作物杂志,2019, 第6期: 33–42 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.006

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

SiASRs家族基因的鉴定及表达分析

宋健1,2,晓宁3,王海岗3,陈凌3,王君杰3,刘思辰3,乔治军3   

  1. 1山西大学生物工程学院,030006,山西太原
    2山西省农业科学院经济作物研究所,032200,山西汾阳
    3山西省农业科学院农作物品种资源研究所,030031,山西太原
  • 收稿日期:2019-06-05 修回日期:2019-10-11 出版日期:2019-12-15 发布日期:2019-12-11
  • 通讯作者: 刘思辰,乔治军
  • 作者简介:宋健,助理研究员,研究方向为谷子种质资源创新与利用
  • 基金资助:
    国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-06-13.5-A16);山西省自然科学基金(201601D102049);山西省“农谷”研发专项(YCX2017D2205)

Identification and Expression Analysis of ASR Family Genes in Setaria italica

Song Jian1,2,Cao Xiaoning3,Wang Haigang3,Chen Ling3,Wang Junjie3,Liu Sichen3,Qiao Zhijun3   

  1. 1College of Biological Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, Shanxi, China
    2Institute of Industrial Crop, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Fenyang 032200, Shanxi, China
    3Institute of Crop Germplasm Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031, Shanxi, China
  • Received:2019-06-05 Revised:2019-10-11 Online:2019-12-15 Published:2019-12-11
  • Contact: Sichen Liu,Zhijun Qiao

摘要:

ASR蛋白是植物特有的一类蛋白,是参与并提高植物抗旱性和耐盐性过程中非常重要的蛋白之一。利用生物信息学方法,对8个谷子SiASRs家族基因编码的蛋白进行理化性质的分析、启动子的分析和系统进化树构建等,并结合qRT-PCR进行10% PEG-6000和150mmol/L NaCl胁迫下的表达分析。结果表明,谷子SiASRs家族的8个基因编码的蛋白都包含典型的ABA/WDS结构,该基因家族编码的蛋白质都不具有信号肽。系统发育树分析结果表明,在遗传进化上谷子与柳枝稷亲缘关系较近,与双子叶的番茄和大豆ASR蛋白的亲缘关系较远。PEG胁迫下基因的表达分析显示,8个SiASRs基因在受到PEG胁迫诱导后在根、茎、叶中表达量差异显著。NaCl胁迫下基因的表达分析结果显示,8个ASR基因对NaCl胁迫的响应主要在叶中体现,整体呈上调表达趋势;8个ASR基因在茎中表达变化较为稳定;在根部主要由ASR1、ASR2、ASR4、ASR5、ASR6参与NaCl胁迫响应,均为上调表达。

关键词: 谷子, ASR, 家族基因, 生物信息学, 表达分析

Abstract:

ASR protein is a plant-specific protein, which it is one of the most important proteins involved in the drought resistance and salt tolerance of plants. Bioinformatics methods were used to analyze the physicochemical properties of proteins, promoter analysis and phylogenetic tree construction of eight SiASRs family genes in millet. PEG-6000 (10%) and salt (150mmol/L) stresses were arranged for study expression using qRT-PCR. The proteins encoded by the 8 millet SiASRs family genes contained typical ABA/WDS structures, and no signal peptides. Phylogenetic tree showed that the genetic relationship between millet and switchgrass was closer. The evolution among millet ASR protein and tomato ASR protein and soybean ASR protein was relatively far. The results of expression analysis under PEG stress showed that the expression of 8 SiASR was significantly different in different tissues after induction by drought stress. The results of expression analysis under salt stress showed that the responses of 8 ASR genes to salt stress were mainly reflected in the leaves, and the overall expression was up-regulated. The expression of 8 ASR genes in stems was stable; In the roots, ASR1, ASR2, ASR4, ASR5 and ASR6 were involved in salt stress response, and all 5 genes were up-regulated.

Key words: Setaria italica, ASR, Family gene, Bioinformatics, Expression analysis

图1

谷子ASR家族基因的染色体定位"

表1

谷子ASR家族基因成员及理化特性"

基因名称
Gene name
基因ID
Gene ID
基因长度(bp)
Length of gene
编码区(bp)Length of CDS 氨基酸数目(aa)
Number of amino acids
基因所在染色体的位置
Location of the genes on the chromosome
等电点
PI
分子量(kDa)
Molecular weight
亲水性指数
Hydrophilic index
SiASR1 Seita.1G187200 876 324 107 scaffold_1:26937730..26938605 reverse 6.76 11.82 -1.190
SiASR2 Seita.5G463600 1 020 522 173 scaffold_5:46902215..46903234 forward 6.26 19.38 -1.277
SiASR3 Seita.5G463700 1 167 318 105 scaffold_5:46906469..46907635 reverse 9.73 11.71 -1.147
SiASR4 Seita.5G463800 590 309 103 scaffold_5:46907284..46907873 forward 9.80 11.50 -1.417
SiASR5 Seita.7G097100 803 306 101 scaffold_7:19994321..19995123 reverse 6.81 11.48 -1.366
SiASR6 Seita.7G097200 1 318 735 244 scaffold_7:19998219..19999536 reverse 5.03 26.00 -1.636
SiASR7 Seita.7G291500 984 417 138 scaffold_7:33499331..33500314 forward 5.88 15.45 -1.298
SiASR8 Seita.8G045700 917 414 137 scaffold_8:3645891..3646807 reverse 6.15 15.42 -1.346

图2

ASRs蛋白的系统进化分析"

图3

SiASRs蛋白系统进化树、SiASRs基因结构及SiASRs蛋白的基序分布 A,SiASRs蛋白的系统发育树;B,SiASRs基因结构图;C,SiASRs蛋白的保守基序"

表2

SiASRs蛋白的基序"

基序名称
Motif name
基序宽度
Motif width
基序的氨基酸组成
Amino acid composition of the motif
motif1 50 QLGELGAVAAGAYALYEKHKAKKDPEHAHRHKIKEEVAAAAAVGSGGYAF
motif2 14 EDYKKEEKEHKHKE
motif3 11 HEHHEKKEAKK
motif4 18 MAEEKHHHHYFHHHKDED
motif5 6 QQPAGG
motif6 6 SGTDEC
motif7 8 TVAEEVVT
motif8 6 DDCYNG
motif9 8 RVGAGGYC
motif10 6 KHHHLF
motif11 6 HGSRRD
motif12 7 VGRRGGG
motif13 11 RNRAVGDDEYN
motif14 6 KKHHFF
motif15 6 DDEKNK
motif16 6 YGGGYN
motif17 7 YGRGGGD
motif18 6 HRRHGH

图4

胁迫前谷子ASR家族基因在根、茎、叶中的相对表达量"

图5

10%PEG-6000胁迫处理后SiASR家族基因在根、茎和叶中的相对表达量"

图6

盐胁迫后根、茎、叶中SiASR家族基因的相对表达量"

[1] 海宝, 双权, 松梅 . 优质饲草料—谷子. 内蒙古草业,1998(4):10.
[2] 刘敬科, 刁现民 . 我国谷子产业现状与加工发展方向. 农业工程技术(农产品加工业),2013(12):15-17.
[3] 李霞 . 当前山西省谷子品种区试、审(认)定与推广概况. 中国种业,2014(7):9-10.
[4] 张书敏, 刘红云, 程金金 , 等. 快速徒手切片法观察谷子和水稻叶片显微结构. 基因组学与应用生物学, 2015,34(7):1527-1530.
[5] 贾冠清, 刁现民 . 谷子[Setaria italica (L.) P. Beauv.]作为功能基因组研究模式植物的发展现状及趋势. 生命科学, 2017,29(3):292-301.
[6] 张瑞杰, 王喆, 连卜颖 , 等. 谷子ABC转运蛋白基因与抗旱关系的研究. 山西农业大学学报(自然科学版), 2018,38(1):11-15.
[7] 杨晔, 李晶, 顾万荣 , 等. Asr基因家族的研究进展. 作物杂志,2013(3):7-11.
[8] 张丽丽, 李博, 谭燕华 , 等. 玉米转录因子基因ZmASR1的克隆及植物表达载体构建. 江苏农业科学, 2016,44(4):16-22.
[9] Hagit A Z, Scolnik P A, Dudy B Z . Tomato Asr1 mRNA and protein are transiently expressed following salt stress,osmotic stress and treatment with abscisic acid. Plant Science, 1995,110(2):205-213.
doi: 10.1016/0168-9452(95)94515-K
[10] Joo J, Lee Y H, Choi D H , et al. Rice ASR1 has function in abiotic stress tolerance during early growth stages of rice. Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 2013,56(3):349-352.
doi: 10.1007/s13765-013-3060-6
[11] Yang C Y, Chen Y C, Guang Y J , et al. A lily asr protein involves abscisic acid signaling and confers drought and salt resistance in Arabidopsis. Plant Physiology, 2005,139(2):836-846.
doi: 10.1104/pp.105.065458 pmid: 16169963
[12] Wang J T, Gould J H, Padmanabhan V , et al. Analysis and localization of the Water-Deficit Stress-Induced gene (lp3). Journal of Plant Growth Regulation, 2002,21(4):469-478.
doi: 10.1007/s00344-002-0128-7
[13] Jha B, Lal S, Tiwari V , et al. The SbASR-1 gene cloned from an extreme halophyte Salicornia brachiata enhances salt tolerance in transgenic tobacco. Marine Biotechnology, 2012,14(6):782-792.
doi: 10.1007/s10126-012-9442-7
[14] Feng Z J, Xu Z S, Sun J T , et al. Investigation of the ASR family in foxtail millet and the role of ASR1 in drought/oxidative stress tolerance. Plant Cell Reports, 2016,35(1):115-128.
doi: 10.1007/s00299-015-1873-y pmid: 26441057
[15] 李建锐 . 谷子SiASR4基因参与植物响应干旱和盐胁迫的功能研究. 北京:中国农业大学, 2018.
[16] Liu Y, Teng X, Yang X , et al. Shotgun proteomics and network analysis between plasma membrane and extracellular matrix proteins from rat olfactory ensheathing cells. Cell Transplantation, 2010,19(2):133-146.
doi: 10.3727/096368910X492607 pmid: 20350363
[17] 刘晓庆, 陈华涛, 张红梅 , 等. 大豆GmbHLH041基因的生物信息学分析及对镉胁迫的响应. 华北农学报, 2018,33(3):14-18.
[18] Lu Y, Liu L, Wang X , et al. Genome-wide identification and expression analysis of the expansin gene family in tomato. Molecular Genetics and Genomics, 2016,291(2):597-608.
doi: 10.1007/s00438-015-1133-4 pmid: 26499956
[19] 邢国芳, 张莉, 冯万军 , 等. 谷子WRKY 转录因子基因家族分析. 山西农业大学学报(自然科学版), 2016,36(12):837-845.
[20] 孙洋洋 . Boule基因的生物信息学分析. 呼和浩特:内蒙古师范大学, 2014.
[21] Lescot M, DeHais P, Thijs G ,et al. Plant CARE,a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Research, 2002,30(1):325-327.
doi: 10.1093/nar/30.1.325 pmid: 11752327
[22] 高堃, 华营鹏, 宋海星 , 等. 甘蓝型油菜PIN家族基因的鉴定与生物信息学分析. 作物学报, 2018,44(9):1334-1346.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2018.01334
[1] 赵丽娟,袁红梅,赵丽伟,郭文栋,李志江,李祥羽,马金丰,李延东,宋维富,杨雪峰,刘东军. 谷子矮秆突变体d93090的表型变异及其对赤霉素的敏感性分析[J]. 作物杂志, 2019, (6): 27–32
[2] 张笛,苗兴芬,王雨婷. 100份谷子品种资源萌发期耐盐性评价及耐盐品种筛选[J]. 作物杂志, 2019, (6): 43–49
[3] 时丽冉,郝洪波,崔海英,李明哲. 遮光对谷子光合性能及快速叶绿素荧光动力学特征的影响[J]. 作物杂志, 2019, (5): 125–128
[4] 郭瑞锋,任月梅,杨忠,任广兵,张绶,冯婧. 谷子化学杀雄剂筛选[J]. 作物杂志, 2019, (5): 64–68
[5] 岳琳祺,施卫萍,郭佳晖,郭平毅,郭杰. 谷子角质合成基因对干旱胁迫的响应[J]. 作物杂志, 2019, (4): 183–190
[6] 李颜方,杜艳伟,张正,王高鸿,赵根有,赵晋锋,余爱丽. 农杆菌介导谷子成熟胚遗传转化体系的建立与优化[J]. 作物杂志, 2019, (3): 73–79
[7] 刘韶光,赵夏童,宋喜娥,原向阳,董淑琦,郭美俊,郭平毅. 膜间喷施芽前除草剂对谷子安全性及对杂草防效的影响[J]. 作物杂志, 2019, (2): 173–178
[8] 杜艳伟,赵晋锋,王高鸿,李颜方,赵根有,阎晓光. 春播谷子成熟期抗倒伏性研究[J]. 作物杂志, 2019, (1): 141–145
[9] 吕亮杰,陈希勇,张业伦,刘茜,王莉梅,马乐,李辉. 小麦GASA基因家族生物信息学分析[J]. 作物杂志, 2018, (6): 58–67
[10] 王小林,纪晓玲,张盼盼,张雄,张静. 黄土高原旱地谷子品种地上器官干物质分配与产量形成相关性分析[J]. 作物杂志, 2018, (5): 150–155
[11] 罗海斌, 蒋胜理, 黄诚梅, 曹辉庆, 邓智年, 吴凯朝, 徐林, 陆珍, 魏源文. 甘蔗ScHAK10基因克隆及表达分析[J]. 作物杂志, 2018, (4): 53–61
[12] 魏萌涵, 解慧芳, 邢璐, 宋慧, 王淑君, 王素英, 刘海萍, 付楠, 刘金荣. 华北地区谷子产量与农艺性状的综合评价分析[J]. 作物杂志, 2018, (4): 42–47
[13] 李志华,穆婷婷,刘鑫,李会霞,田岗. 4个谷子不育系主要农艺性状的配合力分析[J]. 作物杂志, 2018, (3): 61–67
[14] 岳茂林,薛蔚荣,张瑞栋,岳忠孝,吕瑞洲,郭鹏燕. 不同行距配置对谷子农艺性状及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (2): 93–96
[15] 孙冬雪,张爱军. 底施锌肥对谷子抗氧化性及干物质的影响[J]. 作物杂志, 2017, (6): 160–164
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王海涛,刘存敬,唐丽媛,张素君,李兴河,蔡肖,张香云,张建宏. 河北省杂交棉培育现状及发展趋势[J]. 作物杂志, 2019, (5): 1 –8 .
[2] 黄玉芳,叶优良,赵亚南,岳松华,白红波,汪洋. 施氮量对豫北冬小麦产量及子粒主要矿质元素含量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (5): 104 –108 .
[3] 李松,张世成,董云武,施德林,史云东. 基于SSR标记的云南腾冲水稻的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2019, (5): 15 –21 .
[4] 侯乾,王万兴,李广存,熊兴耀. 马铃薯连作障碍研究进展[J]. 作物杂志, 2019, (6): 1 –7 .
[5] 曹廷杰,张玉娥,胡卫国,杨剑,赵虹,王西成,周艳杰,赵群友,李会群. 黄淮南片麦区新育成品种(系)中3个矮秆基因分子标记检测及其与农艺性状的关系[J]. 作物杂志, 2019, (6): 14 –19 .
[6] 张婷,逯腊虎,杨斌,袁凯,张伟,史晓芳. 黄淮麦区4省小麦种质农艺性状的比较分析[J]. 作物杂志, 2019, (6): 20 –26 .
[7] 王永行,单飞彪,闫文芝,杜瑞霞,杨钦方,刘春晖,白立华. 基于向日葵DUS测试的遗传多样性分析及代码分级[J]. 作物杂志, 2019, (5): 22 –27 .
[8] 师赵康,赵泽群,张远航,徐世英,王宁,王伟杰,程皓,邢国芳,冯万军. 玉米自交系幼苗生物量积累及根系形态对两种氮素水平的反应及聚类分析[J]. 作物杂志, 2019, (5): 28 –36 .
[9] 张中伟,杨海龙,付俊,谢文锦,丰光. 玉米粒长性状主基因+多基因遗传分析[J]. 作物杂志, 2019, (5): 37 –40 .
[10] 张永芳,钱肖娜,王润梅,史鹏清,杨荣. 不同大豆材料的抗旱性鉴定及耐旱品种筛选[J]. 作物杂志, 2019, (5): 41 –45 .