白菜、甘蓝和拟南芥PYR/PYLs-与CAR-like同源基因的进化分析和功能研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yulekan
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脱落酸(ABA)作为一种重要的植物激素,不仅可以调节植物的生长发育过程,而且可以调控植物逆境胁迫应答反应。随着PYR/PYL(PYRABACTIN RESISTANCE1/PYR1-LIKE/REGULATORY COMPONENTS OF ABA RECEPTORS)型ABA受体的发现,ABA感知及ABA应答基因的转录调控分子机理得到了阐明。新近研究发现拟南芥中C2-domain ABA-related(CAR)蛋白家族以Ca2+依赖的方式介导ABA受体PYR/PYL到达细胞质膜参与ABA信号转导调控。甘蓝和白菜中的ABA信号反应已经开展了一些研究,但PYR/PYL型受体感知及调控机制研究还比较少。本研究通过对甘蓝和白菜的PYR/PYL-like与CAR-like基因注释及功能分析,得到如下研究结果:(1)全基因组注释得到甘蓝PYR/PYL-like基因24个、白菜PYR/PYL-like基因24个,蛋白同源进化分析发现PYR/PYL家族的三个亚家族中都有甘蓝和白菜PYR/PYL-like基因;(2)基因染色体定位分析,发现甘蓝中有两个基因Bol003645(Bo PYR1a)及Bol007552(Bo PYL6a)没有定位在任何染色体上、白菜中的所有PYR/PYL-like基因都定位在了染色体上;(3)基因结构和蛋白结构分析表明大多数甘蓝和白菜PYR/PYL-likee基因与它们同源的拟南芥的基因结构相似,而且三者具有保守的蛋白基序;(4)基于转录组测序结果构建的基因表达图谱发现甘蓝中除了Bo PYL11(Bol006314)和Bo PYL13(Bol009397)、白菜中除了BrPYL5a(Bra028758)和BrPYL13(Bra013334)以外,其它PYR/PYL-like基因都至少在一个组织中高度表达;(5)白菜关键PYR/PYL-like基因ABA诱导表达图谱分析表明ABA可以诱导BrPYL1基因的表达;(6)ABA反应性分析发现,BrPYL1转基因植株对ABA的敏感性增加;(7)ABA信号转导体外重组实验,表明白菜BrPYL1可以感知ABA信号启动报告基因RD29B-LUC的表达;(8)通过CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术我们获得了敲除甘蓝和白菜PYR1和PYL1基因的油菜再生幼苗;(9)全基因组注释得到甘蓝CAR-like基因16个、白菜CAR-like基因16个,并分析了它们的同源进化关系和基因染色体定位信息,同时对它们的基因结构、蛋白结构和基因表达进行分析,最终通过CRISPR-Cas9基因编辑技术获得了敲除甘蓝和白菜CAR1、CAR5和CAR9基因的油菜再生幼苗。综上所述,基因结构和蛋白质结构分析表明甘蓝和白菜与拟南芥中的PYR/PYL及CAR蛋白高度相似,进一步的功能研究发现白菜BrPYL1可以正向调节ABA对种子萌发的抑制作用,并且可以作为ABA受体感应ABA信号。这一结果暗示甘蓝、白菜和拟南芥的ABA信号感知及调控机制存在相似性。
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