农业生物技术学报

作者：范雨欣, 李娜, 宋治华, 刘腾跃, 董碧莹, 曹红燕, 段雨声, 孟冬, 付玉杰, 杨清

单位：1 北京林业大学 林学院,北京 100083;2 北京林业大学 林木分子育种高精尖创新中心,北京 100083

关键词：呼吸爆发氧化酶(Rboh),木豆,非生物胁迫,生物信息学分析,活性氧(ROS),

基金：中央高校基本科研业务费专项资金资助(2021ZY16); 基于发根农杆菌诱导杜仲扦插新体系的建立(S202110022002); 北京林业大学杰出青年人才基金(2019JQ03009); 国家自然科学基金(31922058; 31901281)

活性氧(reactive oxygen species, ROS)对植物细胞间信号传递起着重要作用,而呼吸爆发氧化酶(respiratory burst oxidase homologue, RBOH, 又称NADPH氧化酶)是催化植物产生活性氧的关键酶,广泛参与植物体内的信号传递。木豆(Cajanus cajan)是药食两用的木本豆科植物,具有较强抗逆性。本研究通过生物信息学软件从木豆全基因组中筛选出CcRboh基因家族成员,并进行了染色定位、系统发育树构建、保守结构域分析及启动子元件预测等基本功能分析,同时,利用转录组数据筛选不同组织中CcRboh的表达,并通过qPCR确定Rboh基因在多种非生物胁迫下的响应模式。鉴定得到9个木豆Rboh家族成员,根据在染色体上的位置将其命名为：CcRbohA~CcRbohI,其编码818~940个不等的氨基酸残基,等电点(pI)分布在8.76~9.36。根据核苷酸序列相似性可将其聚类为5个亚族,均含有NADPH氧化酶结构(NADPH_Ox)等4个结构域。亚细胞定位预测表明,CcRboh蛋白主要定位于质膜上。启动子顺式作用元件预测结果显示,CcRboh基因启动子区域包含多种激素及逆境响应元件,普遍存在茉莉酸甲酯响应元件和光响应元件,说明CcRboh基因更易受到茉莉酸和光的诱导。木豆根和叶片的Rboh表达模式数据显示,CcRboh基因在根中有着较高的表达水平,表明其在根中发挥重要作用。茉莉酸处理的转录组数据表明,CcRbohB和CcRbohG有明显上调表达(P<0.05),且在处理3 h后就上升5倍以上,说明其表达受到茉莉酸诱导。此外,CcRboh对高温胁迫具有很好的响应能力,在处理3 h后显著上调表达(P<0.05),CcRbohC、CcRbohF、CcRbohG、CcRbohH和CcRbohI在处理3 h后表达量分别是对照的6.4、22.5、21.0、70.4和15.5倍,其中CcRbohI表达量在12 h后有显著上升(P<0.05),最高表达量达对照的37.4倍。对于干旱胁迫和盐胁迫,CcRboh在处理6 h后受到诱导;其中CcRbohG与CcRbohH在干旱、盐以及高温胁迫下表达显著上调(P<0.05),是具有很大潜力的抗性候选基因。本研究对NAPDH氧化酶家族基因进行了生物信息学分析及筛选,并获得了响应高温、干旱胁迫等的关键基因CcRbohG与CcRbohH,为改良木豆的抗逆性提供理论依据。

来源：2022年第2期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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