旱柳NAC基因家族的全基因组鉴定及其在淹水和盐胁迫下的表达分析OA北大核心CSTPCD

【目的】对旱柳(Salix matsudana)NAC基因家族成员进行鉴定,并分析其在淹水胁迫和盐胁迫下的表达差异,为研究SmNAC家族成员参与逆境胁迫调控机制及培育高耐非生物胁迫旱柳品种提供理论基础。【方法】以敏淹旱柳品种Yanliu No.1、耐淹旱柳品种Suliu 795和敏盐旱柳种质Yanjiang和耐盐旱柳品种9901等4份旱柳种质为试验材料,通过基因组数据挖掘鉴定出旱柳全基因组范围内的NAC基因家族成员,并对其蛋白理化性质、保守基序、系统发育关系、基因结构及其染色体位置、共线性关系进行预测分析。对SmNAC基因家族成员进行淹水胁迫和盐胁迫下的表达谱分析;选取对淹水胁迫和盐胁迫均具有明显响应的基因构建拟南芥过表达载体并获取转基因拟南芥,通过实时荧光定量PCR检测该基因在野生型和转基因拟南芥中的相对表达量,并分析转基因拟南芥和野生型拟南芥在淹水胁迫下的表型差异,测定其生理指标。【结果】鉴定出290个SmNAC基因家族成员,命名为SmNAC001~SmNAC290;SmNAC家族基因编码的氨基酸数量范围为105~710个,分子量为12.7~77.8 kD,理论等电点(pI)为4.33~9.65,大多数蛋白成员定位于细胞核。根据SmNAC家族蛋白与拟南芥NAC蛋白的系统发育进化关系及其保守基序分析结果,将SmNAC家族蛋白分为16个亚家族。大部分SmNAC家族基因中含有3个外显子,同一亚家族内的SmNAC成员基序组成和排列模式相似,如NAP和OsNAC7亚家族。大部分SmNAC家族基因成员启动子含有茉莉酸甲酯以及缺氧胁迫等响应元件。SmNAC基因家族中有244个基因随机分布在38条染色体上,其中存在13对串联复制事件。转录组数据结果显示,淹水胁迫和盐胁迫后,ATAF亚家族(SmNAC007、SmNAC008、SmNAC009、SmNAC010、SmNAC011和SmNAC012基因)表达量在不同抗性旱柳种质中均明显上调。实时荧光定量PCR结果显示,转基因拟南芥中SmNAC007基因的相对表达量明显高于野生型,为10~15倍;与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥中总蛋白含量显著降低(P<0.05)。【结论】鉴定出290个SmNAC基因家族成员,其中分别有102个和151个家族成员在淹水胁迫和盐胁迫中差异表达;初步证实SmNAC007基因在淹水胁迫响应中发挥正向调控功能。