辣椒SRO基因家族鉴定与组织特异性分析_张永兰.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 14 期，第 4560-4567 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.14,4560-4567研究报告Research Report辣椒 SRO 基因家族鉴定与组织特异性分析张永兰1*党万玛1董莉莉1石天龙2张宇斌2,31 青海柴达木职业技术学院生物工程系,德令哈,817000;2 贵州师范大学生命科学学院,植物生理与发育调控重点实验室,贵阳,550025;3 贵州师范大学生命科学学院,西南喀斯特山地生物多样性保护重点实验室,贵阳,550025*通信作者,摘要大量研究表明，SROs 与植物非生物胁迫和生长发育息息相关，具有 PARP、RST 和 WWE 3 个特征结构域。辣椒是人们日常食用的一类蔬菜，有必要研究其对非生物胁迫的耐受性以提高产量。基于辣椒已公布的基因组数据，进行双向 BLAST 比对，获得 5 个辣椒 SRO 基因家族成员，分别为 CaSRO1CaSRO5。利用NCBI-CDD 工具进行基因结构分析表明，每个 CaSRO 基因含有 46 个外显子。组织特异性表达谱显示CaSRO3 和 CaSRO4 在辣椒的根、茎和叶 3 个不同组织中的表达存在差异，具有组织特异性。系统进化树分析可以聚为 2 个亚类，T459_00928、T459_17068 和 T459_03742 为第a 类；T459_10290 为第b 类。综合分析 5 个辣椒 SRO 基因家族成员发现，T459_00928、T459_17068 和 T459_03742 是辣椒应对非生物胁迫的重要基因。本研究有助于揭示植物的基本生物学特性，为辣椒在非生物胁迫方面的研究提供一定的理论支持。关键词辣椒;SRO;生物信息学Genome-wide Identification and Tissue Specific Analysis of SRO GeneFamily in Capsicum annuum L.Zhang Yonglan1*Dang Wanma1Dong Lili1Shi Tianlong2Zhang Yubin2,31 Department of Bioengineering,Qinghai Qaidam Vocational&Technical College,Delhi,817000;2 Key Laboratory of Plant Physiology and Develop-ment Regulation,School of Life Science,Guizhou Normal University,Guiyang,550025;3 Key Laboratory of State Forestry Administration on Biodi-versity Conservation in Karst Mountain Area of Southwest of China,School of Life Science,Guizhou Normal University,Guiyang,550025*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.004560AbstractA large number of studies have shown that SROs are closely related to plant abiotic stress and growthand development,and have three characteristic domains,namely PARP,RST and WWE.Capsicum annuum L.is atype of vegetable that people eat every day,and it is necessary to study its tolerance to abiotic stress to increaseyield.Based on the published genome data of C.annuum L.,a two-way BLAST comparison was performed toobtain 5 C.annuum L.SRO gene family members,namely CaSRO1CaSRO5.The gene structure analysis usingNCBI-CDD tool showed that each CaSRO gene contained 46 exons.The tissue-specific expression profileshowed that the expression of CaSRO3 and CaSRO4 in three different tissues of C.annuum L.roots,stems andleaves were different,and they had tissue specificity.Phylogenetic tree analysis could be grouped into twosub-categories,T459_00928,T459_17068 and T459_03742 were category a;T459_10290 was category b.Comprehensive analysis of 5 C.annuum L.SRO gene family members found that T459_00928,T459_17068 andT459_03742 were important genes for C.annuum L.to respond to abiotic stress.This research is helpful to revealthe basic biological characteristics of plants and provides certain theoretical support for the research of C.annuum基金项目：本研究由青海省高端创新人才千人计划项目(青人才字 2019 6 号)资助引用格式：Zhang Y.L.,Dang W.M.,Dong L.L.,Shi T.L.,and Zhang Y.B.,2023,Genome-wide identification and tissue specific analysisof SRO gene family in Capsicum annuum L.,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(14):4560-4567.(张永兰,党万玛,董莉莉,石天龙,张宇斌,2023,辣椒 SRO 基因家族鉴定与组织特异性分析,分子植物育种,21(14):4560-4567.)L.on abiotic stress.KeywordsCapsicum annuum L.;SRO;Bioinformatics辣椒(Capsicum annuum L.)是茄科(Solanaceae)辣椒属(Capsicum)一年或有限多年生蔬菜，在热带、亚热带以及许多温带国家都有栽培，是世界上种植最广泛的蔬菜之一。由于辣椒果皮含有辣椒素类生物碱，使辣椒果实具有独特的风味并增加食欲(Daoodet al.,1996)。辣椒中含有丰富的维生素 C、维生素 E以及维生素 A，具有很高的营养价值(Daood et al.,1996;Palevitch and Craker,1996)。辣椒有着广泛的用途，它除了能够满足人们对辛辣味的喜爱外，还是天然着色剂和化妆品的原料之一，也是驱虫剂的重要活性成分；同时提供许多维生素和矿物质(Fraenkel etal.,2004;Luo et al.,2011)。辣椒具有丰富的营养价值与药用价值，这使其成为世界上消费最多的香料作物之一(Menichini et al.,2009)。不同程度的非生物胁迫和生物胁迫限制植物生长，因此植物进化出复杂的机制来应对有害条件。植物对环境条件变化的反应是由一系列信号网络介导的，这些信号网络引起下游反应，包括基因表达和转录调控的变化。了解植物对外界刺激反应的生化机制不仅有助于揭示植物的基本生物学特性，而且由于胁迫限制了作物的产量，因此对农业具有重要意义。非生物胁迫时会导致植物产生活性氧(reactiveoxygen species,ROS)，ROS 的过度积累会限制植物的生长和发育(Miller et al.,2010)。类 RCD-ONE(SI-MILAR TO RCD-ONE,SRO)基因可以被多种非生物胁迫因子诱导，进而清除 ROS。SRO 是植物特异性蛋白质，SROs 具有多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)和一个 C 末端RCD1-SRO-TAF4(RST)结构域(Jaspers et al.,2010)。RST 结构域可以与各种转录因子相互作用(Jaspers etal.,2009)。一些 SRO 还包含一个参与蛋白质泛素化和 ADP 核糖基化的中间 WWE 结构域(Aravind,2001;Vainonen et al.,2020)。根据其结构域组成，SRO 分为型和型(Jaspers et al.,2010)。型 SROs 只有一个 N 端 WWE 结构域，而型 SROs 具有 PARP 和RST 结构域。双子叶植物含有型和型 SROs，而单子叶植物只含有型 SROs(You et al.,2014;Li etal.,2017;Li et al.,2018)。RCD1 通过与 SALT OVER-LY SENSITIVE 1(SOS1)的相互作用参与非生物胁迫(Katiyar-Agarwal et al.,2006)。在水稻(Oryza sativaL.)中，OsSRO1c 缺失导致植物表现出显著的干旱耐受性，以及对氧化应激的更强耐受性(You et al.,2013;2014)。适当上调 OsSRO1c 可降低愈伤组织褐变，提高遗传转化效率，这可能与减少氧化应激引起的细胞衰老和死亡紧密相关(Zhang et al.,2020)。SROs 与植物非生物胁迫和生长发育密切相关。SROs 在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、玉米(Zeamays)、陆地棉(Gossypium hirsutum)和水稻等植物中均有报道，然而在辣椒中 SROs 的功能还是未知的。本研究以已公布的辣椒全基因组数据为基础，利用生物信息学工具分析获得可能的 5 个辣椒 SRO 家族基因成员，分别为 CaSRO1CaSRO5。通过分析 5 个辣椒 SRO 家族基因成员的理化性质、蛋白保守结构域、基因结构及系统进化关系等信息，找出与辣椒非生物胁迫高度相关的基因，为辣椒 SRO 基因介导抗逆的分子机制提供理论依据。1结果与分析1.1辣椒SRO基因家族的理化性质本研究利用生物信息学工具进行双向 BLAST比对，从 NCBI(National center for biotechnology information)已公布的辣椒基因组信息中一共鉴别出5 个 SRO 基因(表 1)，氨基酸长度位于 369620 aa，氨基酸数目最多的为 T459_03742，含 620 个氨基酸；编码氨基酸数目最少的为 T459_10290，含 369 个氨基酸；等电点变化位于 5.548.59；分子量从 40 913.2070369.51kD，分子量最大的是T459_03742，分子量最小的是 T459_10290。CaSRO1 和 CaSRO2的亚细胞定位是细胞核；CaSRO3、CaSRO4 和 CaSRO5 的亚细胞定