SD,短短

建议:

ft和tfl1的母亲

Mol.Wt:

分子量

n / a:

不适用

NCBI:

国家生物技术信息中心

PEBP:

ethanolamine-binding磷脂蛋白

PI:

等电点

Pv:

phoudolusulus vulgaris.

QRT-PCR:

定量实时聚合酶链反应

S1:

阶段1

S2:

第2阶段

S3:

第3阶段

S4:

第4阶段

S5:

第5阶段

S6:

第6阶段

TFL1:

终端FLOWER1

TSF:

ft的孪生姐妹

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下载参考

致谢

感谢青岛农业大学张晓军提供的野生花生种子PI219823和PI468322。

资金

国家自然科学基金面上项目(no . 31971898, no . 31601372);青岛农业大学科研基金面上项目(no . 6631115039, no . 6631119010)。资助方在研究的设计、数据的收集、分析和解释以及手稿的撰写中没有任何作用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

SL构思并设计了本研究。HJ, XT, MX, HZ, JS, CC进行了实验并分析了数据。SL写了手稿。所有作者阅读并批准了手稿。

通讯作者

对应于帅李

伦理宣言

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

利益争夺

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

额外的信息

出版商的注意事项

Springer Nature在发表地图和机构附属机构中的司法管辖权索赔方面仍然是中立的。

补充信息

附加文件1。

PEBP蛋白在烟草叶片细胞中的亚细胞定位。

附加文件2。

野生花生与栽培花生PEBP蛋白的进化关系分析

附加文件3。

野生花生PEBP结构域的比对。沃特,金针黄,和水的颜色表明TFL1-像,MFT.- 克里英国《金融时报》例如sub-families,分别。

附加文件4。

野生花生PEBP蛋白中15个motif的序列标志。“位点”和“宽度”分别表示含有每个基序的野生花生PEBP蛋白的数量和每个基序的氨基酸数量。

附加文件5。

大豆间同源性分析GmDt1,常见的豆子PvTFL1y,和野生的花生TFL1- 样基因。研究了Soybean,常见豆类和野生花生之间分析的同源基因周围的同性区域。(a)之间的同时分析Aradurjp5k.AraipT6XJY,GMDT1(Glyma19G194300), 和PvTFL1y (Phvul001g189200)。(b)之间的同音分析AraduF950MARAIP344D4,GMDT1, 和PvTFL1y。(c)联合症分析AraduWY2NXAraip4V81G, GmDt1, 和PvTFL1y。红色的方框表示我们的目标基因,绿色的方框表示同源基因周围的基因。通用,甘氨酸最大;PV,phoudolusulus vulgaris。

附加文件6。

函数的独联体- 在野生花生的启动子区发现的元素PEBP基因。

附加文件7。

几种野生花生和栽培花生的表达模式PEBP基因。

附加文件8。

野生和栽培的花生局部基因。

附加文件9。

表达概况PEBP栽培和野生花生22种不同组织的基因。

附加文件10。

本研究中使用的引物。

权利和权限

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金,H.,唐,X.,邢梅。et al。野生花生中磷脂酰乙醇胺结合蛋白的分子和转录特性arachis duranensis.arachis ipaensis.BMC植物BIOL.19,484(2019)。https://doi.org/10.1186/s12870-019-2113-3

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关键字

  • 野生花生
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  • 基因家族
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