甘蔗应答白条病菌胁迫的NPR3-TGA基因模块鉴定与表达分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JoshuaSiu
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TGA(TGACG motif-binding factor)转录因子属于b ZIP(basic leucine zipper)家族D组成员,能够特异性地与TGACG为核心的激活序列(activation sequence 1,as-1)相结合,调节靶基因的转录水平,从而调控植逆境胁迫应答。TGA是水杨酸(SA)信号通路上的关键转录因子,广泛参与植株对生物和非生物胁迫的响应。目前TGA基因家族的鉴定和功能分析在多种植物上已有报道,但甘蔗TGA基因家族鉴定和功能分化尚未报道。为此,本研究以甘蔗割手密(Saccharum spontaneum)全基因组为参考,开展Ss TGA家族成员的鉴定和系统进化分析,基因在染色体上的分布和进化模式、基因结构等生物信息学分析,并探析SA信号通路上Sc NPR3-Sc TGA-Sc PR1模块基因响应白条病菌侵染和外源SA胁迫的转录表达模式,最后,通过酵母双杂方法验证了不同Sc TGA蛋白与Sc NPR3蛋白存在体外互作。主要研究结果如下:基于割手密AP85-441基因组数据,鉴定到30个等位基因、14个Ss TGA基因,命名为Ss TGA01~Ss TGA14。根据这些基因的结构和系统进化分析,将Ss TGA家族成员分为4个基因亚家族,其中有14个Ss TGA基因成员被划分到第Ⅱ基因亚家族。Ss TGA蛋白具有高度保守的结构和基序特征,都含有b ZIP结构域和DOG1结构域。利用MCScan X对Ss TGA基因成员与割手密全基因组进行共线性分析,发现Ss TGA家族基因的扩张主要是通过基因片段重复事件进化机制。然后,以甘蔗白条病抗病品种LCP85-384和感病品种ROC20苗期植株为材料,用白条黄单胞菌Xanthomonas albilineans菌株Xa-FJ1接种后,Sc NPR3基因表达量在两个品种中均显著下调。5个Sc TGA基因成员呈现不同的表达模式,Sc TGA04.1、Sc TGA04.2和Sc TGA07.1起正向调控作用,而Sc TGA14起到负向调控作用。Sc PR1基因转录表达在2个品种上均显著上调,但是抗病品种Sc PR1上调幅度比感病品种大。另外,在外源SA喷施处理后,Sc NPR3基因表达量在两个品种中均显著下调,5个Sc TGA基因和Sc PR1基因转录表达量在2个品种都显著上调表达。最后,经酵母双杂交实验证实了4个Sc TGA蛋白Sc TGA04.1、Sc TGA04.2、Sc TGA07.1和Sc TGA14均能与Sc NPR3蛋白体外互作。综上,本研究率先鉴定了割手密TGA基因家族成员,并在2个甘蔗品种上解析其响应白条病菌和外源SA胁迫的表达特性,初步鉴定了甘蔗SA信号通路上关键基因模块及其表达模式,这些研究结果以期为甘蔗抗病遗传改良提供重要的候选基因资源,为进一步解析SA信号途径介导的甘蔗应答白条病菌胁迫的分子机制奠定基础。
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