茶树TLP家族基因鉴定及其...高温干旱和炭疽菌侵染的响应_郭菥蓥.pdf

收稿日期:20220606修回日期:20220717基金项目:福建农林大学科技创新项目(KFA20047A、KFA20143A);宁德师范学院创新团队项目(2019T02)作者简介:郭菥蓥(1999)，女研究方向:茶树病害防治Email:xiyingguo79 163com通信作者刘伟(1971)，男，研究员，博士研究方向:茶树病害防治Email:liuwei0591 126com茶树 TLP 家族基因鉴定及其对高温干旱和炭疽菌侵染的响应郭菥蓥1，陈强1，连玲丽2，魏日凤1，刘伟3(1福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002;2福建农林大学生命科学学院，福建 福州 350002;3宁德师范学院生命科学学院，福建 宁德 352000)摘要:类甜蛋白(TLP)家族基因在植物抵御逆境胁迫过程中发挥着重要作用本研究利用生物信息学方法对茶树 TLP 家族基因进行分析和预测，并通过 qT-PC 检测了其在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下的表达水平从茶树基因组中共鉴定出31 个TLP 基因，命名为 CsTLP1CsTLP31系统进化分析表明，31 个 TLP 基因分成 10 个类群，其中，类群 5 中的成员最多，且集中在 13、14 号染色体上结合基因的表达特征可知，类群 5 和类群 6 中的较多成员在逆境胁迫下呈现差异表达qT-PC验证表明:在炭疽菌侵染胁迫下，CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23、CsTLP27 的表达量与对照相比显著上调;在高温干旱胁迫下，10 个 TLP 基因的表达量与对照相比存在显著差异，其中，CsTLP20、CsTLP21、CsTLP22、CsTLP23、CsTLP28 的表达量显著上调，CsTLP7、CsTLP16、CsTLP27 的表达量显著下调，CsTLP15、CsTLP26 的表达量在部分时间点显著上调综合来看，CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23 的表达量在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下均显著上调，表明它们是 TLP 家族基因中参与逆境响应的重开放科学(资源服务)标识码(OSID)要成员研究结果为进一步开展茶树 TLP 家族基因的功能验证和抗逆机理研究提供参考关键词:茶树;TLP 基因家族;表达分析;高温干旱;炭疽菌侵染中图分类号:S5711文献标识码:A文章编号:1671-5470(2023)03-0309-08DOI:1013323/jcnkijfafu(natsci)202303004Identification of TLP gene family in Camellia sinensis and their expression pattern underhigh temperature，drought stress and Colletotrichum gloeosporioides infectionGUO Xiying1，CHEN Qiang1，LIAN Lingli2，WEI ifeng1，LIU Wei3(1College of Horticulture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China;2College ofLife Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China;3College of Life Science，Ningde Normal University，Ningde，Fujian 352000，China)Abstract:Thaumatin-like protein(TLP)gene family play important roles in plants resistance to stresses arisen from adversity Inthis study，the TLP gene family of tea plants were predicted and analyzed using bioinformatics methods，and their expression levelsunder Colletotrichum gloeosporioides infection，high temperature and drought stress were further examined by qT-PC A total of 31TLP genes，CsTLP1CsTLP31，were identified from the genomic database of Tea Plant Information Archive Phylogenetic analysisshowed that the 31 TLP genes were divided into 10 groups，in which group 5 had the most members and were mainly located onchromosomes 13 and 14 According to the expression characteristics of the genes，more members of group 5 and 6 presented differen-tial expressions under adversity qT-PC verification further showed that the expressions of 4 TLP genes，including CsTLP20，CsTLP21，CsTLP23 and CsTLP27，were significantly up-regulated under Cgloeosporioides infection;under high temperature anddrought condition，the expressions of 10 TLP genes were significantly different from those of the control，among which CsTLP20，CsTLP21，CsTLP22，CsTLP23 and CsTLP28 were significantly up-regulated while CsTLP7，CsTLP16 and CsTLP27 were significant-ly down-regulated，and CsTLP15 and CsTLP26 were significantly up-regulated at some time points In summary，CsTLP20，CsTLP21and CsTLP23 were significantly up-regulated under both types of stresses，indicating their key role as the TLP gene family in stressresponse The study provided a reference for further functional validation of the TLP gene family of tea plants and research on the福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷 第 3 期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)2023 年 5 月mechanism of stress resistanceKey words:Camellia sinensis;TLP gene family;expression analysis;high temperature and drought stress;Colletotrichum gloeospo-rioides stress茶 Camellia sinensis(L)O Kuntze 是一种多年生常绿经济作物，在我国主要分布在长江中下游、西南、华南等地区茶树在生长过程中常受高温、干旱等极端天气的影响，茶树中活性成分儿茶素、茶氨酸、咖啡因含量的减少导致茶叶品质下降，造成重大经济损失，这对茶树育种和逆境响应机制研究提出了新要求1 植物病程相关蛋白(P)是植物在病理或病理相关的环境下诱导的一类蛋白，主要分布在植物液泡和细胞间隙中类甜蛋白(thaumatin-like protein，TLP)属于 P-5 家族，是逆境环境下产生的一类蛋白，主要通过改变细胞膜的通透性来调节植物对逆境胁迫的防御反应23 目前多种植物 TLP 已被证实具有抗真菌活性、诱导细胞程序性死亡、提高植株耐受性等作用4 如:Yan et al5 研究表明，葡萄 TLP29 基因的过表达可上调水杨酸和茉莉酸甲酯信号，增强了对白粉病和丁香假单胞菌番茄致病变种 DC3000 的抗性;Li et al6 研究表明，番茄 TLFP8 基因能通过核内复制调控气孔的密度和大小，从而影响水分利用效率，提高植物抗旱性;陈兵等7 从西瓜基因组中鉴定得到 28 个 TLP 家族基因，这些基因主要在根部表达，可受枯萎病菌诱导，可能在抵御病原菌侵染过程中发挥重要作用;Sunet al8 研究表明，杨树 TLP 基因的过表达能增强对斑点病的抗性能力，同时从过表达植株中提取的总蛋白也在体外对病原真菌具有明显的抑制作用以往研究表明，茶树 TLP 基因在响应逆境胁迫中起重要作用如:Muoki et al910 研究表明，在干旱胁迫下茶树耐旱品种 UPASI-9 TLP 基因表达上调，同时，在干旱胁迫下转 TLP 基因的拟南芥传递膜稳定性增强、耐旱性显著提高;Wang et al11 研究表明，min211-thaumatin-like 蛋白可正向调控抑制茶树灰霉病;Acharya et al12 研究表明，茶树 TLP 基因过表达植株中 PAL 和 LOX 基因的表达量显著增加，增强了对菜豆壳球孢病菌(Macrophomina phaseolina)的抗性尽管这些研究已证实 TLP 与茶树抗逆性密切相关，但目前仍缺乏对 TLP 的系统认识据此，本研究从全基因组水平对茶树 TLP 家族基因进行鉴定，并对家族基因的进化关系、保守基序和顺式作用元件等进行分析，旨在为进一步研究该家族基因在响应逆境胁迫中的功能提供依据1材料与方法11材料处理茶树品种 舒茶早 全基因组和蛋白数据下载自 TPIA 数据库(https:/wwwtpdbshengxinren)13;拟南芥(Arabidopsis thaliana)蛋白序列来自 TAI 数据库(https:/wwwarabidopsisorg/);水稻(Oryza sativa)蛋白序列来自国家水稻数据中心(https:/wwwricedatacn/);炭疽菌侵染和高温干旱胁迫的转录组数据均下载自 NCBI-SA 数据库(https:/wwwncbinlmnihgov/sra)选取茶树品种 龙井 43 一年生扦插苗，采摘标准为大小一致、无病害的第 2 叶;茶树炭疽菌(Colleto-trichum gloeosporioides)由宁德师范学院分子生物研究室提供在高温干旱处理试验中，将(242)下生长的植株转移至含 150 gL1PEG-6000 的水培溶液中，于(382)下生长，收集处理 0、6、12、24 h 的第 2叶;在炭疽菌处理试验中，将叶片做十字切割后接种炭疽菌块，置于光照培养箱中的培养皿上进行保湿培养(25、光照时间 12 h)，分别于处理 0、24、48 h 时取样每个处理设 3 次重复提取的样品用液氮速冻后保存于80 中用于 NA 的提取12茶树