甜菜耐盐RNA m~6A修饰酶基因的筛选鉴定与表达研究

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土壤盐渍化已成为全球性问题。在我国,盐碱地与甜菜生产区高度重合,这对甜菜的耐盐性提出了更高的要求。作为主要的产糖作物,甜菜的耐盐性研究一直是农业研究的重点。m~6A修饰是近年转录组学的研究热点,被证明可以参与植物细胞分化、生长发育及应对非生物胁迫过程,它包括三类修饰酶:甲基化转移酶、去甲基化酶和结合蛋白。目前对植物m~6A修饰的研究集中在模式生物拟南芥上,对甜菜的研究尚未开展。因此探究RNA甲基化修饰在甜菜盐胁迫应答过程中的功能,对选育耐盐新品种有重大意义。本文结合生物信息学方法和分子生物学方法,对甜菜m~6A修饰酶基因进行了筛选鉴定以及表达量分析,具体结果如下:根据拟南芥5个m~6A甲基化转移酶的氨基酸序列,在甜菜全基因组数据库中Blastp得到对应的5个同源蛋白。Domain标识鉴定发现它们均含有对应家族的保守结构域,有2个蛋白属于同一家族,基因结构(外显子/内含子分布情况)相似。亚细胞定位显示均位于细胞核中,与拟南芥甲基化转移酶定位一致。拟南芥m~6A去甲基化酶包括ALKBH9B/10B,属于ALKB家族。根据拟南芥14个ALKB家族蛋白共有的保守结构域,筛选出了10个甜菜ALKB蛋白。以10个甜菜蛋白均作为候选的m~6A去甲基化酶进行生信分析。对24个ALKB蛋白进行了系统进化树关系分析,将所有蛋白分为5类,同类蛋白的外显子/内含子数量、分布及模体分布相似。其中与ALKBH9B/10B同源的基因共有3个:njrf、eskg、uxaj,很可能是潜在的甜菜去甲基化酶。蛋白的亚细胞定位预测,大部分蛋白位于细胞核,个别蛋白位于细胞质和细胞外,可能与转录调控过程中发挥的不同作用有关。拟南芥m~6A结合蛋白包括ECT2-4及CPSF30,均属于YTH家族。根据YTH家族共有的保守结构域,在甜菜全基因组中筛选出6个YTH蛋白。平均等电点为6.72,蛋白预测为细胞核定位,可能参与RNA核内修饰过程。进化树分析表明,tirq(同源ECT2-4)和mced(同源CPSF30)很可能是潜在的甜菜m~6A结合蛋白。采用300 m M的氯化钠溶液对甜菜耐盐品系“O”68进行了盐处理,在不同时间点(0.5、1、2、3、6、12、24 h)下检测了21个甜菜修饰酶基因的表达量。与对照相比,随着盐处理时间的增加,甜菜在0-6 h叶片逐渐萎蔫,之后逐渐恢复,根系没有观察到明显变化,说明甜菜对盐胁迫产生了响应。所有基因的表达量在盐处理下均发生显著变化,大部分基因在1 h和24 h变化最显著,4个潜在m~6A修饰酶基因eskg、uxaj、tirq和mced在6 h上调显著,这种特殊性暗示了它们在盐胁迫应答中发挥重要作用。编码甲基化转移酶和去甲基化酶基因整体先下调后上调再下调,而结合蛋白基因整体有上调趋势。选取了表达量较高且表达差异明显、编码不同类别修饰酶的基因arcy(编码甲基化转移酶)、swwm和uxaj(编码去甲基化酶)、mced(编码结合蛋白)进行克隆并提交至Genbank,获取登录号分别为:MZ358115、MZ385116、MZ358117和MZ385118。通过双酶切的方法连接到表达载体p CAMBIA-4×Myc-MCS-3×FLAG及沉默载体p TRV 2上,转化进农杆菌中,该工程菌可用于后续的功能验证实验。
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