宋 健 曹曉寧 王海崗 陳 凌 王君杰 喬治軍 劉思辰

(1山西大學生物工程學院,山西 太原 030006；2山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所,山西 汾陽 032200；3山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)作物品種資源研究所,山西 太原 030031)

Squamosa 啟動子結(jié)合蛋白(squamosa promoter binding protein,SBP)是植物生長發(fā)育過程中非常重要的一類轉(zhuǎn)錄因子,主要參與花的形成[1-6]、葉的發(fā)育[1-2,6]、植物育性[2-4]、發(fā)育階段的轉(zhuǎn)變[2,6]、赤霉素(gibberellins,GA)響應[2,4]、光周期響應[2,4]、果實成熟[2-3,6]、調(diào)控器官大小和產(chǎn)量[3-5]、應對脅迫應答[1,5-6]等多個方面。SBP 蛋白具有一個高度保守的DNA 結(jié)合區(qū)域,該區(qū)域由80 個左右的氨基酸殘基組成。Yamasaki 等[7]通過核磁共振法,在AtSPL4 和AtSPL7 蛋白中均發(fā)現(xiàn)2 個鋅指結(jié)構(gòu),這2 個鋅指結(jié)構(gòu)均由8 個氨基酸殘基和Zn2＋組成,8 個氨基酸殘基包括組氨酸和半胱氨酸。2 個鋅指構(gòu)成分別為(Cys3HisCys2HisCys)和(Cys6HisCys),Zn2＋分別結(jié)合在前后4 個氨基酸殘基上。

Huijser 等[8]最早在金魚草(Antirrhinum majus)中發(fā)現(xiàn)SBP基因。目前已經(jīng)在水稻、小麥、玉米、大豆、番茄、高粱等作物中分離鑒定出SBP基因。SBP基因家族成員較多,其中,在擬南芥中共有17 個SPL基因[9-11]；水稻中有20 個OsSBPs基因,且其SBP基因主要在花和愈傷組織中表達[10-11]；二倍體小麥具有19個SPL基因,六倍體小麥中國春中具有58 個SPL基因[12]。研究表明,水稻[13]、小麥[14-16]中SBP基因具有調(diào)控光合產(chǎn)物積累,增加產(chǎn)量的作用。近些年,對玉米[17-19]、大豆[20-22]、番茄[23]、高粱[24-25]、水稻[26-28]、擬南芥[29]等作物中的SBP基因的研究顯示,SBP基因具有激素和逆境響應元件,說明SBP基因是與抗旱和耐逆相關(guān)的一類重要基因。

谷子(Setaria italica)是很強的抗旱耐瘠薄作物,其富含類胡蘿卜素、維生素B1 和維生素B2,具有非常高的營養(yǎng)價值,是目前雜糧作物中播種面積較大的作物之一,也是干旱丘陵地區(qū)種植的首選農(nóng)作物之一。但由于北方降雨量稀少,尤其在谷子生長發(fā)育的關(guān)鍵時期缺水少雨,導致谷子的生長發(fā)育受阻,嚴重影響谷子產(chǎn)量。因此,挖掘與谷子抗旱性和耐逆性相關(guān)的基因,通過分子育種,提高谷子的抗旱耐逆性對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。雖然已有各種作物的SBP基因研究成果,但鮮見有關(guān)谷子SBP基因功能的研究報道。谷子全基因組測序的完成,為谷子功能基因的挖掘研究提供了有利支撐。本試驗以谷子基因組數(shù)據(jù)為基礎,采用生物信息學方法,對谷子SBP 基因家族進行鑒定和分析；同時結(jié)合RT-qPCR 分析谷子SBP基因在PEG 脅迫及脫落酸(abscisic acid,ABA)誘導后的表達情況,以期為進一步研究谷子SBP基因的功能奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以谷子品種豫谷1號為試驗材料,由河南省安陽農(nóng)科所選育并提供。

1.2 谷子SBP 基因家族的鑒定

在JGI(Setaria italicav2.2)數(shù)據(jù)庫下載谷子的蛋白序列,用文獻中已公布的擬南芥、水稻和玉米的SBP蛋白序列作為種子文件,在谷子蛋白數(shù)據(jù)庫中搜索BLAST 具有SBP 結(jié)構(gòu)域的侯選序列；同時使用HMMsearch 搜索谷子基因組中具有SBP 保守結(jié)構(gòu)域的蛋白序列。將查找到的所有谷子SBP 蛋白序列,使用 CDD(https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/bwrpsb/bwrpsb.cgi)和Pfam(http：//pfam.xfam.org/search)分析是否具有保守的SBP 蛋白結(jié)構(gòu)域,刪除比對結(jié)果保守結(jié)構(gòu)域小于50%的SBP 序列,最終確定谷子的SBP 蛋白家族成員。下載對應的核酸序列,對鑒定結(jié)果進行基因注釋。使用ProtParam tool(https：//web.expasy.org/protparam/)分析谷子SBP 蛋白的氨基酸組成、等電點、分子量、親疏水性指數(shù)等。使用SignalP 4.1(http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP-4.1/)和PSORT Prediction(http：//psort1.hgc.jp/form.html)分別進行信號肽和亞細胞定位的預測。

1.3 谷子SBP 蛋白系統(tǒng)進化樹及SiSBPs 基因結(jié)構(gòu)分析

將鑒定出的谷子SBP 氨基酸序列通過MEGA 6中MUSCLE 進行序列比對(參數(shù)默認)。同時利用phylogeny 中的NJ 鄰接(neighbor joining,NJ)法構(gòu)建發(fā)育樹,Bootstrap 參數(shù)設定為1 000[30],Gaps 處理方法為成對刪除。在JGI 官網(wǎng)下載谷子Setaria italicav2.2中的SBP基因組序列和CDS 序列,使用ClustalX 對19個SiSBPs 蛋白序列進行比對,將比對結(jié)果保存為nwk格式。利用GSDS 2.0[31]的Sequence(FASTA)Format繪制SBP基因結(jié)構(gòu)圖。

1.4 不同作物間SBP 蛋白的系統(tǒng)發(fā)育分析

分別下載擬南芥、水稻、高粱、玉米的SBP 蛋白家族,通過Muscle 對各物種的SBP 蛋白進行完全序列比對,使用MEGA6.0 中的NJ 法(bootstrap 參數(shù)設定為1 000)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹[30]。

1.5 基因定位

在NCBI 谷子數(shù)據(jù)庫下載谷子的染色體組數(shù)據(jù),在JGI(Setaria italicav2.2)數(shù)據(jù)庫確定谷子SBP 家族成員的位置信息及其在染色體上的分布情況。并使用MapGene2Chromosome 繪制SiSBPs基因在谷子9 條染色體上的分布圖。

1.6 啟動子分析

使用Plantscare 對SiSBPs進行啟動子分析。在phytozome 中下載谷子(Setaria italicav2.2)的全基因組序列和GFF3 文件,然后通過TBtools 批量提取谷子基因組序列,最后利用TBtools 的Fasta Extractor 將SBP序列全部提取出來,分析SiSBPs編碼區(qū)起始密碼子上游2 000 bp 的啟動子情況。

1.7 脅迫處理試驗

將飽滿的谷子種子放入含有均衡營養(yǎng)液的保濕水培盒并置于通風較好的30℃光照培養(yǎng)箱中進行育苗(16 h 光照＋8 h 黑暗),幼苗長至4～5 葉時分別進行10% PEG 6000 和100 μmol·L-1ABA 溶液脅迫處理,分別于脅迫0、2、4、6、12、18 h 時,取谷子幼苗根、莖、葉,立即放入液氮速凍,于-80°冰箱保存,用于提取RNA。

1.8 谷子幼苗根莖葉總RNA 提取及反轉(zhuǎn)錄

分別將不同處理的根、莖、葉組織充分磨碎,使用植物總RNA 提取試劑盒提取RNA,瓊脂糖凝膠電泳檢測RNA 完整性。將完整的RNA 總量統(tǒng)一定為1 000 ng,使用cDNA 第一鏈試劑盒對總RNA 進行反轉(zhuǎn)錄。所用試劑盒均為天根生化科技北京有限公司產(chǎn)品。

1.9 PEG 6000 脅迫和外源ABA 誘導后SiSBPs 基因的RT-qPCR 分析

根據(jù)熒光定量引物設計的原則,使用Premier 5 設計熒光定量引物,產(chǎn)物片段設定為100～300 bp 之間,將設計好的引物先通過瓊脂糖凝膠電泳進行特異性篩選,根據(jù)結(jié)果選用具有特異性的RT-qPCR 引物。以25S為內(nèi)參基因。使用Applied Biosystems QuantStudio 6 ＆ 7 Flex Real-Time PCR Software,對經(jīng)過10% PEG 6000 和ABA 脅迫后幼苗不同組織部位中SiSBP15、SiSBP19 的表達量進行分析。反應體系為20 μL,包括1 μL cDNA、0.6 μL 上游引物、0.6 μL 下游引物、10 μL mix、7.8 μL H2O。程序設定為：95℃預變性15 min；95℃變性10 s,60℃退火25 s,共40 個循環(huán)。運行結(jié)束后將結(jié)果以Excel 格式導出。

2 結(jié)果與分析

2.1 SiSBPs 基因家族成員鑒定結(jié)果

通過NCBI Blast 搜索出19 個SiSBPs基因,通過Hmmer search 查找出42 個可能的SBP 家族成員,利用CDD 去除不含有SBP 蛋白保守域的成員,最終確定有19 個SiSBPs 蛋白(表1)。該結(jié)果與phytozome中通過Pfam 蛋白ID(PF03110)關(guān)鍵詞在谷子全基因組數(shù)據(jù)庫中比對的結(jié)果基本一致。通過CDD 分析谷子SBP 蛋白家族的結(jié)構(gòu)域,結(jié)果顯示該蛋白家族的保守結(jié)構(gòu)域都含有74～76 個氨基酸殘基。除SiSBP12的結(jié)構(gòu)域有74 個氨基酸殘基構(gòu)成,SiSBP8 的結(jié)構(gòu)域有76 個氨基酸殘基構(gòu)成外,其余家族成員的保守結(jié)構(gòu)域均由75 個氨基酸殘基構(gòu)成。SiSBPs 蛋白所包含氨基酸數(shù)目范圍為199～1 118 aa,等電點為5.41～10.41,分子量介于20.49～122.18 kDa 之間,從蛋白親水性指數(shù)來看,SBP 蛋白家族均為親水性蛋白,其中SiSBP6 蛋白的親水性最強。SignalP 分析結(jié)果顯示,19個SiSBPs 蛋白均無信號肽。PSORT 對谷子19 個SBP蛋白進行亞細胞定位預測,發(fā)現(xiàn)除SBP7 蛋白在細胞核中無信號外,其余18 個SBP 蛋白在細胞核中均有信號,即存在于細胞核中,其中SBP2、SBP5、SBP11、SBP16、SBP17 蛋白僅存在于細胞核中,而SBP1、SBP6、SBP7 蛋白也存在于線粒體中,SBP3、SBP4、SBP10、SBP13 蛋白也存在于過氧化物酶體中,SBP6、SBP7、SBP8、SBP14、SBP15、SBP18 蛋白也存在于在葉綠體中,SBP9、SBP12、SBP15 蛋白也存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,SBP19 蛋白也存在于細胞質(zhì)膜上。

2.2 谷子SBP 蛋白的系統(tǒng)進化、基因結(jié)構(gòu)及蛋白結(jié)構(gòu)域的分析

為研究SiSBPs 蛋白的系統(tǒng)進化關(guān)系,對谷子全基因組中的19 個SiSBPs 蛋白進行系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建,進化樹的分支結(jié)果顯示(圖1),19 個SiSBPs 蛋白可以分為7 個分支,除SiSBP9 蛋白單獨為一個分支外,其余分支均包含2～4 個SBP 蛋白。谷子SBP 基因家族結(jié)構(gòu)的繪制結(jié)果顯示(圖2),SiSBP7 和SiSBP16 基因無upstream 序列,SiSBP17 既沒有upstream 序列,也無downstream 序列。其余16 個SiSBPs基因都包含上游序列、CDS 區(qū)、內(nèi)含子、下游序列,其中,SiSBP6 和SiSBP7均僅含有一個內(nèi)含子,SiSBP1、SiSBP4、SiSBP5、SiSBP8、SiSBP10、SiSBP13、SiSBP14、SiSBP16、SiSBP17、SiSBP18 均含有2個內(nèi)含子,SiSBP2 和SiSBP11 均含有3 個內(nèi)含子,SiSBP3 均含有4 個內(nèi)含子,SiSBP9 和SiSBP15 均含有9 個內(nèi)含子,SiSBP12 和SiSBP19 均含有10 個內(nèi)含子。從SiSBPs 蛋白結(jié)構(gòu)域的分析結(jié)果可知,SiSBP19 除了SBP 蛋白結(jié)構(gòu)域(PF03110)外,還有一個Ank-2(Ankyrin repeats 3 copies)蛋白的結(jié)構(gòu)(PF12796),而其余18 個SiSBPs蛋白只含有SBP 蛋白結(jié)構(gòu)域(圖3)。

2.3 不同作物SBP 蛋白的系統(tǒng)進化分析

根據(jù)染色體的分布,對谷子全基因組獲得的19 個SiSBPs 蛋白進行重新命名。同時在phytozome 中下載擬南芥(17 個)、水稻(19 個)、高粱(19 個)、玉米(36個)的SBP 蛋白,同樣根據(jù)染色體分布對這幾個物種的SBP 蛋白重新命名。利用MEGA6 中的NJ 法對5個物種的SBP 蛋白構(gòu)建系統(tǒng)進化樹。由圖4可知,這110 個SBP 蛋白大致分為9 個分支,谷子的19 個SBP蛋白分布在其中7 個分支,其中,SiSBP5、SiSBP8、SiSBP13、SiSBP16、SiSBP18 聚在第Ⅰ分支,SiSBP1、SiSBP10 聚在第Ⅱ分支,SiSBP4、SiSBP6、SiSBP7、SiSBP14、SiSBP17 聚在第Ⅲ分支,SiSBP2、SiSBP3、SiSBP11 聚在第Ⅳ分支,SiSBP9、SiSBP15 分別聚在第Ⅵ和第Ⅷ分支,SiSBP12、SiSBP19 聚在第Ⅸ分支。而AtSBP6 單獨為第Ⅴ分支,AtSBP5 和AtSBP11 聚在第Ⅶ分支?？傮w來看,谷子的SBP 蛋白家族與高粱和水稻SBP 蛋白家族的親緣關(guān)系較近,與玉米的親緣關(guān)系次之,與擬南芥的親緣關(guān)系最遠。此外,第Ⅰ分支中SiSBP5、SiSBP8 都是單獨為一個亞分支,第Ⅲ分支中SiSBP6 和SiSBP7 聚為一個小分支,說明這2 個蛋白進化關(guān)系更近。

2.4 谷子SBP 基因家族的染色體定位分析

根據(jù)SBP 基因家族鑒定結(jié)果中所在的染色體位置信息,使用Map Gene 2 Chromosome 工具繪制19 個SiSBPs基因在谷子染色體上的分布圖。由圖5可知,谷子SBP基因家族成員在谷子的9 條染色體上均有分布。其中,在2 號染色體上分布最多,包含4 個SBP基因,在1號和6 號染色體上各有3 個SBP基因,在1號、2 號和6 號染色體上的SBP基因占該基因家族的一半以上,在3 號、4 號和5 號染色體上各有2 個SBP基因,在7 號、8 號和9 號染色體上都只有1 個SBP基因分布。分析發(fā)現(xiàn),SBP基因在染色體上的分布大都集中在染色體的端部,僅3 號和8 號染色體上的SBP8和SBP18 位于染色體中部,3 號染色體的SBP9 和9 號染色體的SBP19 位于近端部。

表1 SiSBPs 基因家族信息Table 1 SiSBPs gene family information

2.5 谷子SBP 基因家族的啟動子分析

通過Plantscare 對19 個SiSBPs基因編碼區(qū)起始密碼子上游2 000 bp 序列進行順式作用元件分析,結(jié)果顯示,谷子SBP 基因家族啟動子區(qū)域主要涉及的順式作用元件包括以下幾類：干旱響應元件,高溫、低溫及滲透脅迫響應元件,光反應元件,植物激素類(生長素、脫落酸、赤霉素、MeJA、水楊酸、乙烯)響應元件,病原菌及損傷類響應元件等(表2)。19 個SiSBPs基因啟動子區(qū)基本都存在的響應元件有TATA-box、CAATbox、MYB、MYC、STRE、as-1、ABRE 和G-Box。

2.6 谷子SBP 基因家族的表達分析

圖1 谷子SBP 蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.1 Phylogenetic tree of SBP proteins in foxtail millet

圖2 谷子SBP 基因家族結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The structure of SBP genes family in foxtail millet

2.6.1 PEG 6000 脅迫對SiSBPs基因相對表達量的影響 經(jīng)10% PEG 6000 脅迫處理后,SiSBP2、SiSBP3、SiSBP8、SiSBP9、SiSBP11、SiSBP12、SiSBP13、SiSBP15 和SiSBP19 在谷子莖、葉中的表達量與未脅迫時相比均呈上調(diào)趨勢(圖6),且其在葉中表達量的增幅均大于莖。PEG 6000 脅迫后,SiSBP2、SiSBP3 在葉和莖中的表達都呈現(xiàn)先上調(diào)后下調(diào)再上調(diào)的趨勢；葉中SiSBP8 表達呈先上調(diào)后下調(diào)再上調(diào)的趨勢,而在莖中呈先上調(diào)后下調(diào)的趨勢；SiSBP9、SiSBP11、SiSBP13、SiSBP15 和SiSBP19 在莖和葉中的表達都呈先上調(diào)后下調(diào)的趨勢；SiSBP12 在葉和莖中的表達為上調(diào)后下調(diào)、再上調(diào)最后下調(diào)。PEG 脅迫后各SiSBPs基因在葉中的表達量是未脅迫時的10～180 倍,而在莖中的表達量是未脅迫時的4～15 倍。其中,SiSBP3 表達量的上調(diào)最小,脅迫18 h 后其在葉中表達量約是未脅迫時的10 倍,脅迫4 h 后在莖中的表達量是未脅迫時的5 倍。與未脅迫相比,表達量上調(diào)增幅最大的基因為SiSBP13,脅迫4 h 后在葉和莖中的表達量同時達到最高峰,葉中的上調(diào)最顯著,是未脅迫的180 倍,莖中的上調(diào)較小,是未脅迫的15 倍以上。綜上,這9 個SiSBPs基因表達明顯受10%PEG 6000 脅迫的調(diào)控。

表2 SiSBPs 基因家族啟動子區(qū)順式作用原件Table 2 Cis-acting regulatory elements in promoter of SiSBPs gene family

圖3 谷子SBP 蛋白的結(jié)構(gòu)域分析Fig.3 Domain analysis of SBP proteins in foxtail millet

圖4 谷子、擬南芥、水稻、高粱和玉米的SBP 家族蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.4 SBP family protein phylogenetic tree of millet， Arabidopsis， rice， sorghum and maize

圖5 谷子SBP 基因在染色體上的定位Fig.5 The location of the SBP genes on different chromosomes of millet

圖6 PEG 6000 脅迫下SiSBPs 基因的相對表達量Fig.6 Relative expressions of SiSBPs gene under the PEG 6000 treatments

圖7 外源激素ABA 脅迫下SiSBPs 基因的相對表達量Fig.7 Relative expressions of SiSBPs gene under stress treatment of exogenous hormone ABA

2.6.2 外源ABA 脅迫對SiSBPs基因相對表達量的影響 外源100 μmol·L-1ABA 脅迫谷子幼苗后,SiSBP2、SiSBP3、SiSBP8、SiSBP9、SiSBP11、SiSBP12、SiSBP13、SiSBP15 和SiSBP19 在谷子莖、葉中的表達量與未脅迫相比均呈上調(diào)趨勢(圖7)。外源ABA 脅迫后,SiSBP2 在莖和葉中的表達量峰值均出現(xiàn)在脅迫4 h 時；SiSBP3 在葉中出現(xiàn)2 個表達高峰,分別是脅迫2、12 h 時,脅迫12 h 時在莖中的表達量最高；SiSBP8在莖和葉中出現(xiàn)表達高峰的時間,分別是脅迫4、12 h時；SiSBP9 在葉中的表達呈先上調(diào)后下調(diào)再上調(diào)的趨勢,而在莖中呈先上調(diào)后下調(diào)的趨勢；在脅迫4 h 時,SiSBP11 在葉中的表達量最高,脅迫6 h 時,SiSBP11在莖中的表達量最高；SiSBP12 在莖和葉中出現(xiàn)表達高峰的時間,分別是脅迫2、4 h 時；SiSBP13 在莖部的表達量于脅迫4 h 時最高,在葉中的表達量持續(xù)上調(diào)；脅迫4 h 時,SiSBP15 在莖部的表達量最高,脅迫12 h時,SiSBP15 在葉中的表達量達到峰值；脅迫4 h 時,SiSBP19 在莖和葉中表達量均達到峰值。與未脅迫相比,ABA 脅迫后,在葉中表達量上調(diào)較高的基因為SiSBP11 和SiSBP13,分別是未脅迫的19.6 倍、28.1倍,在莖中表達量上調(diào)較高的基因為SiSBP9、SiSBP11、SiSBP13,分別是未脅迫的6.4 倍、6.7 倍、8.6 倍。9 個SiSBPs基因的表達均受外源ABA 的調(diào)控,說明SiSBPs基因是谷子生長過程中較為重要的一類與逆境脅迫相關(guān)的基因家族。

3 討論

SBP 是植物中重要的轉(zhuǎn)錄因子,通過結(jié)合下游基因啟動子區(qū)的順式作用元件,調(diào)控下游基因的表達[6]。不同物種之間SBP 基因家族成員數(shù)目差異較大,擬南芥[9,11]有17 個、玉米[18]有42 個、高粱[23]有18 個、水稻[10-11]有20 個,這可能與全基因組的復制相關(guān)。高粱、水稻與谷子的SBP 基因家族成員相差不大,說明這3 個物種在分離之后全基因組未發(fā)生大規(guī)模復制。SiSBPs 蛋白所包含氨基酸數(shù)目、等電點以及分子量都存在較大差異,可能是由于各家族成員在生長發(fā)育過程中的功能不同。

系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果顯示,谷子SBP 蛋白分布于7 個分支。在第1 分支中包含高粱的SbSBP3、SbSBP14,與這兩個蛋白關(guān)系較近的谷子SBP 蛋白有SiSBP5 和SiSBP16。常建忠等[24]研究顯示,高粱的SbSBP3、SbSBP14 基因與高粱的籽粒發(fā)育、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量構(gòu)成有關(guān),推測SiSBP5 和SiSBP16 可能是產(chǎn)量相關(guān)的候選基因。同時,位于第1 分支中的SbSBP13、OsSBP8與SiSBP8 的同源關(guān)系較近,以及位于第3 分支中的SbSBP16 與SiSBP4、SiSBP14 的同源關(guān)系較近。研究表明OsSBP8 是控制植株葉舌發(fā)育的關(guān)鍵基因[29],預測SiSBP4、SiSBP8、SiSBP14 可能是谷子中與株型發(fā)育相關(guān)的基因,植株葉片上沖,可增加光照的吸收,提高光合產(chǎn)物的積累,為后續(xù)株型育種提供一定的目標基因。在第9、第8 和第6 分支中還有與脅迫應答相關(guān)的3 個SbSBPs基因,分別是SbSBP1、SbSBP15、SbSBP17,與這3 個同源關(guān)系較近的基因為SiSBP9、SiSBP15、SiSBP19,推測這3 個基因是谷子SBP 基因家族中與逆境脅迫相關(guān)的重要基因成員,可能會提高植物對逆境環(huán)境的耐受性。同時,谷子SBP 基因家族成員的啟動子區(qū)有各種響應元件,如干旱響、高溫、低溫及滲透脅迫響應元件、光反應元件、植物激素類(生長素、脫落酸、赤霉素、MeJA、水楊酸、乙烯)響應元件、病原菌及損傷類響應元件等,說明SiSBPs基因的表達受諸多因素的調(diào)控,涉及非生物脅迫、生物脅迫和生長發(fā)育等方面。

本研究重點對SiSBPs基因與抗旱、耐逆方面的相關(guān)性做了進一步分析。結(jié)果表明,經(jīng)過10% PEG 6000脅迫和外源ABA 誘導之后,9 個SiSBPs基因在莖和葉中的表達都上調(diào),且9 個SiSBPs基因在葉中的上調(diào)表達與莖中相比較顯著。這些基因的啟動子區(qū)都包含脫水響應元件(MYC)、脫落酸響應元件(ABRE),進一步證明了啟動子區(qū)分析結(jié)果的可靠性。其中,SiSBP11和SiSBP13 上調(diào)表達的增幅最大,推測這2 個SBP基因可能是參與植物逆境脅迫應答的主要基因,為下一步研究抗旱耐逆的相關(guān)基因提供了備選基因。谷子作為禾本科C4作物,其抗旱、光合能力都非常強,但本研究只針對SiSBPs基因響應干旱脅迫及ABA 誘導的應答做了初步研究,對SiSBPs基因?qū)夂袭a(chǎn)物積累方面的功能還未深入探究,下一步需要對SiSBPs 家族成員在光合產(chǎn)物積累過程中所起的作用進行分析,為挖掘谷子抗旱高產(chǎn)相關(guān)的候選基因提供參考。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,谷子SBP 基因家族共有19 個成員,這19 個基因家族成員啟動子區(qū)的響應元件主要為光照、激素類等元件,SBP 蛋白在細胞的大部分細胞器中均有分布。在10%PEG 6000 脅迫和100 μmol·L-1ABA 誘導后,谷子SBP基因在莖和葉中的表達量顯著上調(diào),證實SBP基因?qū)γ{迫應答的響應調(diào)控具有重要作用,也說明SBP基因涉及植物生長發(fā)育過程中的多方面調(diào)控。同時,在谷子SBP 基因家族中篩選出了與干旱脅迫最相關(guān)的基因SiSBP13,以及與ABA 脅迫相關(guān)的3 個重要基因,即SiSBP9、SiSBP11、SiSBP13。但尚未對這些相關(guān)基因做進一步驗證,未對這些關(guān)鍵基因所涉及的其他重要功能作分析。本研究結(jié)果為揭示谷子SBP 蛋白功能和發(fā)掘谷子的抗逆基因提供了一定的理論依據(jù)。