2024年3月15日发(作者：)
第
31
卷
第
3
期
Vol.31o.3
N
ACTAAGRESTIASINICA
草
地
学
报
2023
年
3
月
Mar. 2023
:/
doi
.1007-0435.2023.03.014
j
胡杨
AHL
基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下
的表达特征
刘行行
,
种培芳
*
()
甘肃农业大学林学院
,
甘肃兰州
730070
,
摘要
:
蛋白作为一种小型
D
广泛存在于植物
AT-hook
核定位
(
AT-hookmotifnuclearlocalizedAHL
)
NA
结合蛋白
,
利用生物信息学方法及
q
基因结构
、
亚
AHL
基因家族的结构及功能
,
RT-PCR
对胡杨
AHL
家族成员的理化性质
、
中
,
在植物生长发育
、
逆境胁迫和激素信号应答等方面发挥着重要的作用
。
为全面了解胡杨
(
Pouluseuhratica
)
pp
细胞定位以及逆境胁迫下的表达特征进行分析
。
理化性质分析表明
,
胡杨
AHL
家族共有
1
除
P9
个成员
,
eAHL16
系统进化结果显示
,
胡杨
AHL
家族成员可根据基因类型分为
8
个亚群
。
保守基序分析显示
,
聚类在同一分支中的
多
。
实时荧光定量分析表明
,
高温
、
与对照相比
,
PeAHLs
的表达受低温
、
NaCl
以及
PEG
的显著诱导
,
PeAHLs
在
基因参与非生物逆境胁迫的分子机制提供参考
。
外
,
其余
PeAHL
蛋白均为碱性的不稳定亲水蛋白
。
基因结构分析表明
,
PeAHL
成员全部为内含子缺失型基因
。
响应干旱胁迫的元件其种类和数量最
PeAHL
基因其
motif
组成及排列顺序基本相同
。
在顺式作用元件分析中
,
为进一步解析胡杨
AHLPEG
处理下表达量最高
。
本研究结果为胡杨
AHL
基因家族的深入研究提供理论依据
,
关键词
:
胡杨
;
生物信息学
;
AHL
基因家族
;
RT-PCR
q
()
中图分类号
:
Q344+.13
文献标识码
:
A
文章编号
:
103-0741-10
BioinformaticsAnalsisoftheAHLGeneFamilin
Pouluseuhratica
andits
pp
yy
ExressionCharacteristicsunderStress
p
(,,,)
ColleeofForestrGansuAriculturalUniversitLanzhouGansuProvince730070
,
China
gygy
*
,
LIUHan-hanCHONGPei-fan
ggg
:,,
Abstract
AT-hookmotifnuclearlocalized
(
AHL
)
roteinasmallDNA-bindinroteiniswidelfoundin
pgpy
,
lantand
p
lasanimortant
p
artin
p
lant
g
rowthanddevelomentresonsestoadversittressandhor-
pypppy
s
rtocomrehensivelnderstandthestructureandfunctionoftheAHL
g
enefamil
ggpy
u
y
,,
of
Pouluseuhratica
,
the
p
hsicochemical
p
roertiesenestructuresubcellularlocalizationandexres-
ypgp
pp
sioncharacteristicsunderstressoftheAHLfamilembersof
P
.
euhratica
wereanalzedbioinfor-
y
m
yy
b
p
maticsmethodsand
q
howedbthe
p
hsicochemicalroertnalsisthattherewere19
yyppy
a
y
,
membersoftheAHLfamilandallPeAHL
p
roteinsarebasicandunstablehdrohilic
p
roteinsexcetfor
yypp
howedbhe
g
enestructureanalsisthatall
PeAHL
memberswereintrondeletion
y
t
y
te
g
howedbhe
p
hloenetictreeanalsisthatthemembersofthe
PeAHL
familould
ypy
t
ygyy
c
beslitinto8subrousbasedon
g
howedbheconservativemotifanalsisthat
pgpypy
t
y
PeAHL
g
enesclusteredinthesamebranchhadessentiallthesamemotifcomositionandarranementor-
ypg
,
nalsisofcis-actinlementsthemostdiverseandabundantelementswithinthe
PeAHL
yg
e
howedbhe
q
uantitativereal-timefluores-
gpgy
t
,
cenceanalsisthattheexressionof
PeAHLs
wassinificantlinducedblowtemeraturehihtemera-
ypgyypgp
,
tureNaClaswellasPEG
,
andtheexressionof
PeAHLs
washihestunderPEGtreatmentcomaredwith
pgp
收稿日期
:
修回日期
:
2022-10-08
;
2022-11-28
;
基金项目
:
国家自然基金
,
荒漠植物红砂根际促生细菌筛选及其调控红砂抗逆性的研究
(
甘肃农业大学青年导师扶持基金
,
红
32160407
)
;;
砂响应盐胁迫的生理特性及耐盐分子机理的研究
(
优秀研究生
“
创新之星
”
项目
(
对发
GAU-QDFC-2021-10
)
2021CXZX-397
)
);
展中国家常规性科技援助项目
(
红砂
、
白刺抗旱优良种质繁育技术示范与推广
,
中央财政林业科技推广示范资
KY202002011
)
金
(
资助
2020ZYTG15
),:
作者简介
:
刘行行
(
男
,
汉族
,
甘肃天水人
,
博士研究生
,
主要从事林木逆境生理生态研究
,
1993-E-mail583997406@
q
.com
;
*
通信作者
q
,:
AuthorforcorresondenceE-mailzhonf@
g
pgp
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742
草
地
学
报
第
31
卷
ultsofthisstudrovideatheoreticalbasisforthein-dethstudftheAHL
yppy
o
enefamilf
P
.
euhratica
andofferareferencetoafurtheranalsisonthemolecularmechanismofthe
gy
o
y
p
involvementof
PeAHL
g
enesinresonsetoabioticstresses.
p
:;;
Keords
AHL
g
enefamil
Pouluseuhratica
;
BioinformaticsRT-PCR
yq
pp
y
w
又称
AHL
蛋白是一种小型的
DNA
结合蛋白
,
AT-hook
核定位蛋白
(
AT-hooknuclearlocalized
(,)
是影响植物生长发育的重要激
GibberellinsGAs
素之一
,
AtAHL25
基因可以有效调控拟南芥中赤
霉素
AtGA3ox1
基因的表达从而影响
GA3
氧化酶
12
]
。
在其他植物中
,
的活性
[
如长春花
(
Catharan-
]
7
。
赤霉素
域参与了染色质纤维在细胞核中的定位
[
,,
首次在动物的高迁移率族蛋白
roteinsAHL
)
p
1-2
]
(,。
中发现
[
HihmobilitrouroteinsHMG
)
gygpp
[]
3
)。
ATlantsand
p
rokarotesconserved-hook
基
py
序能够与富含
AT
的
B
型
D
可
NA
的小凹槽结合
,
AHL
蛋白主要包含两个保守的结构单元
,
AT-hook
/
基序和植物与原核生物保守结构域
(
PPCDUF296
,
以用于构建含有
T
且
F
肽片段的功能
DNA
结合物
,
所得到的二价嵌合体在亲和力
、
稳定性和选择性方
面均显示出优良的
DNA
识别特性
[
4-5
]
6
]
。
P
生物和真核生物的不同基因家族中被鉴定
[
PC
thusroseus
)
AHLs
也已被证明参与调节
AP2
转录
]
13
。
还有研究表明
A
因子的茉莉酸反应
[
tAHL20
14
]
。
基因参与了植物先天免疫反应的调节
[
,
已经在原核
木
,
成年树木可高达
1
并且在荒漠地区
5m~20m
,
甘肃
、
宁夏
、
青海
、
山西等海拔
800m~2400m
的荒
)
胡杨属杨柳科
(
杨属
,
为高大的乔
Salicaceae
15-16
]
。
在中国主要分布于新疆
、
可形成小片的森林
[
17
]
。
胡杨不仅喜光
、
漠
、
戈壁和河流沿岸地区
[
耐热
、
结构域长度约为
1
主要负责
AHL
蛋
20
个氨基酸
,
]
7
。
在
AT
白的核定位
[
-hook
基序中含有高度保守
序列精氨酸甘氨酸精氨酸脯氨酸
(
并
---RGRP
),
[
8
]
[]
基序
I
型和
I
分别含有保守序列甘氨酸
丝氨
I
型
9
,
-
耐干旱
,
适应力强
,
而且具有抗盐碱
、
抗风沙等优点
,
在维护生态平衡
、
农畜牧业生产中发挥着重要的作
]
18-19
。
但是随着时间
用
,
素有
“
大漠英雄树
”
的美称
[
根据其下游氨基酸序列的不同
,
可划分为
AT-hook
酸赖氨酸天冬酰胺赖氨酸
(
和精氨酸
赖
---GSKNK
)
-
。
在功能上
AT
氨酸酪氨酸
(
-RKY
)
-hook
基序
I
型
在
P
其分别含有保
PC
结构域中也具有
I
型和
II
型
,
守序列亮氨酸精氨酸丝氨酸组氨酸
(
和苯
---LRSH
)
[
10
]
。
胡
丙氨酸苏氨酸苯丙氨酸组氨酸
(
---FTPH
)
AT-hook
基序和
PPC
结构域的组成和数量分成三
。
种类型
(
I
型
,
II
型
,
III
型
)
I
型
AHL
基因由
AT-
杨
(
Pouluseuhratica
)
AHL
基因家族可根据
pp
的推移和全球环境不断的变化
,
胡杨林面积因干旱
20
]
。
少雨和人类活动等原因锐减
[
已被证明与
D
而
ATNA
结合模块具有高亲和力
,
-
[]
hook
基序
II
型则对
DNA
具有低亲和力
6
。
同样
[[
22
]
23
]
、
棉花
(
和玉米
max
L.
Merr
)
Gossium
)
yp
][]
218
、、
在拟南芥
[
水稻
(
大豆
(
Orzasativa
)
Glcine
yy
随着科学技术和研究水平的不断提高
,
近年来
[
24
]
()
等多种植物中均发现
AT
Zeamas
L.
-hook
y
蛋白
。
这说明
AHL
基因家族在陆地植物中高度保
和
Phook
基序
I
型
(
GSKNK
)
PC
结构域
I
型
(
LR-
构成
;
SH
)
II
型
AHL
基因由
AT-hook
基序
I
型
(、
和
PGSKNK
)
AT-hook
基序
II
型
(
RKY
)
PC
结构
域
I
构成
;
I
型
(
FTPH
)
III
型
AHL
基因由
AT-hook
基序
I
和
P
构
I
型
(
RKY
)
PC
结构域
II
型
(
FTPH
)
]
11
。
成
[
2013
年胡杨基因组测序的完成为研究胡杨的抗逆
25
]
。
分子机制和改善胡杨的抗逆能力提供数据支撑
[
本实验以胡杨
AHL
基因家族为研究目标
,
通过基
因结构
、
系统进化
、
亚细胞定位以及
q
RT-PCR
等方
守
,
也暗示了
AHL
基因家族的生物学重要性
。
法在基因组水平上对胡杨
AHL
基因家族的理化性
基因家族在生长发育和逆境胁迫等方面所发挥的作
用
,
为今后胡杨的抗逆研究提供理论参考
。
质
、
基因结构和基因功能进行预测
,
探究胡杨
AHL
在植
AHL
蛋白作为转录因子家族的重要一员
,
物生长发育
、
响应逆境胁迫
、
调节植物激素等方面发
中
A
通
thaliana
)
tAHL01
基因定位于染色体表面
,
过
AT-hook
基序结合到基质结合区
(
Matrixat-
,
上
,
形成新型的植物
MAtachmentreionsMAR
)
R
g
结合蛋白
,
它通过一个
AT-hook
基序和
PPC
结构
挥着至关重要的作用
。
例如拟南芥
(
Arabidosis
p
1
材料与方法
1.1
试验材料
试验材料选用来自甘肃省酒泉市金塔县的
1
年
生胡杨实生幼苗
,
移栽并缓苗于人工气候室的光照
培养箱中
。
培养温度为
2
培养湿度为
74℃
;
0%~
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第
3
期
刘行行等
:
胡杨
AHL
基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征
743
、
试验材料经低温
(
高温
80%
。
待缓苗结束后
,
4℃
)
(、)
盐
(
和干旱
(
42℃
)
300mmol
·
L
-1
NaCl25%
)
处理于
0h
,
PEG60002h
,
6h
和
12h
时进行叶片
取样
,
用液氮速冻后置于
—
80℃
冰箱保存备用
。
每
个取样点进行三次生物学重复
。
胞定位
;
在胡杨基因组数据库提取
PeAHL
基因家
族成员的启动子序列
(
起始密码子上游
2000b
p
的
,
核苷酸序列
)
利用
PlantCARE
网站和
TBtools
软
件进行顺式作用元件可视化分析
。
分析
依据胡杨
1.2.4
实时荧光定量
(
RT-PCR
)
q
筛选含低
AHL
家族成员所含的顺式作用元件类型
,
温
、
高温
、
NaCl
和
PEG
等逆境胁迫响应相关的元件
数量最多的基因
,
使用
Primer3.0
软件设计特异性
)
引物
(
表
1
并交由生工生物工程
(
上海
)
股份有限公
司合成
。
以
UBQ
,
Actin
,
EF1α
和
HIS
基因分别作
为低温
、
高温
、
NaCl
和干旱的内参基因进行处理分
(,),
RNeaslantMiniKitQiaencDNA
合成采用
y
P
g
()
试
PrimeScritRTreaentKitPerfectRealTime
pg
析
。
样品
RNA
提取采用植物总
RNA
提取试剂盒
,
剂盒
(
并参照说明书进行试验操作
。
TaKaRa
)
-ΔΔCt
进行
3
次生物学重复
。
采用
2
法计算基因相对
1.2
试验方法
1.2.1
胡杨
AHL
家族成员的鉴定
首先从拟南
://
蛋白序列输入
NCBI
数据库
(
.
p
[]
26
/)
中进行
B
找出
比对
,
0
个胡
g
杨
AHL
候选蛋白
,
再根据
AHL
基因家族所具有的
/)
数据库最终鉴定得出
9
个胡
g
杨
AHL
蛋白
,
并且保存
19
个基因的基因登录号
、
,)
氨基酸数目
、
编码序列
(
长度
CodineuenceCDS
g
s
q
:///
Paramtool
工具
(
-
ppygp
[]
27
/)
分析得到
P
等电
arameAHL
蛋白的分子量
、
p
点
、
蛋白质总平均亲水性等理化性质
。
保守基序和
1.2.2
胡杨
AHL
基因家族基因结构
、
://
系统进化树分析
使用
GSDS2.0
(
httsds.
pg
[]
[
29
]
//)
在线分析
AHL
家族成
g
员的保守基序
。
将拟南芥的蛋白序列输入
Phto-
y
:///)
芥数据库
(
中检索
ppg
然后将拟南芥
AHL
基因的
AHL
基因的序列信息
,
://
特定结构域
,
通过
Pfam
和
SMART
(
httsmart.
p
和基因全长等信息
。
再利用
ExPasrot-
y
网站中
P
;,,
RT-PCR
程序为
:
95℃30s95℃5s60℃30s
q
;;,
共
495℃5s60℃60s50℃30s0
个循环
。
试验
表达量
,
并使用
SPSS26
软件对其进行差异显著性
分析
。
2
结果与分析
2.1
胡杨
AHL
基因家族理化性质分析
通过
Pfam
和
SMART
分析软件对
40
个候选基因
()/
和
PRGRPPCDUF
结构域的序列作为胡杨
AHL
基
)。
因家族的成员
,
命名为
P
表
2
eAHL01
-
PeAHL19
(
利用
ProtParamtool
工具对这
19
个基因的蛋白序列进
行理化性质分析得出
:
CDS
长度在
786~1164b
p
之
。
P
间
,
氨基酸长度介于
261~387aa
eAHL01
的分子质
理论等电点介于
7kD
;
.07~10.01
之间
。
大多数胡杨
;
蛋白质总平均亲水性
AHL
蛋白不稳定指数大于
40
。
为
—
0.513~
—
0.175
量最小
,
为
2
为
36.1kD
;
PeAHL05
的分子量最大
,
8.9
的结构域进行对比
,
最终保留同时含有
AT-hook
基序
28
/)
在线软件分析筛选胡杨
p
://
基因家族的基因结构
。
利用
MEME
软件
(
htts
p
同源搜索得到毛果杨的
zomev12.1
数据库中
,
结合胡杨与拟南芥
AHL
基因
AHL
基因序列信息
,
),
methodBootstra00
。
p
值设置为
10
1.2.3
胡杨
AHL
基因家族亚细胞定位和顺式作
序列使用
MEGA7.0
以及
Evolview
在线软件构建
系统进化树
,
采用最大似然法
(
Maximumlikelihood
://
用元件分析
利用
WoLFPSORT
(
httswolf-
pp
/)
在线分析胡杨
AHL
基因家族的亚细
.
gjp
基因名称
Genename
表
1
引物信息
PeAHL03
PeAHL04
PeAHL10
PeAHL12
PeAHL14
PeAHL15
GGTAACAGTGATAGGAGCGGAAGC
TAGGTGGTAGTGTGGCTGGTCTTC
GTCAGGCTCGGAAGGTGTTGTTG
TGGGATTCTTGGGTCTGGGTCTG
GGCTCTTACCTGCTCGCTAATGATG
TGGACGAGTTGTAGGTGGTGGAG
)
上游引物
Forward
p
rimer
(
5'-3'
Table1 Informationof
p
rimers
GCACCAACTGATGGCACCTCTAC
TGAGGGTTCTATGTGGTTTGCTGAC
GAGGCGGTGATGATACTAGGTTTGC
GTGAGGGCTTGACAAGGATCTGAAC
CCACCAACTCCTCCACCAATAACAC
TTGGCTTCTGCTCATGCTGGTTC
)
下游引物
Reverse
p
rimer
(
5'-3'
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744
草
地
学
报
表
2
胡杨
AHL
基因家族成员基本信息
Table2 BasicinformationofAHL
g
enefamilembersof
Pouluseuhratica
y
m
pp
基因全长氨基酸数目
number
261
348
323
382
381
375
327
349
347
344
387
346
279
336
326
328
354
365
319
分子量等电点
oint
p
7.07
9.19
9.10
9.88
9.96
9.69
9.08
8.91
9.49
10.01
9.73
9.89
9.52
9.43
9.54
9.68
9.56
8.91
不稳定指数
Instabilit
y
index
45.07
46.46
47.86
53.99
67.16
65.22
45.05
47.13
53.34
49.08
56.59
50.84
56.87
46.46
54.28
36.59
47.33
47.79
58.53
第
31
卷
基因名称
Genename
PeAHL01
PeAHL02
PeAHL03
PeAHL04
PeAHL05
PeAHL06
PeAHL07
PeAHL08
PeAHL09
PeAHL10
PeAHL11
PeAHL12
PeAHL13
PeAHL14
PeAHL15
PeAHL16
PeAHL17
PeAHL18
PeAHL19
XM
_
011036489
XM
_
011031681
XM
_
011036106
XM
_
011036499
XM
_
011020285
XM
_
011029891
XM
_
011019194
XM
_
011006174
XM
_
011030954
XM
_
011007408
XM
_
011042859
XM
_
011024405
XM
_
011030958
XM
_
011037733
XM
_
011030802
XM
_
011017352
XM
_
011004620
XM
_
011004619
XM
_
011035569
GeneID
基因
ID
/
LenthofCDSb
gp
1047
1149
1146
1128
1050
1044
1035
1164
1041
1011
981
987
840
984
972
786
CDS
长度
蛋白质总平均
亲水性
GRAVY
-0.175
-0.378
-0.330
-0.213
-0.511
-0.513
-0.320
-0.279
-0.411
-0.329
-0.288
-0.436
-0.271
-0.277
-0.367
-0.208
-0.485
-0.498
-0.204
Fulllenthof
g
/
enomicb
gp
1459
1930
1880
1906
1780
1854
1691
1273
1468
1509
1775
2541
1747
2603
2169
2019
1597
1629
1495
Aminoacid
/
weihtDa
g
26052.96
36388.03
33576.87
38306.03
38921.64
38386.70
34067.44
35861.20
36493.93
35327.56
38505.10
36238.60
28795.36
34802.22
33340.57
34013.46
36721.72
37861.00
32675.13
MolecularIsoelectric
10.00
1065
1098
960
2.2
胡杨
AHL
基因家族基因结构分析
为研究胡杨
A
使用
HL
家族成员的基因结构特性
,
)。
结果
图
1GSDS
在线网站对其进行基因结构分析
(
显示
,
并且在
P
19
个
PeAHL
基因均无内含子
,
eAHL
家族成员中
PeAHL01
的外显子长度最短
,
PeAHL11
最长
。
非编码区最长是
P
最短为
PeAHL14
,
eAHL08
。
图
1
胡杨
AHL
基因家族的基因结构分析
2.3
胡杨
AHL
基因家族保守结构域分析
使用
MEME
在线软件对胡杨
AHL
家族成
员进行保守序列分析
。
结果显示
,
胡杨
AHL
基
,
~50aa19
个
PeAHL
基因均含有数量不等的
AT-hook
保守基序和
PPC
结构域
。
在胡杨
AHL
基因家族中除
PeAHL01
基因只含有
2
个
Fi.1 GenestructureanalsisontheAHL
g
enefamilf
Pouluseuhratica
gyy
o
pp
保守基序外
,
其余成员均含有
7
个以上的基序
。
其中
motif3
和
motif6
是胡杨
AHL
基因家族的
为
PPC
结构域
。
,
因家族含有
1
图
2A
)
长度为
71
个保守基序
(
且
mAT-hook
保守基序
,
otif6
为
AT-hook
基序
I
型
,
motif3
为
AT-hook
基序
II
型
。
motif4
则
基因含有
P
外
,
其他基因均
PC
结构域
I
型
(
LRSH
)
,
从序列比对中可以看到
(
图
2B
)
除
PeAHL01
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第
3
期
刘行行等
:
胡杨
AHL
基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征
745
PeAHL04
,
PeAHL05
,
PeAHL06
,
PeAHL08
,
PeAHL09
,
PeAHL10
,
PeAHL11
,
PeAHL12
,
。
胡杨
AHL
基因家为
PPC
结构域
II
型
(
FTPH
)
族中只有
PeAHL01
基因为
I
型
AHL
基因
;
PeAHL13
,
PeAHL14
,
PeAHL16
共
11
个基因为
II
型
AHL
基因
;
其他
PeAHL02
,
PeAHL03
,
PeAHL07
,
PeAHL15
,
PeAHL17
,
PeAHL18
,
PeAHL19
共
7
个基因为
III
型
AHL
基因
。
Fi.2 AnalsisontheconserveddomainofAHL
g
eneof
Pouluseuhratia
(
PanelA
)
andmultile
gyp
pp
图
2
胡杨
A
及多序列比对
(
HL
基因保守结构域分析
(
A
)
B
)
seuencealinment
(
PanelB
)
qg
2.4
胡杨
AHL
基因家族的系统进化树分析
为了探究
19
个胡杨
AHL
基因家族的进化关
系
,
使用
ME
采用最大似然法
,
结合
GA7.0
软件
,
结果显示
,
胡杨
AHL
家族成员按照
AHL
基因的
,
类型可分为
Clade-IClade-II
和
Clade-III
三大分支
检索得到的
18
个毛果杨
AHL
基因和
29
个拟南
。
芥
AHL
基因的蛋白序列构建系统进化树
(
图
3
)
毛果杨和拟南芥的
AHLA1
亚族
。
结果显示胡杨
、
家族成员没有形成单独聚类的进化分支
,
表明
3
个物种的
AHL
基因家族间存在一定程度的同源
性
,
同时
AHL
基因家族在进化上出现了很大的
分化
。
以及
8
个亚族
;
Clade-II
包含
A2
,
A3
,
A4
和
A5
亚
,
族
,
A6
,
A7
,
A8
亚族属于
Clade-IIIClade-I
只包含
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746
草
地
学
报
第
31
卷
图
3
胡杨
AHL
基因家族进化树分析
注
:
At
表示拟南芥
;
Pe
表示胡杨
;
Pt
表示毛果杨
Fi.3 PhloenetictreeanalsisontheAHL
g
enefamilf
Pouluseuhratica
gygyy
o
pp
:
NoteAtindicates
Arabidosisthaliana
;
Peindicates
Pouluseuhratica
;
Ptindicates
Poulustrichocara
ppppp
2.5
胡杨
AHL
基因家族亚细胞定位预测
,
亚细胞定位预测结果显示
(
图
4
)
19
个胡杨
且分别有
AHL
基因家族成员在细胞核中全部表达
;
11
个基因和
12
个基因在叶绿体和细胞膜中有较高
程度的表达
,
而在细胞质
、
线粒体和液泡中基因表达
的数量分别为
9
个
、
8
个和
7
个
。
图
4
胡杨
AHL
基因家族亚细胞定位分析
2.6
胡杨
AHL
基因家族顺式作用元件分析
使用
PlantCARE
在线分析软件对
19
个胡杨
其余
1
PeAHL18
这三个基因外
,
6
个
PeAHL
基因
共发现了
35
种共
126
个作用元件
。
这些元件主要
Fi.4 AnalsisonthesubcellularlocalizationofAHL
g
enefamilf
Pouluseuhratica
gyy
o
pp
分为非生物胁迫响应
、
植物激素响应和发育响应
3
大类
。
非生物胁迫响应元件具有
11
种
57
个顺式元
AHL
基因上游
2kb
碱基序列进行顺式作用元件分
。
结果显示
,
析
(
图
5
)
除
PeAHL08
,
PeAHL13
,
,、
件
,
其中
A
厌氧诱导调节元件
)
RE
(
Anaerobic
,
干旱胁迫应答元件
)
和
MYMYB
(
MeloblastosisC
y
(,
干旱和
AMeloctomatosisBA
应答顺式作用元
yy
件
)
分别占非生物胁迫响应元件总个数的
30%
,
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第
3
期
刘行行等
:
胡杨
AHL
基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征
747
23%
和
14%
。
植物激素响应元件具有
8
种共
20
个
(、
顺式元件
,
其中
T
生长素应答元件
)
CA-elmentP-
(
赤霉素应答元件
)
和
E
乙烯应答元件
)
分别
boxRE
(
占植物激素响应元件总个数的
25%
,
20%
和
15%
。
胡杨应对逆
43
个属于光响应元件
。
上述分析表明
,
境胁迫时
AHL
基因可能发挥着重要的调节作用
,
特别是在干旱胁迫方面
。
发育响应元件具有
1
其中有
6
种共
49
个顺式元件
,
图
5
胡杨
AHL
基因家族顺式作用元件分析
2.7
PeAHLs
在逆境胁迫下的表达模式
依据顺式作用元件分析
,
筛选含逆境响应相关的
Fi.5 Analsisonthecis-actinlementsofAHL
g
enefamilf
Pouluseuhratica
gyg
e
y
o
pp
元件数量最多的
PeAHL03
,
PeAHL04
,
PeAHL10
,
PeAHL12
,
PeAHL14
和
PeAHL15
成员进行
q
RT-
)。
所选的
6
个基因经不同时间的低图
6PCR
分析
(
)
温
、
高温
、
表达量与对照
(
相
NaCl
和
PEG
处理后
,
0h
比均表现为上调
,
说明胡杨
AH
高
L
基因家族受低温
、
温
、
NaCl
和
PEG
诱导
。
PeAHL14
和
PeAHL15
低温
处理下与对照及其它基因相比
,
表达量显著上调
,
分
PeAHL15
在胡杨响应低温胁迫的过程中发挥重要
作用
。
除
PeAHL15
以外
,
其余
5
个基因
PeAHL03
,
PeAHL04
,
PeAHL10
,
PeAHL12
和
PeAHL14
在
PEG
处理下与对照相比表达量均显
著上调
,
说明胡杨
AHL
家族成员可能受
PEG
显著
迫过程中发挥重要作用
,
其对干旱胁迫响应尤为
显著
。
别在
6h
和
1
说明
P
2h
时达到最大值
,
eAHL14
和
诱导
。
结果表明
,
AHL
基因家族在胡杨响应逆境胁
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748
草
地
学
报
第
31
卷
图
6
胡杨
AHLs
基因在不同胁迫处理下的表达水平
)
注
:
不同小写字母表示不同时间
PeAHL
基因表达量差异显著
(
P
<0.05
Fi.6 Exressionlevelofthe
PeAHL
g
enesindifferentstresstreatments
gp
ofstresstreatment
:
NoteDifferentlowercaselettersindicatesinificantdifferencesinthe
PeAHL
g
eneexressionatthe0.05levelbetweenthedifferenttimes
gp
3
讨论
]]]
21810
、、
芥
[
水稻
[
番茄
[
等多种作物上
,
对林木植物胡
近年来
,
对于
AT-hook
的研究主要集中在拟南
杨
AHL
基因家族方面的研究相对较少
。
本研究通
过同源搜索的方法
,
在胡杨全基因组水平上共得到
了
1
在理化性质研究
9
个胡杨
AHL
基因家族成员
,
中发现
,
胡杨
AHL
蛋白序列之间的差异较小
。
并
且除
P
其余
PeAHL16
外
,
eAHL
蛋白均为碱性的
不稳定亲水蛋白
。
PeAHL
基因具有高度保守性
。
并且在
11
个保守
基序中
,
motif1
,
motif2
,
motif3
,
motif4
,
motif5
和
除
motif6
为胡杨
AHL
家族成员的重要保守基序
,
特殊的
P
大多数
m
eAHL01
基因以外
,
otif
出现在
其余
18
个基因中
。
而且聚类在同一分支中的基因
发现
,
胡杨
AHL
基因家族全部属于内含子缺失型
有不等数量的
AT-hook
保守基序和
PPC
结构域
,
且多数基因含有
2
个
AT
表明
-hook
保守基序
,
在保守基序分析中
,
19
个胡杨
AHL
基因均含
其
motif
组成及排列顺序基本相同
。
基因结构分析
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第
3
期
刘行行等
:
胡杨
AHL
基因家族生物信息学分析及逆境胁迫下的表达特征
749
基因
。
内含子缺失型基因在非生物胁迫下能够有效
30
]
,
减少转录后的加工过程
,
可快速转录和翻译
[
推
与胡杨对干旱胁迫的响应
。
这与王敏的研究结果相
22
]
,
一致
[
在干旱胁迫条件下
,
大豆叶片中
AHL
基因
测这可能与胡杨超强的抗逆境胁迫能力有关
。
系统
进化树分析显示
,
Clade-I
中
I
型
AHL
基因在整个
基因家族进化中形成了单独的一个分支
,
结合基因
结构分析表明
I
型
AHL
基因确实为原始无内含子
]]
2423
基因
。
这与玉米
[
和棉花
[
的
AHL
基因家族所
报道的研究结果相一致
,
II
型和
III
型
AHL
基因被
的表达显著增加
,
表明
AHL
基因参与了大豆对干
旱胁迫的响应
。
同时
,
AHL
基因在其他植物中也表
现出相同的研究结果
,
拟南芥的
AHL10
已被证明
在干旱胁迫下
,
OsAHL1
可以大大提高水稻植株的
抗旱性
,
其过表达
OsAHL1
也可增强水稻植株在幼
37
]
。
通过对
苗和穗状发育阶段的多重胁迫耐受性
[
36
]
。
通过控制根的伸长来参与对干旱胁迫的响应
[
基因是最原始的
AHL
基因
。
尽管大约在
800~
[]
1
,
但胡
1400
万年前胡杨和毛果杨开始出现分化
3
杨与毛果杨
AHL
的基因数目基本相同
,
在进化树
特别是
I
型
AHL
基因两者数量相同
,
进一步验证
了
AHL
基因在进化过程中的高度保守性
。
经亚细
胞定位分析发现
,
胡杨
AHL
基因家族
19
个成员全
部定位于细胞核中
,
这与前人研究
AT-hook
蛋白大
]
32
,
多定位于细胞核的结论一致
[
表明
PeAHL
为核
认为是由
I
型
AHL
基因进化而来
,
并且
I
型
AHL
玉米的不同组织和发育阶段的转录组进行共表达分
析发现
,
干旱反应就是
AHL
基因共同调控的主要
过程之一
,
并且
AHL
蛋白在调节其他应激反应过
24
]
。
综合上述结论也
程中同样发挥着重要的作用
[
中胡杨
AHL
基因数目与毛果杨基本上一一对应
,
进一步印证了顺式作用元件的分析结果
。
4
结论
本研究通过对胡杨
AHL
家族成员的分布
、
结
构及功能展开了讨论分析
,
共鉴定得出
19
个
定位蛋白
。
在生物体中
,
基因启动子区域位于基因的上游
,
与转录因子结合
,
称为顺式作用元件
,
在应激反应下
]
33
。
本研
的基因表达生物学调控中起着重要作用
[
全部为内含子缺失型基因
,
且绝大多
PeAHL
基因
,
数
PeAHL
蛋白为碱性的不稳定亲水蛋白
。
根据保
守基序将所有基因分为
3
种类型
,
具有相对保守的
系统进化树
,
并鉴定出多个与激素和非生物胁迫相
NaCl
以及
PEG
处理后均出现不同程度上调表达
,
且在
P
推测胡杨
AHL
基因
EG
处理下表达量最高
,
在响应干旱胁迫过程中发挥着重要的作用
,
为进一
据和参考
。
参考文献
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,():
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,
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[]
cAcidsRe-
y
o
gp
究通过顺式作用元件分析发现
,
所有序列共分为
3
大类型
,
非生物胁迫响应元件占总数量的
4
植
5%
,
其中响应干旱胁迫的元件的种类和数量最多
,
其次
为光响应元件
,
表明胡杨
AHL
基因家族在抵抗逆
境胁迫方面发挥着重要的作用
。
这与相关研究结果
一致
,
在棉花
AHLs
启动子上游
2100b
p
区域中
,
鉴定得出了光响应
、
MYB
和赤霉素响应等顺式作
用元件
,
约
43.5%
的被选基因含有与干旱胁迫响应
[
3
]
,
相关的
MY
并且在葡萄
AHL
基因
B
结合位点
2
家族中
,
其所鉴定的顺式作用元件也主要包括光响
]
34
。
q
应元件
、
激素响应元件和应激响应元件
[
RT-
物激素响应元件和发育响应元件各占
39%
和
16%
。
关的顺式作用元件
,
筛选的
P
高温
、
eAHLs
在低温
、
步研究和筛选优良抗逆胡杨
AHL
基因提供理论依
胡杨
AHL
家族成员在不同逆
PCR
结果分析显示
,
境胁迫下的表达量与对照相比均表现为上调表达
,
说明
AHL
基因家族在胡杨生长发育和逆境响应过
程中发挥着重要作用
。
这与李小兰的研究结果相一
AHL
基因的表达量较对照组显著增加
。
同样木薯
中的
AHL
脱落酸
(
和
31
基因也会受到低温
、
ABA
)
其余
5
个基因在干旱胁迫下的表达量与对照及其它
处理相比上调显著
,
故推测
AHL
基因家族主要参
]
34
,
致
[
葡萄在
P
氯化钠和低温胁迫下
,
大多数
EG
、
[],,
2 LIK
,
ilitrouT-hook
gygp
A
[],:
etters2020
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P
赤霉素
(
的显著诱导
[
GA3
)
eAHL15
以外
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g
D
g
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草
地
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31
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LYUY
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AHL
g
enefamilncotton
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Gossium
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yy
i
yp
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J
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,
郭维
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水稻
A8
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黑果枸杞
G26RF
转录因子家族鉴定与
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责任编辑
闵芝智
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