o-甲基转移酶基因对盐胁迫和纤维发育的多响应

背景

O-甲基转移酶（OMTS）是催化从S-腺苷-1-甲硫氨酸转移到其受体底物中的重要酶组。根据其结构特征，OMTS分为几个组。在Gossypium物种，它们参与酚类和类黄酮途径。酚醛纤维从生物和非生物胁迫的可怕外部条件下防守纤维素纤维，促进植物细胞壁的强度和生长。

结果

一个OMT基因家族共包含192个成员，目前已鉴定出三个主要的基因家族Gossypium物种，G. Hirsutum.，g . arboreum和G．raimondii.．顺式调节元件分析表明OMT生长，发展和防御压力的基因。不同纤维发育阶段的转录组数据在染色体替代段线（CSSL），具有优异的纤维质量的重组近交系（RIL），标准遗传棉品种TM-1证明了上调的OMT不同纤维发育阶段和非生物胁迫处理的基因与纤维品质形成和盐胁迫响应均有显著相关。定量RT-PCR结果显示GhOMT10_Dt和GhOMT70_At基因响应于盐应激而具有特异性表达ghomt49_at.，GhOMT49_Dt,GHOMT48_AT.在纤维伸长和次级电池壁阶段。

结论

我们的结果表明，O-甲基转移酶基因对盐胁迫和纤维发育具有多响应Gossypium物种，它们可能有助于耐盐或纤维质量形成Gossypium．

棉(Gossypium物种）对全球的天然纤维具有重要性。高地棉花的主要目标（G. Hirsutum.)一直以来，我们都希望能以更高的产量获得更高的品质[1]．大多G. Hirsutum.在完全成熟时携带25-40mm的短纤维，长度为15μm，厚度为15μm。纤维细胞必须经过四个不同但部分重叠的发育阶段，包括引发，伸长率，二次电池壁沉积和成熟。主要是由纤维素组成的纤维的二次细胞壁，特别是对于纤维质量的观点是重要的。然而，一些研究表明，亚麻纤维的二级细胞壁（亚麻属植物usitatissimuml .)、苎麻(苎麻L.）和西班牙扫帚（Spartium junceumL.)和纤维素一样也含有酚类物质。他们的纤维以其长度和强度等物理性能而闻名，并已用于纺织用途。据估计，较厚的次生细胞壁中纤维素含量不低于70%，而棉花纤维中纤维素含量接近90% [2，3.]．木质素是细胞壁中的另一个重要组成部分[4]．它提供了植物细胞壁的强度，并对血管植物中的生物和非生物胁迫的反应[5]．木质素的存在，在棉纤维的次级细胞壁中报道较低水平[6[呈负调节棉花中的纤维伸长率和二次细胞壁合成。研究表明，成熟纤维中积聚的木质素和木质素样酚醛酚含量较长，纤维越长，纤维越长[7]．从积极的角度来看，木质素和酚类物质可以保护纤维素纤维抵御恶劣的环境，提高对生物和非生物胁迫的反应能力，从而影响植物细胞壁的生长和强度[8]．以前的草本植物的研究表明了O-甲基转移酶的介断（OMTs)在木质素生物合成中[9]．的参与OMTs在木质素存在下介导正常的植物生长[10.]．最初的OMTcDNA于1991年被描述[11.，然后一系列OMT已经从多种植物中克隆出了cdna，包括玉米，拟南芥，虹膜荷兰公园,烟草［12.]．

根据底物分类，植物甲基转移酶有三个主要类别，即O-甲基转移酶（OMTs),二世。N-methyltransferases (纳米),三世。C-methyltransferases (CMTS.）.类别我OMTs进一步分为五个子类别。亚类I-A包含咖啡酰辅酶A 3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）和咖啡酸3-O-甲基转移酶（comt的），其参与苯基丙糖的甲基化。子类别I-B，I-C和I-D分别在黄酮类化合物，生物碱和肌肌醇中的羟基甲基化。第五个子类I-E参与不同酸的羧基的甲基化。研究结果发现了晶体结构OMTs从Medicago Sativa.［13.]．根据这些解释，OMT从药用植物中克隆和鉴定的基因当归chuanxiong而含有较高的阿魏酸则被命名为LcCOMT．的微分表达式LcCOMT在冷却胁迫下的基因比受到控制条件下的高于6倍，表明阿魏酸可以增加植物耐受冷应激的耐受性。爆炸分析表明LcCOMP是23.9-40.2％相似OMTs生物碱、类黄酮、异黄酮和苯丙素[14.]．

在棉花植株的整个生命周期中，从4月份播种时的寒冷春季，到植物生长和繁殖迅速时的炎热仲夏，再到晚秋的冰冻成熟和收获，经历了各种环境条件。在整个生长过程中，棉花植株保持着精细的分子调控。但是很少有人知道这是什么作用OMT家庭基因在棉花厂中发挥了特别是在季节过渡发生或在各种压力条件下的早期或晚期生长期。因此，在这项研究中，我们确定了OMT在基因组范围内的家族基因，并对基因结构进行详细的生物信息学分析，染色体分布，选择压力在其进化期间，亚细胞定位，顺式调节元件等，以及它们在不同发育阶段和反应中的表达分析对各种压力。使用来自不同纤维发育阶段的RILS，CSSL和TM-1的RNA测序数据验证它们在开发纤维细胞中的表达分析。这项研究可以打开理解职能的方式OMTs在提高纤维品质和棉花对非生物胁迫的响应方面具有重要意义，可为进一步研究纤维改良和抗逆性的分子机制提供参考。

基因组鉴定和表征OMT基因

进行基因组分析以表征OMT三个家庭基因三Gossypium物种。共192年OMT成员被确定，包括82G. Hirsutum.，55 ing . arboreum和55 inG. Raimondii.（表S.3.．图A)。作系统发育分析[15.), 33OMT成员A. Thaliana.， 26名成员加入t .可可物种也被检索(表S3.．表B).检索信息OMT基因G. Hirsutum.透露,GhOMT75_Scaf（将其检测到支架中，编码62个氨基酸（AA）的最小蛋白质，分子量为6.642kDa。尽管GHOMT33_DT.，这是在D染色体上发现的_t编码最大的蛋白969 aa，分子量为108.296 kDaOMT在三个成员Gossypium物种。

域分析OMT家族的基因Gossypium种，结果显示有64,45和47种OMTs在G. Hirsutum.，g . arboreum和G. Raimondii.包含PFAM域PF00891，只有20,10和9OMTs在G. Hirsutum.，g . arboreum和G. Raimondii.包含PFAM域PF01596。在A. Thaliana.和t .可可其中，25、24个omt包含Pf00891域，8、2个omt包含Pf01596域。

染色体分布，共同性，重复和损失OMT基因

通过使用TBTOOLS软件进行染色体定位的分析[16.]．共161张OMT基因被定位在各自的染色体上，而其中7个G. Raimondii.，之一g . arboreum，其中23项G. Hirsutum.被定位在脚手架上（图S1）.在G. Raimondii.(D基因组)，chr11有13个基因，chr08有9个基因。染色体上的最小基因数分别为chr2、chr6和chr10。没有OMT在CHR01和CHR07中识别的家庭成员（图S1。一种）。在g . arboreum（A-Genome）（图S1.b），54OMT除Chr1之外的所有染色体中均为基因。CHR10 HARBORED 13.OMT作为每种染色体最高的基因，其次分别为CHR12和CHR04，分别具有10和9基因。位于染色体中的最小基因数分别在CHR02和CHR11中。在G. Hirsutum.(一个_tD_t基因组）（图S1.c）意外，没有OMTA.中的基因_t02，A_t05年,_t07年,维_t03，D_t09年,维_t11号染色体。D_t亚基因组(33个基因)高于A_t亚基因组（26个基因）。染色体中的最大基因数为七个_t04和A._t12 . D_t10、一个_t分别为10染色体。D_t01, D_t05年,_t01,_t06，和一个_t11只有一个OMT基因和D._t06，D_t07年,_t03，A_t08年,_t09年,_t13两OMT基因和维_t02，D_t08年,维_t13三OMT(图S1. c)。共线性分析OMT家族的基因Gossypium物种染色体如图2所示。1．结果表明了一对明智的共同性OMT染色体之间的基因OMT家庭基因被映射。明显，在a中有许多可用的基因_t和D_t在A和D基因组中，支架与它们的同源物共线，表明支架和染色体之间的DNA片段的共同性OMT基因定位（图。1）.采取了OMT每个A/D基因组或A_t/ D._t亚基因组，共同性分析还透露，共有21和19OMT分别在A和D基因中分别检测的基因。他们的同源同行_tD_t的基因组G. Hirsutum.是输了。也有一些OMT完全检测到的基因_tD_t基因组的G. Hirsutum.在A和D基因中没有同源对应物（图）1）.

根据以往的研究，重复有五种类型，包括单点重复、分散重复、近端重复、串联重复和片段重复或全基因组重复[17.]．在本研究中，基因对复制事件的分析预测了总共31,28和54个基因对的D_D_t，a_a._t和d_a基因组来自他们共同的祖先，33个基因对_t_D_t片段复制亚基因组，5对A_t_D_t串联复制事件中的亚因素（表S4表一)。

选择压力分析

在遗传学中，基于一组同源基因来估计中性突变、纯化选择和正突变之间的平衡的Ka/Ks比率[18.]．每个非同义位点的非同义替换数(Ka)与每个同义位点的同义替换数(Ks)的比值代表了基因的选择压力[19.]．Ka/Ks < 1表示纯化选择压力，Ka/Ks = 1和Ka/Ks > 1分别表示中性和正选择压力。同源物Ka/Ks比值分析OMTs在三个Gossypium物种透露，它们在净化选择压力下。同源的Ka / ks比例OMTs在G. Raimondii.和g . arboreum范围从0.09到0.8，G. Raimondii.和G. Hirsutum.范围为0到0.7，并且在_t和D_t的G. Hirsutum.范围为0.4至0.7（表S4表B)。

序列对准，系统发育分析，保守的基序和基因结构

251的序列比对OMT基因，包括来自三个的192个基因Gossypium物种，33来自A. Thaliana.和26来自t .可可对这些基因的系统发育关系进行了物种分析。的进化关系OMT基因三Gossypium物种是单味素（图。2A)和成员A. Thaliana.和t .可可以减压方式分布（图。2b).根据所构造树的拓扑结构，得到OMT基因家族可分为I、II、III、IV和V 5个支系Gossypium，A. Thaliana.,t .可可物种。结果表明每个人的人OMT基因对称分布在内部Gossypium物种（图。2a），虽然A. Thaliana.和t .可可，OMT基因以聚类形式被鉴定(图。2b）。结果表明了这些Gossypium Omt成员可能在各种物种和其所识别的植物中进行进化。

为了检验每个支系的保守母题，我们进行了代表性母题标志分析和保守母题预测(图S2）.结果显示,主题1,富含亮氨酸,缬氨酸、甘氨酸、主题2,富含亮氨酸和缬氨酸,和motif3主题4、5主题,主题6在演化支我是很常见的,II, III, IV和分化枝诉而主题7被发现失踪的一些成员进化枝V,并替换为主题在相同的位置(图82）.先前在S-腺苷-1-蛋氨酸（SAM） - 彼此中鉴定了保守的MOTIF1（L / VDVGGGG / TG）的富集的氨基酸残基OMTs这与95％的相似之处g .分子OMT［20.]．

对基因结构的研究已经揭示了不同数量的外显子和内含子OMT基因。外显子和内含子数目OMT基因的差异从最少一个外显子和无外显子到最多7到9个外显子和6到8个内含子(表S5）.两个成员G. Hirsutum.包括GhOMT82_At和GhOMT82_Dt以9个外显子为最高(表S5）.相同，两个成员，包括gaomt82_a.在g . arboreum,gromt82_d.在G. Raimondii.包含9个外显子(表S5）.基因结构分析显示OMT具有较高次外显子的基因具有更短的外显子和内含子，反之亦然。这些结果表明OMT构件根据其特点具有不同的结构模式。

中顺式调节元件的鉴定OMT家庭

启动子区域OMT家族恰好包含大量顺式调节元件。顺式调节元件分析显示MYB顺式调节元件富集，共检测到350倍以上OMT基因(图3.）.MYC是征兵183次发现的另一个重要元素OMT基因。在43/82基因中发现了43/82基因的152倍（涉及光反应性的保守DNA模块的一部分）G. Hirsutum.．29/82例中检测到ABRE元素119次OMT基因G. Hirsutum.．在37/82和G-Box中检测到113次的元素，在37/82中获得113次 g .分子OMT基因。在meja响应中还发现了生长素rr核心和顺式作用调控元件(tgacg基元)Gossypium Omt在25/82基因中鉴定该元素的48次基因。其他一些重要的CIS-SCOMENTION元素，包括WUN-MOTIF的44次，在26/82，W-BOX 39次39次，GATA-MOTIF在27/82，O2-PITES 22/82的32次32次OMT基因分别在G. Hirsutum.（数字3.）.这些顺式调节元件可能根据它们的特定作用、特定条件以及生长和发育阶段而共同发挥作用(图S)3.）.

子蜂窝定位预测OMT基因

了解和确定蛋白质的亚细胞定位是在细胞水平上识别蛋白质功能的重要策略[21.]．这种方法包括基于蛋白质组学的实验和微观高吞吐量[22.，23.]．一些基于序列的方法通过提供氨基酸序列来预测亚细胞定位，包括PSORT [24.]，yloc [25.Bacello [26.], LOCtree [27.]．根据大提琴的预测，大部分OMT基因位于细胞质中（表1)，而在周质中有7个基因被预测，包括:ghomt45_at.，GHOMT45_DT.，GHOMT46_DT.，GHOMT48_AT.，GhOMT48_Dt，ghomt49_at.,GhOMT49_Dt．五OMTs预计将在周质和细胞质中定位，包括GhOMT47_At，GhOMT47_Dt，GHOMT53_AT.，GhOMT54_Dt,GhOMT68_At．两个基因GhOMT82_At和GhOMT82_Dt预测在外膜中。仅有的ghomt55_at.在细胞膜和细胞质中预测(表。1）.Wolf Psort的结果与大提琴分析的结果高度一致，大多数OMT基因存在于细胞质中，但有例外GHOMT48_AT.，GhOMT82_At，GhOMT82_Dt，预测在叶绿体和一个基因中GHOMT76_DT.在线粒体(表。1）.的功能OMT基因可能与它们预测的定位有关，尽管实验方法仍需进一步证实。

去浓缩和Kegg途径分析

了解的功能注释OMT家族的基因G.Hirsutum.，82基因G. Hirsutum.通过基因本体（GO）富集，基因和基因组（KEGG途径）和Accripto分析进行了经历了经历过的。GO术语分析验证了所有82的O-甲基转移酶活性OMT基因，而82个基因的62种也富集在甲基转移酶活性和蛋白质二聚化活性中的82个基因中的53（图。3.一种）。Kegg Pathway分析显示这些OMTs参与了不同的代谢途径。29OMTs参与单甘醇生物合成，苯丙醇丙醇，次生代谢和代谢途径。分别参与苯丙氨酸和黄酮类生物合成途径的11个基因（图。3.b）。Interpro分析（http://www.ebi.ac.uk/interpro/）分类为这82OMTs -腺苷- l-蛋氨酸依赖甲基转移酶的功能基因(图。3.C）。分别在类别的甲基转移酶-2和O-甲基转移酶COMT类别中预测六十二个基因（图。3.c），而在翅膀的螺旋转向螺旋DNA结合结构域中的五十七，植物甲基转移酶二聚化中的五十三个（图。3.C）。

表达剖析OMT纤维发育和盐胁迫中的基因及其同源物

为了验证生物学功能OMT家族基因，多个转录组数据集，包括TM-1 [28.]，g . arboreum，G. Raimondii.，CSSLS [29.]和rils [30.)，分析其在不同发育阶段、器官或组织中的表达谱，以及对各种非生物胁迫的响应。转录组聚类结果显示OMT基因可以分为三个基本组（图。4a）：那些对不同发育阶段的繁殖对纤维成熟的广泛反应，其中包括典型的例子GHOMT48_AT.，GhOMT48_Dt，ghomt49_at.和GhOMT49_Dt;那些对根本发展有具体反应的人，包括GhOMT1_At，GhOMT2-At和ghomt40_at.;那些对种子，子叶，根和茎中早期发芽的反应，包括GhOMT47_At，GHOMT9_DT.,GHOMT58_DT.．当光纤特定转录组数据集时g . arboreum，G. Raimondii.是否应用于观察二倍体表达谱OMT家族基因，结果也支持特定表达谱的一些OMT二倍体物种中的基因g . arboreum（图。4乐队G. Raimondii.（图。4C）。

通过rils的Trancriptom Datasets进一步验证基因表达分析（图。5a)两个cssl(图。5B和c）。结果表明，纤维发育过程中具有特异性表达的基因（图。4a）在RILS和CSSLS材料的纤维开发中也具有特异性表达。这些基因在纤维发育过程中不同的棉质品种和线条之间具有高度一致的表达分析。一些选择加长实例基因，ghomt49_at.（图。5d），GhOMT70_At（图。5e),GHOMT48_AT.（图。5F），GhOMT10_Dt（图。5g），和GhOMT49_Dt（图。5H）通过使用SGK9708和0-153通过QRT-PCR进行验证，其中两个父母线的纤维质量特征。结果表明GHOMT48_AT.，ghomt49_at.,GhOMT49_Dt与0-153相比，sGK9708在纤维发育过程中显著上调。5d，f和h）和那个GhOMT70_At和GhOMT10_Dt两个品种之间没有差异(图。5e和g）。明显，ghomt49_at.和GhOMT49_Dt达到20 dPA的最高表达水平，并且与...相比，他们的高表达持续了GHOMT48_AT.．GHOMT48_AT.快速表达从10dPa到15dPa增加，然后在达到其最高表达水平时，其表达稳定地增加至25dPa。

基于表达式剖析的OMT基因家族在反应冷，热，渗透和盐胁迫处理中（图。6A)，两个盐胁迫反应特异性基因，GhOMT70_At和GhOMT10_Dt和三种基因在纤维开发中，GHOMT48_AT.，ghomt49_at.,GhOMT49_Dt，用QRT-PCR验证，用从盐处理中提取的RNA样品。结果表明两者都GhOMT70_At和GhOMT10_Dt在与对照处理的比较（图中，含盐处理中盐处理的表达升高（图。6这两个基因在盐处理后2 ~ 6 h有不同的表达谱。GhOMT70_At2小时的表达最高，然后其表达在6小时下降;然而GhOMT10_Dt从2小时到6小时的表达模式增加了。两种基因在根中表达得多，而不是茎或叶子。

全基因组调查OMTs

全基因组搜索G. Hirsutum.［28.]，g . arboreum［35.),而G. Raimondii.［36.]导致192个基因的鉴定（82 inG. Hirsutum.，55 ing . arboreum和55 inG. Raimondii.）.最近的研究证实了现代异源四倍体Gossypium种是由两个二倍体种的祖先自然杂交发展而来的G. Raimondii.(D-genome) [32.] 和g . arboreum（A-Genome）[35.170万到190万年前[28.]．目前的研究结果显示损失了相当大的一部分OMT基因G. Hirsutum.一个_tD_t基因组与总数相比OMTA和D基因组中的基因。可能19OMTA.中的基因_t次基因组和17 in d_t次基因组G. Hirsutum.（数字1)在上述杂交产生后，在进化过程中丢失[28.]．基因损失可能是过早止芯密码子的结果，与其直字相比，基因的破坏[37.[多重化过程中的快速基因组重新组织[38.，39.，40]．以前的研究已经证明，多倍化方法可能导致丢失同源基因的同源成员或改变的同源基因的表达谱或两者31.，41.，42.，43.]．在同源基因的表达谱中也发现了类似的现象OMTA之间的基因_t和D_t在G. Hirsutum.，提示这些基因可能在进化过程中经历了上述事件。总体而言，在全基因组复制事件中也发现了更多的基因。整个基因组复制可能是由于一个有机体从双亲各遗传了两个基因组造成的。全基因组复制事件会导致重复基因在分离过程中丢失[44.]．除了整个基因组重复外，还识别了分段重复事件，其中包含大量OMT基因对。节段复制在开花植物中是普遍的，这可能导致新型基因的演变及其职能[45.]．

系统发育分析表明，该植物具有较高的相似性和单系分布OMTs在Gossypium可能支持保守派演变模式的物种OMT5种系统发育分支中的基因。之前的研究也报道了五种OMT基因梓文艺［46.]．对选择压力的分析显示，大多数OMT基因Gossypium物种在纯化选择压力下。净化选择压力可能表明重要性OMT基因Gossypium物种。但也有一些种间同源对存在明显的例外，Ka/Ks值为> 1，说明这些同源对处于正选择压力下。这些同源对例外包括在内gromt52_d.-ghomt52_scaf和gromt29_d.-GHOMT29_AT.在G. Raimondii.和G. Hirsutum.，GaOMT30_A-ghomt30_at.在g . arboreum和G. Hirsutum.，gromt63_d.-GaOMT64_A和gromt29_d.-gaomt29_a.在G. Raimondii.和g . arboreum．这些结果表明OMT基因可能在从二倍体到四倍体的进化过程中经历阳性选择压力。以前的研究已经证明，正选择压力可能与基因中的新功能的持续相关[47.，48.]．考虑到相当比例的事实OMT异源四倍体棉花在形成和进化过程中基因丢失(见前面的讨论和图S1）.在目前的研究中，六OMT家庭成员G. Hirsutum.，一个in.g . arboreum和9G. Raimondii.均为(R,S)-网状7- o -甲基转移酶。7 omts在罂粟中四氢苄基异喹啉生物合成中将网状结构转化为劳叶碱果实，然而，这种酶的活性在大多数高等植物中是未知的[49.]．因此，这些基因的功能仍有待讨论。综合所有的发现，结果可能表明OMTs经历了积极的选择性压力丢失或采取一些新的功能G. Hirsutum.在进化和祖先形成过程中。

以前的调查结果报告说G. Raimondii.（D-基因组）和g . arboreum(a基因组)是与D基因组最近的亲戚_t和一个_t同种异体四倍体的亚基因组[28.]．A或D基因组中的每个基因将总是在对应者中具有同源物_t或维_tsub-genomes的G. Hirsutum.［50.]．然而，在A和D基因组中，我们检测到相当多的OMT在它们的亲戚A中没有同源的基因_t和D_t子基因组（图S1）.以往的研究表明，这种同源物的丢失可能有两个原因:一是同源物在多倍体由二倍体到四倍体的过程中丢失;另一种是四倍体形成后OMT每个基因组中的成员开始了他们单独的演化程序。这种单独的演化程序使新进化的成员在其相对基因组中没有同源物[28.]．以前的研究表明，在a，d，a_tD_t基因组不会保持相同的进化速度。在异丙醇棉花中观察到较快的进化率而不是二倍体棉花[28.]．采取了这个事实OMT基因经过纯化选择程序(表S4．表B)中，第一个原因可能被认为是造成……目前演变状况的主要原因OMT基因家族和第二个原因也可能起作用。

功能预测OMT考生

OMTs是否参与了不同的顺式调节元件

植物在其整个生命周期中遇到各种生物和非生物胁迫，对生长、发育和生产力产生负面影响[51.]．在暴露这些压力下，植物需要一些潜在的机制，可以在危急情况下激活，以支持全植物生命周期[52.]．盐分过高也是影响世界棉花生产的一个主要因素[53.]．识别顺式调节元素揭示了OMT基因富含了重要的顺式调节元素，这对于负面的环境应激是必不可少的。一些重要的监管要素，包括W-Box，MyB，Myc，Dre，Abre，G-Box，MBS [54.]，被确定在OMT基因。W-Box是调节基因的表达和绑定的重要性很重要WRKY TFS.．WRKY TFS.对植物介导防护，防御寒冷，伤害，干旱，盐度和热应力是很重要的[55.，56.，57.，58.，59.，60.，61.，62.，63.]．MYB和MYC已被确定为脱水反应[64.]．衣服(65.[在这些特定基因中还鉴定了在冷应激下的上调基因表达并增加植物的耐受性。ABRE是一种重要的调节因素，可增强植物中的盐胁迫耐受性。它在脱水中起着关键作用，并响应盐度压力拟南芥，大豆和米饭，以及呼吸寒冷或寒冷牡丹［66.]．在先前研究中的几种基因启动子中鉴定了G盒，有助于发育，激素反应和植物真菌感染的耐受性。此外，还发现胃植物素反应元素（GARE）对于促进植物开花是重要的。蟾蜍素激素在多种植物物种的生长和发展中发挥着重要作用[67.]．这些结果符合我们的研究结果。特别是重复鉴定的顺式调节因素可能在特定条件和发展阶段的植物中具有生物学功能。

OMTS可能参与二次代谢途径

Kegg途径浓缩分析揭示了参与OMT次生代谢和代谢途径中的基因包括单氯代醇，苯丙砜，黄酮和苯丙氨酸代谢。证明次级代谢途径对生物和非生物胁迫具有出色的影响。次级代谢物是植物化学物质，其通过次生代谢合成。在植物中，苯丙烷丙烷类化合物分类为几组，例如酚醛酸，黄酮类化合物和木质素，其参与不同的生理过程和在不利条件下的耐受性[68.，69.，70，71.，72.]．在对非生物胁迫的响应过程中，次生代谢物的活性增加。这些酚类物质为植物提供了更高的重金属耐受性[73.，74.],盐度[75.]，干旱[76.[温度应力[71.]．这些途径在植物细胞伸长中也发挥着重要作用[77.，78.]．一样,植物OMT在次生新陈代谢中鉴定了基因[79.]．在先前的研究中据报道，在开发棉纤维中进行次级代谢途径相关基因的更高表达[80，81.]．重要的是,OMT据报道，基因参与木质素合成和诱导接种verticillium dahliae.在棉[82.，83.，84.]．在病原菌接种过程中，苯丙素表达模式的改变与之相关OMT基因被确定。这些标识OMT基因包括在内GHOMT53_AT.，GHOMT58_DT.，GHOMT61_DT.,GhOMT78_Dt发现在接种后12和48小时内显着表达V. Dahliae.［85.]．在本研究中，这些基因在非生物胁迫和纤维发育阶段均被下调。4）.以往的研究证明，脱氢半糖醇-6- o -甲基转移酶(dHG-6-OMT)催化萜类化合物的生物合成，为棉花抵御昆虫和病原体等生物胁迫提供了有效的防御机制[86.]．回应V. Dahliae.(V991)在CCRI36和MBI8255中发现了不同基因在木质素生物合成中的差异表达CCoAOMT，可以充分利用木质素，并且已经在几个之前的研究中表现了[87.，88.]．另一项研究也报道CCoAOMT上调是为了回应verticillium.棉花和呈现棉花植物的病原体与对照植物相比具有可比表型抗性[89.]．一项基于RNA-seq分析的研究确定了差异表达模式CCoAOMT为了应对V. Dahliae.，确认了这个效果OMT植物的基因反应V. Dahliae.在棉[90.]．这些结果证明了次生代谢途径的重要作用OMT棉花生物逆境的基因。

OMTS可能参与植物生长，非生物胁迫耐受性和棉花的纤维开发

盐度是减少作物产量的主要原因之一[91.[响应的植物基因的上调和/或下调对植物基因进行监管[92.]．这OMT已发现基因在番茄厂的盐胁迫耐受性和果实发育具体（茄属植物lycopersicum）[93.]．鉴定了SAM依赖性甲基转移酶基因在甘薯（Ipomoea Batatas.）响应盐胁迫[94.]．在小麦、Tacomt-3d有助于干机械支持[95.]．另一个Tacomt.在茎、叶和根中也观察到基因的结构性表达[96.]．这OMT基因(BDCOMT1)在茎节和节间强烈表达，而在其他组织中表达较差Broachypodium distachyon.植物(97.]．表达概况OMTTM-1转录组数据中的基因家族[28.]通过QRT-PCR验证结果也提出了两个OMT成员GhOMT10_Dt和GhOMT70_At可能有助于盐胁迫耐受性G. Hirsutum.．在qRT-PCR验证中，GhOMT10_Dt和GhOMT70_At在200mM NaCl处理后，从2小时和6小时显示出不同的表达分析（图。5）.可能它们对盐胁迫的反应不同G. Hirsutum.．五个基因包括GhOMT1_At，ghomt41_at.，GhOMT47_At，GHOMT17_DT.,GHOMT37_DT.茎中有显着表达（图。4A)它们可能是潜在的候选者，为植物在环境压力下提供结构支持和生存。

棉纤维质量是在负面环境因素存在下开发精英品种的重要属性。研究表明GHOMT48_AT.和ghomt49_at.以CSSL（CS-B25）和TM-1的伸长阶段表示[28.，98.]．在目前的研究中，纤维特异性OMT在各种群体和包括TM-1的种群中始终鉴定基因（图。4一种）g . arboreum（图。4b）G. Raimondii.（图。4c），rils（图。5), CSSLs(无花果。5它们在不同纤维发育阶段也表现出高度相似的表达模式。的表达特异性GHOMT48_AT.，ghomt49_at.,GhOMT49_Dt通过QRT-PCR研究进一步验证在显影纤维中（图。5d，f和h）。结果表明了这些OMT成员可以在光纤开发和纤维质量形成方面具有显着的功能。但这些基因在纤维质量形成期间如何运作仍然可以讨论。

木质素类酚醛化合物在应激反应中得到了广泛的研究[99.]．最近的研究进步揭示了木质素或酚类在伸长率和次级细胞壁合成阶段影响纤维发育[100.]．木质素样酚类相关基因的倒闭（GHBHLH18.)G. Hirsutum.证明了类似木质素样酚类途径基因的调节，包括aCOMT.和其他，在棉纤维伸长和次级细胞壁合成阶段。结果表明了这些基因在调节棉花纤维中调节跛行的作用[7]．这项研究已经收集了重要信息OMT基因家族是在研究中揭示揭示可能的功能或支持以前的探索职能的研究OMT植物对盐胁迫响应和棉花纤维发育的基因研究。

甲基转移酶是一类用途广泛的酶。OMT有助于各种酚类酚类，这对植物生长至关重要，并用作抗于几种压力的保护罩。各种生物信息学分析显示OMT基因家族是一种强大的生长调节剂，不仅为植物提供保护，而且还参与纤维伸长率和次级细胞壁合成阶段。此外，基于几个转录组数据和QRT-PCR验证的表达分析分析推断GhOMT10_Dt和GhOMT70_At可能是盐胁迫耐受的潜在候选者GHOMT48_AT.，ghomt49_at.,GhOMT49_Dt在纤维伸长和次生壁厚阶段可能对纤维发育有显著影响G. Hirsutum.．这项拟议的研究结束了重要作用OMT棉花纤维发育与耐盐性的家族基因。

鉴定OMT蛋白质家庭成员，序列排列和系统发育树施工

三个基因组数据Gossypium物种包括g . arboreum(CRI),G. Raimondii.（JGI），和G. Hirsutum.(NAU)从棉花功能基因组数据库(https://cottonfgd.org/）[101.]．基因组数据A. Thaliana.(Athaliana / TAIR10,https://genome.jgi.doe.gov/portal/pages/dynamicorganismdownload.jsf?organism= athaliana.＃）[102.] 和t .可可(Tcacao / v2 .,https://genome.jgi.doe.gov/portal/pages/dynamicorganismdownload.jsf?organism=tcacao.＃）[103.还下载了对比较分析OMT基因。隐藏的Markov模型配置文件（PF00891和PF01596）从PFAM数据库下载（https://pfam.xfam.org/）.HMMER 3.0软件的HMMS搜索程序[104.用来搜索三个蛋白质序列Gossypium具有1e-5的E值的物种A. Thaliana.和t .可可亦从植物线虫资料库(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html）用于系统发育分析。手动除去没有所需结构域的蛋白质。其他特征OMT包括蛋白质长度（AA）和分子量（KDA）的基因通过使用棉官能基因组数据库（http://www.cottonfgd.org/）[101.]．的全长氨基酸序列G. Hirsutum.，g . arboreum，G. Raimondii.，A. Thaliana.,t .可可编码OMT基因与Clustalx2软件对齐（http://www.clustal.org/）[105.]邻接系统发育树的默认参数为1000个引导。随后，通过使用Mega7产生两个连接的系统发育树木[106.]．确定了两种系统发育树的拓扑结构，以了解5种植物的系统发育关系。

这些成员的命令基于它们的染色体位置，同源性和数量Gossypium物种。

染色体映射和共线性分析

Tbtools用于执行给定的染色体映射OMT基因，搜索同源对的OMT三个基因组之间的基因Gossypium通过蛋白质 - 蛋白爆炸（E值Le-5）。TBOOOLS软件的圈子基因观众模型用于可视化同源基因对之间的共线性结果[16.]．

基因结构和保守的主题

结构的结构OMT基因结构显示在线服务器(GSDS 2.0，http://gsds.cbi.pku.edu.cn）[107.]．保守的图案在MEME Web基于Web的MOTIF预测工具5.0.5（http://meme-suite.org/)的蛋白质序列OMT基因[108.]．

选择压力，顺式调控元件，亚细胞定位和基因富集分析

同源基因对的CDG. Hirsutum.（NAU），g . arboreum（CRI），和G. Raimondii.（JGI）被分配给TBTOOLS软件，以估计KA / KS比率以预测基因组和子基因组中每对基因之间的选择压力[16.]．上游层序(2000 bp)OMT通过棉官能基因组数据库检索基因（http://www.cottonfgd.org）并提交给Plantcare数据库[109.]以获得顺式调节元件。利用在线生物信息学工具CELLO v.2.5和Wolf Psort及其蛋白序列预测基因的亚细胞定位[24.，110.]．KEGG IDs的OMT家族基因从棉花功能基因组数据库(http://www.cottonfgd.org），然后通过在基因和基因组数据库的Kyoto百科全书中提供Kegg ID来进行注释（https://www.genome.jp/kegg/）[111.]．基因本体（GO）注释IDOMT家族基因从棉花功能基因组数据库(http://www.cottonfgd.org）并提交给基因本体数据库（http://geneontology.org/)进行GO分析[112.]．

表达剖析OMT基因

不同组的RNA测序数据包括TM-1基因标准行G. Hirsutum.（南京农业大学，南京，江苏，中国）（Prjna248163）[28.，31.]、69,307和69,362(来自RIL群体sGK9708 × 0-153，河南安阳棉花研究所)(PRJNA542946) [30.] MBI7747，MBI7561和MBI7285（来自CSSL群体的选定线CCRI45×HAI1，SRP084203）[33.，34.]、MBI9915和MBI9749(选自CSSL群体CCRI36 × Hai1, SRX2843778)(中国棉花研究所，河南安阳)[29.，34.本研究包括在本研究中，观察表达模式OMT家族基因在不同的生长阶段，非生物应激治疗阶段，胚珠发育，以及棉花的不同纤维发育阶段。简而言之，69,307,0-153，MBI7747，MBI7561，MBI9915，MBI9749和HAI1具有高纤维质量性状，而69,362，MBI7285，SGK9708，CCRI36和CCRI45具有低纤维质量性状。表s中介绍了这些引用材料的详细信息1．

转录组数据g . arboreum（prjna179447）[35.),而G. Raimondii.（prjna79005）[32.]也包括比较这些的比较表达OMT基因。

植物材料，RNA分离，cDNA合成和QRT-PCR

Upland Cotton Mander 0-153具有精英纤维质量，而SGK9708具有高收益率潜力和广泛适应性。它们已成功用于标记光纤质量，并在我们之前的报告中产生QTL [30.，113.，114.]．在目前的研究中，SGK9708和0-153（表S1)于2018年4月在河南安阳中国农业科学院棉花研究所试验田种植。2018年7月，花在开花当天进行了标记，以便进行纤维取样。在花后10、15、20和25天(DPA)上午9时至10时采集标记花的铃。摘铃后，从发育中的种子中分离纤维，并立即在−80℃下保存，用于RNA提取。

的表达谱分析OMT盐胁迫下的基因，SGK9708种子的种子在湿过滤纸上萌发72小时，然后转移到水液条件下。在三个叶片阶段用200mM NaCl处理幼苗。真正的叶，茎和根在0小时，2小时和6小时的处理中取样。治疗的0小时被认为是对照样品，以比较用处理处理的样品的表达分析。

通过（天根，北京，北京，中国）与RNAPREP纯植物套件进行总RNA分离。为了消除基因组DNA污染，用DNase1处理RNA样品。在纳米滴2000分光光度计（Thermo Sciencific，USA）和1％琼脂糖凝胶电泳上观察到RNA浓度和完整性。使用Primescript®RT试剂盒（大连，大连Takara Biotechnology Co.，Ltd.）合成A260 / 280比率为2.00的RNA样品的CDNA。用ABI 7500快速实时PCR系统（Applied Biosystems，USA）进行QRT-PCR，用Gh-Histone3基因用作参考以使相对表达水平正常化。底漆对五OMT通过使用oligo 7设计基因[115.]（表S2）.2^-ΔΔCT方法用于计算基因表达[116.]．

本研究中产生或分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。

aa:

氨基酸

分区:

开花后的天数

CCoAOMT:

咖啡酰辅酶A 3-O-甲基转移酶

CMTS：

C-methyltransferases

comt的:

咖啡酸3-O-methyltransferases

纳米：

N-methyltransferases

OMT:

O-甲基转移酶

KDA：

kilodalton

去：

基因本体论

Kegg：

Kyoto基因和基因组的百科全书

卡:

每个非同义位点的非同义替换数

ks：

每个同义位点的同义替换数

CSSLs:

染色体片段代换系

瑞来斯:

重组自交系

山姆:

S-腺苷-1-蛋氨酸

GA：

木本棉

GH：

gossypium hirsutum

格:

Gossypium raimondii就

QRT-PCR：

定量实时聚合酶链反应

作者在编写本手稿和匿名审查员时，提交人确认Scilang为其语言援助以及匿名审查员提供了有价值的评论和有用的建议，有助于改善稿件。

本研究由中国国家重点研发计划资助（2017YFD0101603，2016YFD0101401,2016YFD0100500），中国自然科学基金（31471538和3137168），CAAS（CAAS-ASTIP-ICRCAAS）的农业科技创新计划，中国高科技研发计划（2012AA101108和2009AA101104）和基础研发专项基金业务科研机构的中央层面（1610162014008）。资金机构只提供了本研究的费用和费用。通过贡献作者进行数据和稿件写作的实验设计和收集，分析和解释。

作者笔记

1. Abdul Hafeez, Qún Gě和Qí Zhāng对这项工作做出了同样的贡献。

从属关系

1. 中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室，中国河南省Antang，455000

   群Gě,Abdul哈菲兹·齐古银āng Junwen Lǐ,JǔwǔGōng Ruixian Liu Yuzhēn施,Hǎihong Shāng Aiyīng Liu穆罕默德伊克巴尔,Xiǎoyīng邓,Abdul Razzaq Yǒulu元& Wankui Gǒng

2. SINDH农业大学TANDOJAM，海德拉巴，SINDH，70060，巴基斯坦

   阿卜杜勒·哈菲兹和穆哈拉姆·阿里

贡献

AH和WG设计了项目，QG，QZ，MSI和XD进行了正式的分析，JL，JG，YS，HS，RL，àL和AR提供了方法，QZ和QG进行了软件，YY和WG监督了这项研究，啊，WG起草了稿件，MA，YY和WG审查并编辑了手稿。所有作者都读过并批准了稿件。

相应的作者

对应到Muharam Ali或者Yǒulu元或者Wankui Gǒng．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

利益争夺

提交人声明他们对稿件的出版物没有竞争利益。

出版商的注意

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