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casa基因家族成员全基因组分析豇豆属辐射动物以及它们在渗透反应中的作用

摘要

背景

绿豆(豇豆属辐射动物)是一种暖季豆科作物,属于蚕豆科的凤蝶亚科。中国是世界上绿豆的主要生产国。绿豆具有显著的经济和健康效益,是一种具有广泛适应能力和对环境胁迫高耐受性的有发展前途的物种。高渗透压门控钙渗透通道(OSCA)基因家族成员在干旱和盐胁迫等高渗胁迫的调节中发挥重要作用。然而,在绿豆中还没有对OSCA基因家族进行全基因组分析。

结果

我们一共确定了13个OSCA绿豆基因组中的基因,并根据其同源性命名AtOSCAs。所有的OSCAs在系统发育上分为四个支系。系统发育关系和合成分析表明VrOSCAs绿豆和大豆的进化史相对保守。此外,还有三份副本VrOSCA基因对被识别出来,并被复制VrOSCAs基因对在进化过程中主要承受着净化选择压力。蛋白质结构域、基序和跨膜分析表明,大多数vrosca与其同源物具有相似的结构。表达模式显示,除VrOSCA2.1,其他12个VrOSCAs在ABA、PEG和NaCl处理下表达上调,其中VrOSCA1.4表达量增幅最大。复制的基因VrOSCA2.1/VrOSCA2.2表现出不同的表达,这可能导致在随后的进化中功能化。ABA、PEG和NaCl胁迫下的表达谱显示出功能差异VrOSCA基因,这与顺式作用调控元件在启动子区域的分析一致VrOSCA基因。

结论

本研究对绿豆VrOSCA基因家族进行了系统分析。我们的研究结果为植物的功能和进化分析奠定了重要的基础VrOSCAs并确定基因,以进一步研究它们赋予绿豆非生物耐受性的能力。

背景

在自然环境条件下,植物受到多种胁迫。干旱和盐碱引起的渗透胁迫是影响植物生长和产量的关键胁迫因子之一[j]。1]。渗透胁迫通常会破坏植物的渗透平衡,最终导致细胞膜系统的损伤[2]。在许多农业生态系统中,缺水和干旱会导致缺磷,从而严重限制作物产量[3.]。据报道,盐胁迫会损害正常的代谢途径,如光合作用、呼吸作用、矿物质同化和生物量积累,从而在很大程度上导致作物减产[145]。以往的研究发现,植物对胁迫的反应主要包括通过多种途径感知和传递信号以及调控胁迫应答基因的表达,从而产生生理和形态上的改变来抵抗胁迫[678]。这些变化主要表现在脯氨酸、甜菜碱和糖的合成增强,有助于维持组织含水量,关键抗氧化酶活性上调,减少活性氧对蛋白质和脂质的氧化[qh]91011]。在信号感知过程中,钙是植物响应胁迫信号转导途径中重要的第二信使[1213]。在渗透胁迫下,植物诱导细胞内游离钙离子浓度迅速升高,从而诱导许多胁迫相关基因的表达,调控植物对渗透胁迫的耐受性[qh]71415]。细胞内钙离子浓度的增加主要受钙通道和钙泵等钙转运系统的调控[16]。先前的研究表明,Ca2 +可渗透通道在细菌和动物中用作渗透传感器[1718],这表明植物中可能存在特定的钙渗透通道,起到渗透传感器的作用。

在植物中,OSCA是钙非选择性阳离子通道蛋白和高渗胁迫受体蛋白[1920.21]。功能域的研究表明,OSCA基因家族含有一个钙依赖性通道域(DUF221),可能参与渗透调节[2223]。在水稻中,整个OSCA基因家族的特点是存在一个保守的DUF221结构域,其功能是渗透感应钙通道[24]。在拟南芥OSCA1是一种高渗透压门控的钙渗透通道,被认为是一种渗透传感器,可以介导渗透应力诱发的钙2 +浓度增加[20.]。研究表明,玉米基因ZmOSCA2.4转基因能否提高抗旱性拟南芥(25]。OSCA家族成员在植物抗渗透胁迫中起着至关重要的作用。因此,鉴定和研究潜在基因对培育抗渗透胁迫品种具有重要意义。前人系统地鉴定和分析了双子叶植物的OSCA基因家族,包括答:芥还有大豆和单子叶水稻[20.2426]。然而,在绿豆中还没有对OSCA基因家族进行全基因组分析。

绿豆(豇豆属辐射动物(l)R. Wilczek, 2n =2 × =22)属豆科凤蝶亚科,因适应能力广,耐胁迫能力强,常生长在土壤贫瘠地区。绿豆种子含有丰富的蛋白质,比大多数其他豆类含有更高水平的叶酸和铁[27]。绿豆基因组序列的完成为系统地研究绿豆中的OSCA基因家族提供了机会[28]。在本研究中,我们确定了绿豆中可能的OSCA基因家族成员,并分析了它们的系统发育、合成关系、保守基序、跨膜区(TMs)和包含响应非生物胁迫的顺式调控元件的启动子区域。此外,我们还研究了OSCAs经PEG、NaCl和ABA处理后。这些发现将有助于进一步研究该基因家族的生物学功能,并为转基因渗透胁迫抗性植物的培育提供可能的基因靶点。

结果

全基因组鉴定OSCA绿豆基因家族成员

利用DUF221结构域(Pfam登录号:02714)的隐马尔可夫模型(HMM)对绿豆基因组进行搜索。最终,总共有13个VrOSCA对绿豆中的基因进行了鉴定,并根据分类进行了命名拟南芥orthologues(表1).在13个基因中,有12个VrOSCA基因随机分布在除2、8、10号染色体外的11条染色体上VrOACA2.5位于100号脚手架上。所鉴定的VrOACAs氨基酸数从592个(VrOACA2.2)到880个(VrOACA4.1)不等。VrOSCA蛋白的分子量(MW)从67.16 (VrOACA2.2)到99.16 kDa (VrOACA4.1)不等,等电点(pI)从6.28 (VrOACA4.1)到9.44 (VrOACA2.5)不等。

表1 13 .详细资料VrOSCA基因诉放射虫纲基因组

植物的系统发育分析OSCA绿豆基因家族

为了阐明绿豆中OSCA蛋白的系统发育关系,拟南芥基于60条全长OSCA蛋白序列的比对,构建了一棵系统发育树(另附文件)1).60种OSCA蛋白被分为四大类,分别是进化枝1、2、3和4。枝1和枝2比枝3和枝4包含更多的成员(图2)。1).系统发育分析结果表明,在绿豆、拟南芥大豆和水稻基因组。此外,来自绿豆的OSCA蛋白与来自大豆的OSCA蛋白具有更高的相似性(图2)。1),表明绿豆和大豆的系统发育关系更密切,因为两者都属于豆科。

图1
图1

植物的系统发育树OSCA绿豆,大豆的基因家族,拟南芥和米饭。利用MEGA7程序,采用邻域连接法(neighbor-joining, NJ)对OSCA蛋白的氨基酸序列进行邻域连接,生成邻域连接树,共1000次bootstrap重复。标记了4个主要的系统发育枝(1至4),并用不同颜色的背景表示来自不同物种的osca

的共线性分析OSCA绿豆基因;拟南芥、大豆和大米

基因共线性的比较基因组学分析揭示了物种间的同源基因功能和系统发育关系。因此,我们分析了的共线性关系VrOSCA具有三个代表性物种的基因,包括一个单子叶(水稻)和两个双子叶(拟南芥和大豆)。我们发现OSCA绿豆的基因同源对最多OSCA基因的甘氨酸马(17),其次是拟南芥(7)和o .漂白亚麻纤维卷(1)(图。2、附加文件2),表示与…相比拟南芥还有米饭,绿豆OSCA基因与大豆的亲缘关系较近OSCA基因。这一结果与系统发育分析一致(图2)。1),肯定了我们分析的准确性。一些VrOSCAsVrOSCA1.1,−1.4,−1.5,−2.4,−2.5,−3.1−4.1)在绿豆和大豆中被发现与两个同型基因对相关(附加文件2).这些基因可能在进化过程中起着至关重要的作用。的无共线段VrOSCA1.2VrOSCA2.2在绿豆和大豆的基因组中发现(附加文件2).结果表明,大尺度膨胀OSCAs可能发生在绿豆-大豆之分之前,而且一定VrOSCAs可能起源于绿豆系统发育分化后绿豆基因组的重复。

图2
figure2

的综合分析示意图OSCA绿豆和其他植物之间的基因。带前缀的物种名称“V。放射虫纲”、“O。漂白亚麻纤维卷”、“A。芥”“G。最大的表明豇豆属辐射动物苜蓿,拟南芥g .马克斯分别。背景中的灰色线是绿豆与其他植物基因组之间的重复事件,而红色线表示共生性OSCA基因对。染色体编号标记在每条染色体的顶部或底部。红色和绿色条代表染色体

基因复制VrOSCAs在绿豆中

为了更好地理解进化关系,我们分析了基因复制事件,以阐明该基因的扩展模式OSCA绿豆中的基因。三个片段复制事件,五个OSCAs定位于染色体1、4、5、6和scaffold_100上的重复片段上(图2)。3.).此外,重复的Ka/Ks比VrOSCA通过计算基因对来评估分子进化。所有的Ka/Ks比值均小于1(表1)2).

图3
图3

的分段重复的示意图OSCA基因。彩色线表示每条染色体之间的所有synsynblock,粗红色线表示重复的OSCA基因对。染色体编号显示在每条染色体的底部。标记在染色体上的比例尺表示染色体的长度(Mb)。

表2 .基因对的Ka/Ks分析OSCAs在绿豆中

VrOSCA蛋白的保守结构域、基序和TM分析

对VrOSCAs蛋白保守结构域的分析显示,大多数VrOSCAs包含3个结构域:晚胞吐结构域(pfam13967)、10 TM推测的磷酸转运体胞质结构域(pfam14703, DUF4463)和钙依赖性通道结构域(pfam02714, DUF221),而vrosc4.1包含4个结构域,包括两个DUF221蛋白结构域,如图所示。4a和附加文件3.。值得注意的是,pfam13967和pfam02714蛋白结构域分别位于所有vrosca的n端和c端,pfam14703蛋白结构域位于pfam13967和pfam02714结构域的中间(图2)。4a).这些结果表明,这三个结构域在VrOSCA家族中是相对保守的。同时,我们发现pfam13967和pfam02714蛋白结构域含有不同数量的TMs,而在任何vrosca的pfam14703蛋白结构域均未检测到TMs(图2)。4a、附加文件4).所有的vrosca至少含有8个TMs(图2)。4a、附加文件4).

图4
装具

VrOSCA蛋白结构域、TMs和保守基序的分布。灰线表示氨基酸序列。一个功能域和TMs示意图。黑色矩形表示TMs,彩色矩形表示蛋白质结构域。bVrOSCA蛋白中所有基序的示意图。不同的图案由不同颜色的盒子标注,编号为1-20。每个motif的正则表达式序列在附加文件中列出5

为了进一步探索vrosca的潜在功能,我们使用Motif Elicitation (Multiple EM for Motif Elicitation, MEME)工具检测了额外的保守基序,共检测到20个保守基序(图2)。4b、附加文件5).值得注意的是,所有进化枝都包含基序1、2和4(图2)。4B),表明所有基因都执行这三种功能。其中,motif 1和motif 2位于钙依赖性通道结构域,motif 4位于胞吐晚期结构域(图2)。4).一些保守域局限于特定的进化支。例如,motif 16和motif 12分别只在clade 1和clade 2中被检测到(图2)。4B),这表明了进化枝1和进化枝2之间的功能差异。我们还在同一分支中观察到不同的基序(图2)。4B),这表明在每个进化分支中有不同的作用机制。例如,进化枝1中的VrOSCA1.4缺少5、14、15、17和19基序,而进化枝1中的其他4个vrosca (VrOSCA1.1、−1.2、−1.3和−1.5)包含这些基序(图2)。4b).这一现象在其他进化支中也被观察到。clade 4中的VrOSCA4.1包含最少的基序(图4)。4b).保守基序分析结果与系统发育分析结果基本一致。

的表达VrOSCA在ABA和非生物胁迫下

PEG和NaCl胁迫可引起类似的细胞损伤并导致渗透胁迫[29]。植物通过诱导一系列基因的表达来适应和响应干旱和盐胁迫。ABA是一种重要的植物激素,可调节植物中应激反应基因的表达[30.]。我们研究了13个基因的表达谱VrOSCAABA、PEG和NaCl处理绿豆4 h、12 h和24 h后基因的表达。表达谱分析表明,除VrOSCA2.1,其他12个VrOSCAABA、PEG和NaCl处理后基因表达上调。VrOSCA2.1ABA、PEG和NaCl处理显著下调(图2)。5、附加文件6).所有上调基因的表达谱在胁迫4 h和12 h时均呈上升趋势,24 h时呈下降趋势。的相对表达式值VrOSCA1.4−2.2−2.3−2.4−2.5−2.6−3.1−4.1基因相对较高VrOSCA1.1−1.2−1.3三种渗透胁迫下基因的变化(图2)。5、附加文件6).此外,经过ABA处理后,基因表达增加了10倍以上VrOSCA1.4,−2.2−2.3−2.4−2.5−2.6−3.1与处理0 h时基因的表达量比较。经PEG处理后,VrOSCA1.4,−2.2−2.4−2.5−2.6−3.1与处理0小时的表达相比,基因增加了10倍以上。NaCl处理后,VrOSCA1.4−1.5−2.2−2.4−2.5−3.1与处理0小时的表达相比,基因增加了10倍以上(附加文件)6).在这些基因中,VrOSCA1.4与正常生长条件下相比,三种渗透胁迫处理后的相对基因表达变化最大(附加文件)6).这些结果表明,绿豆OSCA基因响应ABA、PEG和NaCl处理引起的渗透胁迫。

图5
figure5

表达的热图13VrOSCAABA下基因(一个), peg (b)和NaCl (c)治疗。图片底部的色阶表示log2表达值,其中蓝色表示低水平,红色表示高水平的转录本丰度。基因名称列在右边。显示了基于表达的基因层次聚类

促进剂中的顺式作用元素分析VrOSCA基因

基因启动子区域的顺式作用元件参与多种途径,如ABA和非生物胁迫反应信号转导途径[31]。因此,我们分析了水稻1.5 kb启动子区参与ABA和非生物胁迫响应的顺式作用元件VrOSCA基因,包括ABRE、DRE、MBS、TC-rich和LTR元件。我们发现所有的VrOSCA基因,除了VrOSCA1.5,至少含有这些顺式作用元件中的一种(图2)。6、附加文件7).此外,的顺式作用元素VrOSCAS在不同枝系间存在差异。例如,进化枝1和进化枝2含有与干旱胁迫相关的DRE和MBS元素,而进化枝3和进化枝4则不含。Clade 1、Clade 2和Clade 3含有与低温胁迫相关的LTR元件,而Clade 4中的基因不含(图2)。6、附加文件7).这些结果表明VrOSCA不同进化支系的基因可能会共同对压力做出反应。只在进化枝2VrOSCA2.2VrOSCA2.4只包含MBS元素VrOSCA2.1含有富含tc的元素,并且只有VrOSCA2.2包含LTR元件(图2)6、附加文件7).在进化枝1中也观察到这种现象。这些结果表明VrOSCAs在同一分支中可能有不同的功能。

图6
figure6

胁迫响应顺式调控元件在水稻启动子区的分布VrOSCA绿豆中的基因。ABRE、DRE、LTR、MBS和tc富集序列用不同颜色的矩形表示。ABRE:脱落酸响应元件;DRE:旱、盐、冷响应元件;LTR:低温响应元件;MBS:干旱响应元件;tc丰富:防御和压力反应元素

讨论

由于绿豆是一种适应性强、抗逆性强的作物,因此对绿豆进行全基因组测序有利于抗性基因的鉴定和作物的遗传改良。在本研究中,我们进行了全基因组分析OSCA在绿豆中共鉴定出13个基因VrOSCA基因。VrOSCA蛋白在序列和理化性质上有很大的不同(表2)1),与OSCA来自其他植物物种的基因[20.242632]。系统发育树(图2)1)分析表明,osca可划分为4个支系,这与拟南芥、大豆及稻米[20.2426]。每个分支包括来自绿豆的OSCA成员,拟南芥表明OSCA家族的起源和多样化早于绿豆的分化;拟南芥大豆和大米。进化枝3和进化枝4包含较少的成员,但在物种间是保守的,这表明进化枝3和进化枝4中的OSCA成员可能在生物过程中起着不可或缺的作用。绿豆中osca的不同数量,拟南芥,大豆和水稻基因组表明,绿豆中的大多数osca,拟南芥大豆和水稻的基因组在分化后发生了更大的遗传变异。

基于OSCA家族成员系统发育关系(图2)。1),系统分析了绿豆中osca的合成关系;拟南芥,大豆和大米(图。2、附加文件2).大规模扩张OSCAs可能发生在单子叶和双子叶分裂之后。虽然VrOSCA2.2GmOSCA2.1聚在一起(图2)。1),VrOSCA2.2在合成分析中不存在。我们没有找到相关的syntenyblockVrOSCA1.2VrOSCA2.2。阐明的扩展机制OSCA在绿豆基因家族中,研究了基因复制事件(图2)。3.、表2).我们一共发现了3个重复的VrOSCA基因对包括VrOSCA2.1 / VrOSCA2.2VrOSCA2.3 / VrOSCA2.4VrOSCA2.4 / VrOSCA2.5。绿豆与大豆共线性关系表明VrOSCA2.3, VrOSCA2.4VrOSCA2.5有共线性关系吗GmOSCAs,但VrOSCA2.2没有(附加文件2).因此,复制事件VrOSCA2.1 / VrOSCA2.2可能发生在绿豆和大豆分化之后,而VrOSCA2.3 / VrOSCA2.4VrOSCA2.4 / VrOSCA2.5在绿豆和大豆分化之前重复。重复物的Ka/Ks比VrOSCA基因对少于1对,说明是重复的VrOSCAs可能经历了净化选择压力(表1)2).由于纯化选择限制了基因的分化,使其复制VrOSCA基因可能保留了一些类似的功能[33]。我们的研究结果还表明VrOSCA2.3−2.4和−2.5基因在ABA、PEG和nacl诱导的渗透胁迫下相似。

先前的研究表明,每个AtOSCA蛋白含有11个TMs [233435]。相比之下,vrosca含有8-10个TMs,这表明vrosca在进化过程中经历了遗传变异。为了研究vrosca的结构特征,对其保守结构域进行了分析。结果表明,结构域高度保守(图2)。4), vrosca中pfam13967、pfam14703和pfam02714蛋白结构域的分布与玉米中OSCA蛋白的分布一致[32]。同时,所有的TMs都位于pfam02714和pfam13967蛋白结构域(图2)。4).在这项研究中,确定了20个不同的保守基序。进化枝1、进化枝2和进化枝3的vrosca基序高度保守,且保守基序的组成模式相似。然而,clade 4中的VrOSCA4.1比其他vrosca含有更少的保守基序(图2)。4 b).此外,的表达VrOSCA4.1与正常生长条件下相比,在ABA、PEG和nacl诱导的渗透胁迫下,基因增加了不到10倍(附加文件)6),这表明VrOSCA4.1可能在渗透胁迫反应中起间接作用[25]。

在本研究中,动态渗透胁迫响应的表达模式VrOSCAs进行了分析。基因表达谱分析VrOSCAs可以帮助我们了解它们在渗透胁迫中的可能功能,并为功能评估提供重要线索。作为OSCA高渗钙通道蛋白家族的成员VrOSCA基因对ABA-、PEG-和nacl诱导的渗透胁迫有响应,这与OSCA基因在拟南芥而大米[2436]。然而,VrOSCAs在渗透胁迫下,不仅在支系之间,而且在同一支系内的成员之间也表现出差异表达,表明存在差异VrOSCAs可能有多种功能。目前的研究结果表明VrOSCA2.1ABA、PEG和NaCl处理显著下调,而其他12VrOSCA这三种类型的渗透胁迫显著上调了基因(图2)。5、附加文件6),表明12VrOSCAs可能是绿豆渗透胁迫反应的重要介质,并参与了绿豆复杂信号网络的建立。8 .上调VrOSCA基因(除了VrOSCA1.1−1.2−1.3−4.1)范围从10到70倍(附加文件6),这表明这些基因对渗透胁迫有积极反应。VrOSCA2.2−2.4对ABA、PEG和NaCl胁迫反应强烈,与对照条件(0 h)相比,表达量增加了20倍以上(附加文件)6).因此,VrOSCA2.2−2.4可能同时响应ABA、PEG和NaCl的胁迫响应途径,且响应三种渗透胁迫的途径中可能存在相互作用。无论如何,这些基因在干旱和高盐耐受性中发挥了重要作用。此外,重复基因的表达表明,两对重复基因具有相似的表达模式,这表明这些基因可能在随后的进化中保留了一些基本功能。然而,复制的基因VrOSCA2.1/VrOSCA2.2呈现发散性表达,可能在重复事件后经历了功能化[37]。我们的工作已经确定了基因,以进一步表征它们在渗透胁迫中的功能参与。

13种病原菌启动子成分分析VrOSCA与ABA响应性(ABRE)和应激响应性相关的核心成分(DRE、MBS、LTR和TC-rich)类型不同。例如,所有基因都含有ABRE核心成分,这些成分在aba依赖性基因表达中起着至关重要的作用VrOSCA1.5。只有5个VrOSCA的基因,VrOSCA1.1−1.2−2.1−1.2-2.6,包含DRE元素(图2)。6、附加文件7).此外,的推动者VrOSCA属于同一进化支的基因也包含不同类型和数量的应答元件。因此,属于同一进化支的不同基因可能表现出功能多样性,也可能具有不同的作用机制[38]。只在进化枝1VrOSCA1.4包含与干旱响应相关的MBS元素(图2)。6、附加文件7).的相对表达式值VrOSCA1.4明显高于其他VrOSCAs在PEG处理下的clade 1(附加文件)6),这表明VrOSCA1.4可能在应对干旱压力方面发挥更重要的作用。此外,推动者VrOSCA2.2−2.4也包含MBS元素(图2)。6).的相对表达量VrOSCA2.2−2.4与对照组(0 h)相比,PEG处理(附加文件)增加了20倍以上6).这一结果表明,不同进化支的基因可能表现出协同作用[39]。的发起人VrOSCA2.2−2.6含有ABRE(脱落酸响应元件)和DRE(干旱、盐和冷响应元件)元件,且VrOSCA2.2−2.6在ABA、PEG和NaCl胁迫(0 h)下,均为对照的10倍以上(附加文件6).因此,启动子中存在的胁迫诱导的顺式调控元件在调节基因对非生物胁迫的表达中起着重要作用。

结论

综上所述,共13OSCA在绿豆中进行了基因鉴定。对VrOSCA基因家族的综合分析提供了系统发育关系、复制事件和扩增谱等重要信息。这些发现为了解绿豆中OSCA家族的分子进化提供了重要基础,并为进一步研究绿豆非生物胁迫耐受性提供了候选基因。

方法

绿豆基因组OSCA基因家族成员的鉴定

诉放射虫纲基因组数据库(基因组组装:Vradiata_ver6)从EnsemblPlants (http://plants.ensembl.org/index.html).pfam数据库中保守的OSCA DUF221蛋白结构域(pfam登录号:02714)[40]用于构建HMM配置文件(http://hmmer.janelia.org/)及查询诉放射虫纲全基因组蛋白质数据库。每个非冗余序列都是通过简单模块化架构研究工具(SMART) web服务器(http://smart.embl.de/) [41],国家生物技术信息中心(NCBI)的保守域数据库(CDD) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/bwrpsb/bwrpsb.cgi) [42]及Pfam网站(http://pfam.xfam.org/).用ProtParam (http://web.expasy.org/protparam/).

保守基序、TMs和系统发育分析

绿豆OSCA蛋白的保守基序和TMs使用MEME程序(http://meme-suite.org/meme/)和TMHMM Server V.2.0 (www.cbs.dtu.dk /服务/ TMHMM /),分别。用ClustalW程序分析多序列比对[43],利用MEGA 7 (Molecular Evolutionary Genetics Analysis,分子进化遗传学分析)软件,采用邻接法(neighbor-joining, NJ)和1000次重复迭代构建系统发育树[44]。

种间同质性分析与基因复制

分析同源的关系OSCA对不同物种的基因进行多序列比对,发现绿豆与其他物种的序列相似度在70%以上。然后,使用多重共线扫描工具包(MCScanX)对具有默认参数的共线块进行分析。最后,利用Dual Synteny Plotter软件(https://github.com/CJ-Chen/TBtools).使用默认参数的MCScanX程序分析重复基因对,并使用Circos软件绘制[45]。采用DnaSP v5.0软件对Ka(非同义取代率)和Ks(同义取代率)进行研究[46],选择压力由Ka/Ks比值计算。

植物材料与胁迫处理

本研究以绿豆品种VC1973A为材料,分析了干旱、盐和ABA处理后的基因表达谱。品种VC1973A的种子来自中国农业科学院。VC1973A在24℃的生长室中生长,光周期为16 h。当第一片三叶草叶片出现时,按照前面的方法,用20% PEG-6000、NaCl (100 mM)和ABA (100 μM)溶液处理幼苗[47]。分别于0 h、4 h、12 h和24 h采集叶片,保存于- 80℃。

基因表达谱分析VrOSCA应激处理下的基因

使用RNAprep Pure Plant Kit (Tiangen, Beijing, China)从叶片中分离总RNA,并使用SuperScript™III逆转录酶试剂盒(Invitrogen, USA)合成第一链cDNA。实时荧光定量PCR (qRT-PCR)采用ABIViiA 7实时荧光定量PCR系统(Applied Biosystems, USA)和SYBR Green荧光定量PCR混合物(QIAGEN)进行。PCR在以下条件下进行:95°C 2 min, 94°C 10 s和59°C 10 s的40个循环。的相对表达量VrOSCA基因由2——∆∆CT方法(48]。使用Primer Express Software v2.0(附加文件)设计基因特异性引物8)和商业化合成(华大基因,北京,中国)。的诉放射虫纲以actin基因(GenBank: AF143208.1)为内源对照进行qRT-PCR。每个实验使用来自三个生物重复的不同cdna重复。的热图VrOSCA使用TBtools (v0.6652)生成基因表达,并根据表达模式进行分层聚类。为统计方便,用log2表达式值表示VrOSCAs在热图中。

启动子区非生物应激响应顺式调控元件分析VrOSCA基因

上游1.5 kb的启动子区域序列VrOSCA基因从EnsemblPlants (http://plants.ensembl.org/index.html)(附加文件9).PLACE网站(http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/?action=newplace) [49]被用来鉴定在启动子区域参与ABA和非生物胁迫反应的可能的顺式调控元件。

数据和材料的可用性

拟南芥OSCA蛋白序列采集于拟南芥信息来源(TAIR)数据库(http://www.arabidopsis.org).水稻和大豆OSCA蛋白序列从EnsemblPlants (http://plants.ensembl.org/index.html).osca的所有加入号都包含在附加文件中1。绿豆基因组序列(Vradiata_ver6);大豆(Glycine_max_v2.1)和水稻(IRGSP-1.0)从EnsemblPlants (http://plants.ensembl.org/index.html).在本次研究中使用和分析的所有数据集都包含在已发表的文章及其附加文件中。

缩写

OSCA:

高渗透压门控钙渗透通道

经颅磁刺激:

跨膜区

智能:

简单的模块化架构研究工具

NCBI:

国家生物技术信息中心

TAIR:

拟南芥信息资源

CDD:

保守域数据库

兆瓦:

分子量

pI:

等电点

兆:

分子进化遗传学分析

MEME:

多个电子显微镜用于母题的激发

Ka / Ks:

非同义取代率/同义取代率

存在:

实时定量PCR

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下载参考

致谢

感谢中国农业科学院作物研究所提供绿豆品种VC1973A。

资金

山西省应用基础研究项目(青年科技研究基金)(201901D211427)、山西大同大学博士科研基金(2018-B-16)、山西省高校科技创新计划(2020 L0494、2020 L0496)、国家食用豆业技术体系专项(cas -08- z5)资助。山西省留学基金委(2020-136)、北京市农林科学院青年学者基金(QNJJ201925)资助项目。资助机构只提供财政支持,在实验设计、数据收集和分析以及起草手稿方面没有任何作用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

LY和BX构思并设计了这项研究。LY, RW, XC和FL进行了实验并分析了数据。LY和XC撰写了手稿。RW, MZ和BX修改了手稿。所有作者都阅读并认可了论文的最终版本。

相应的作者

对应到宝隆兴

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伦理批准并同意参与

不适用。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

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尹磊,张敏,吴瑞。et al。casa基因家族成员全基因组分析豇豆属辐射动物以及它们在渗透反应中的作用。BMC Plant Biol21日,408(2021)。https://doi.org/10.1186/s12870-021-03184-2

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关键字

  • 绿豆(豇豆属辐射动物
  • OSCA基因家族
  • 进化分析
  • 表达模式
  • 非生物胁迫