金鱼草WAK/WAKL基因家族鉴定及抗核盘菌候选基因挖掘OA北大核心CSTPCD

【目的】鉴定金鱼草细胞壁相关受体激酶(Wall-associated kinase,WAK)及类WAK蛋白(WAK-like kinases,WAKL)基因家族成员,并挖掘抗核盘菌的候选基因,为深入解析金鱼草抗核盘菌的WAK/WAKL分子调控机制提供理论参考。【方法】以拟南芥WAK/WAKL家族蛋白为参考序列,利用生物信息学方法从金鱼草基因组数据库中鉴定出WAK/WAKL基因家族成员,并对其理化性质、系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件及共线性关系等进行预测分析,并通过转录组测序和实时荧光定量PCR对该家族基因在金鱼草抗感核盘菌材料中的表达模式进行分析。【结果】从金鱼草基因组中共鉴定出27个WAK/WAKL基因家族成员,其中WAK家族基因16个(AmWAK1~AmWAK16),WAKL家族基因11个(AmWAKL1~AmWAKL11),编码的氨基酸数量为615~1085个;理论等电点(pI)为4.94~8.69,绝大多数蛋白呈酸性;所有蛋白的总平均亲水性指数(GRAVY)值小于0,均为亲水性蛋白;大多数蛋白亚细胞定位于细胞质膜区域,少部分定位于细胞外、液泡、高尔基体和细胞核。27个WAK/WAKL基因家族成员不均匀地分布在金鱼草的8条染色体上,且与拟南芥WAK/WAKL家族基因存在7对共线性同源基因;基因启动子区域含有与防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯响应及水杨酸响应等顺式作用元件。通过叶片离体接种核盘菌试验,筛选出抗性差异明显的易感病品种Am1和抗病品种Am6。有12个WAK/WAKL家族基因在金鱼草抗感材料中显著差异表达(P<0.05),有9个基因表达模式与转录组测序结果基本一致。这9个基因中,有5个基因(AmWAK7、AmWAKL2、AmWAKL8、AmWAK6和AmWAK13)在金鱼草的根、茎和叶组织中高表达,而剩余4个基因(AmWAK2、AmWAK8、AmWAK9和AmWAK12)在根、茎和叶中基本不表达。【结论】筛选出的27个金鱼草WAK/WAKL基因家族成员,具有相似的基因结构和蛋白功能结构域,其中AmWAK6、AmWAK7、AmWAK13、AmWAKL2和AmWAKL8为金鱼草抗核盘菌的关键候选基因,具有介导抗病的潜在功能。