柑橘水通道蛋白基因及其在干旱胁迫下的表达分析

【作者】 冯芳芳； 辜青青； 魏清江；

【机构】 江西农业大学农学院；

【摘要】 水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)与植物体内水分运输密切相关,最终影响植物的抗旱性。以甜橙数据库AQPs序列为基础,对其进行全基因组分析,进一步比较相关基因在耐早性不同的柑橘幼苗干旱条件下表达差异。植物材料为4个月的三湖红橘(抗旱)和三湖化红(不抗旱)实生苗,种子采自于江西省新干县三湖镇。干旱胁迫采用盆栽控水法,以正常灌溉为对照,于处理后0、5和10 d取植物叶片和根系,液氮速冻后于-80℃保存,用于RNA提取。AQPs基因的表达使用CFX96 touch实时荧光定量PCR仪(美国Bio-Rad)完成。在拟南芥基因组数据库(https://www.arabidopsis.org/)中获取AQPs序列,以此为搜索序列在甜橙基因组数据库(http..//citrus.hzau.edu.cn/orange/index.php)运行BLAST程序,获得到甜橙AQPs序列。蛋白序列等电点和分子量使用在线服务工具ExPASy进行预测;氨基酸多序列比对用DNAMAN软件进行;蛋白跨膜区域采用在线服务工具TMHMM预测;进化树构建使用MEGA6软件Neighbor--Joining算法完成;基因的染色体定位使用MapInspect软件完成;基因结构分析使用在线服务工具GSDS完成。结果表明,在甜橙全基因组中共鉴定了34个AQPs家族成员。根据其序列相似性和进化分析,AQPs可分为5个亚家族:PIP、NIP、TIp、SIP和XIP,分别含有11、8、9、3、3个成员。预测AQPs的蛋白长度为198~354个氨基酸残基,等电点在4.83~10.07之间,分子量范围为21.1~39.9kD。序列分析表明,柑橘AQPs均具有6个跨膜域,为疏水性的全α型跨膜蛋白质。此外,AQPs成员具有较强的氨基酸保守性,含有2个NPA(Asn-Pro-Ala)保守基序和1个ar/R(aromatic/arginine)分子筛。染色体定位显示,除CsTIP1;1的定位不明确外,其余33个AQPs不均匀地分布于甜橙的9对染色体上,其中6号上最多,有8个。不同AQPs的基因结构也不尽相同,4个基因含有1个内含子,12个基因含有2个内含子,10个基因含有3个内含子,7个基因含有4个内含子,CsSIP1;1没有内含子。利用实时定量PCR分析家族成员在干旱胁迫下表达模式,结果表明:干旱不同时间后,三湖红橘叶片中CsPIP1;3/2;2/2;3/2;5/、CsNIP1;1/1;2/4;1/4;2/5;1/6;1、CsTIP2;2/3;1/3;2/4;1、CsSIP2;1和CsXIP2;1的表达量均显著升高,根中CsPIP1;3、CsNIP2;1/4;1、CsTIP1;1/1;2、CsSIP2;11和CsXIP2;1的表达量往往低于对照。同时,导致CsPIP2;1/2;2/2;3、CsNIP1;1、CsTIP2;1/3;1/3;2、CsSIP1;2和CsXIP1;1/1;2的表达量显著高于对照,根中CsPIP1;2/2;4/、CsNIP1;2/2;1/5;1/6;1/7;1、CsTIP1;1/1;2/2;1/2;2/3;1/3;2/4;1/5;1、CsSIP1;1/2;1和CsXIP1;1/1;2/2;1的表达量则下降。更多还原