陸地棉XTH基因家族全基因組鑒定及纖維發(fā)育不同時(shí)期表達(dá)分析.pdf

1、棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維是天然紡織的主要原材料。在纖維細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞壁成分和結(jié)構(gòu)狀況影響棉纖維品質(zhì)。木葡聚糖是組成雙子葉植物初生細(xì)胞壁最主要的半纖維素。木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶(xyloglucanendotr ansglycosylase/hydrolase，XTH)是一類(lèi)具有木葡聚糖分子內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶活性或水解木葡聚糖β-1，4糖苷鍵活性的酶，研究其在纖維發(fā)育過(guò)程中的功能具有重要意義。本研究基于陸地棉TM-1基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，根

2、據(jù)XTH保守序列，從全基因組水平鑒定XTH基因家族成員，分析該基因家族的染色體分布和基因結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)的保守性、保守位點(diǎn)、系統(tǒng)發(fā)育及理化性質(zhì)等，預(yù)測(cè)啟動(dòng)子順式作用元件。結(jié)合課題組已有的多個(gè)不同纖維品質(zhì)陸地棉品種纖維發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，明確XTH基因家族成員在棉纖維發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)模式，主要研究結(jié)果如下:
　　1.在陸地棉基因組中鑒定出72個(gè)XTH基因家族成員，分別命名為hXTH01-72，XTH基因家族成員在染色體上的并不是隨機(jī)分布的

3、，部分基因的串聯(lián)可能導(dǎo)致了該基因家族的擴(kuò)張。
　　2.72個(gè)XTHs含有共同的氨基酸殘基，存在共同的三個(gè)保守基序，分布著多個(gè)保守性的氨基酸殘基，部分保守性氨基酸殘基組成XTH家族特有的保守性基序，且又存在差異，這些差異可能導(dǎo)致基因功能的分化。根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化，72個(gè)XTHs可分為三個(gè)亞組，Ⅰ亞組包含24個(gè)XTHs，Ⅱ亞組包含28個(gè)XTHs，Ⅲ亞組包含20個(gè)XTHs。大多數(shù)XTH基因的外顯子個(gè)數(shù)是3-4個(gè)，保守性較好，進(jìn)化樹(shù)相近分支具有

4、相似的基因結(jié)構(gòu)。
　　3.XTH基因家族成員蛋白分子量大都介于10.6～44.2kDa，理論等電點(diǎn)介于4.43～9.76，多數(shù)偏堿性，表現(xiàn)為親水性，具有較高的脂溶性，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。大多數(shù)XTH蛋白被預(yù)測(cè)定位于細(xì)胞外。
　　4.XTH基因家族上游序列大部分包含啟動(dòng)子區(qū)域，存在多種與纖維發(fā)育、生物脅迫、非生物脅迫、光反應(yīng)、激素調(diào)控相關(guān)的順式作用元件，表明XTH基因家族功能的多樣性。
　　5.基于纖維轉(zhuǎn)錄組中XTHs表達(dá)

5、數(shù)據(jù)，基因表達(dá)可以分為纖維起始期高表達(dá)、伸長(zhǎng)期高表達(dá)、次生壁加厚期高表達(dá)和全時(shí)期低表達(dá)4種模式。全時(shí)期低表達(dá)模式基因有23個(gè)，推測(cè)這些基因?qū)w維發(fā)育發(fā)揮作用較小。起始高表達(dá)模式基因有12個(gè)，推測(cè)其主要在纖維發(fā)育起始發(fā)揮作用。纖維伸長(zhǎng)期高表達(dá)模式有30個(gè)，推測(cè)其在纖維伸長(zhǎng)過(guò)程發(fā)揮作用。次生壁加厚期高表達(dá)模式基因有7個(gè)，可能主要參與次生壁加厚。纖維發(fā)育不同時(shí)期都存在優(yōu)質(zhì)陸地棉比一般陸地棉優(yōu)勢(shì)表達(dá)的基因，推斷這些基因能夠促進(jìn)棉纖維伸長(zhǎng)，這些基

6、因的表達(dá)差異可能是引起優(yōu)質(zhì)棉品種比品質(zhì)一般陸地棉品種纖維長(zhǎng)的重要因素。
　　綜上，本研究明確了陸地棉中72個(gè)XTH基因家族成員的基本信息，GhXTH20、GhXTH22、GhXTH36等基因在次生壁加厚期優(yōu)勢(shì)表達(dá)，GhXTH3、GhXTH12、GhXTH17等在伸長(zhǎng)期和次生壁加厚期都優(yōu)勢(shì)表達(dá)，這些基因可能是引起優(yōu)質(zhì)棉品種比品質(zhì)一般陸地棉品種纖維品質(zhì)更好的重要基因。上述結(jié)果為研究陸地棉XTH基因家族在棉纖維發(fā)育中的功能奠定了重要基礎(chǔ)