玉米蔗糖合成酶基因家族的全基因組鑒定及表達(dá)分析

陳 曙，趙秋芳，陳宏良，金 輝*

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶果樹(shù)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 廣東 湛江 524091)

【研究意義】蔗糖作為高等植物光合作用的主要產(chǎn)物，其本身不能被直接利用，需被分解成可溶性糖才能參與植物的各項(xiàng)生理代謝活動(dòng)[1]。蔗糖合成酶(Sucrose Synthase，SUS)是植物糖代謝的關(guān)鍵酶之一，與植物細(xì)胞組織和骨架的構(gòu)建、植株的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)的成熟以及植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)等方面密切相關(guān)[2]。因此鑒定和研究植物蔗糖合成酶基因家族對(duì)深入了解植物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律、提高作物抗逆性等方面都有重要意義。【前人研究進(jìn)展】研究表明，植物蔗糖合成酶家族是一個(gè)小基因家族，所含基因數(shù)量不多，但不同植物中基因成員數(shù)差別較大。在柑橘中鑒定出3個(gè)SUS基因[3]，水稻、擬南芥和橡樹(shù)中均發(fā)現(xiàn)6個(gè)SUS基因[4-6]，大豆中鑒定出12個(gè)SUS基因[7]，以及谷子和葡萄中分別鑒定出9和5個(gè)SUS基因[8-9]。所有SUS蛋白序列高度保守，均含有蔗糖合成結(jié)構(gòu)域以及糖基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域。基因表達(dá)研究發(fā)現(xiàn)，SUS家族成員具有組織表達(dá)特異性。在柑橘中，CitSUSA在柑橘的果實(shí)發(fā)育過(guò)程階段其表達(dá)水平呈上升趨勢(shì)，而CitSUS1則表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，這表明CitSUSA與CitSUS1具有不同的表達(dá)模式[3]。在大豆中，對(duì)蔗糖合成酶突變體植株的研究發(fā)現(xiàn)SUS酶活性降低會(huì)導(dǎo)致根部中根瘤菌固氮能力減弱，部分組織器官發(fā)生退化，植株抗逆能力變差等現(xiàn)象[7]。同樣研究發(fā)現(xiàn)，SoSUS1在甘蔗的葉片、葉鞘以及莖中均有表達(dá)，但在莖中的表達(dá)量遠(yuǎn)高于其他部位，說(shuō)明甘蔗莖中的含糖量高于其他部位[10]。SUS家族成員除了具有組織特性，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程外，還與植物對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答等方面有關(guān)。呂金印等[11]通過(guò)對(duì)生育后期的不同小麥品種進(jìn)行干旱處理，發(fā)現(xiàn)抗旱品種長(zhǎng)武134的蔗糖合成酶活性顯著高于敏感品種鄭引1號(hào)，且旗葉中的蔗糖和淀粉積累速率明顯高于后者，表明植物蔗糖合成酶可能參與了植物的抗旱過(guò)程。王旭明等[12]在孕穗期對(duì)水稻進(jìn)行鹽脅迫處理，結(jié)果顯示在輕度鹽脅迫下水稻葉片中蔗糖合成酶(SS)活性增強(qiáng)，蔗糖和淀粉的積累量增加，植物抗逆性得到加強(qiáng)；但隨著鹽濃度的增大，SS活性明顯降低，蔗糖合成速率降低，植株生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的抑制現(xiàn)象。覃鴻妮等[13]通過(guò)對(duì)幾種類型玉米品種進(jìn)行不同的種植密度模式試驗(yàn)，結(jié)果顯示種植密度對(duì)蔗糖含量和蔗糖合成酶的活性影響較大，高密度的種植方式不利于葉片中蔗糖的積累。李曉旭等[14]對(duì)發(fā)菜進(jìn)行干旱處理，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下SUS2的轉(zhuǎn)錄水平和表達(dá)量都明顯提升，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)葉片中蔗糖積累量增加。這些研究表明，植物蔗糖合成酶基因家族成員在植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及抗逆境脅迫過(guò)程中有著重要的作用。玉米是我國(guó)主要糧食作物之一，提高玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量一直是研究工作的熱點(diǎn)。研究表明，蔗糖合成酶對(duì)于植物光合作用中蔗糖的合成和分解、產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)以及細(xì)胞組織的構(gòu)建等方面都有著重要作用[15]。【本研究切入點(diǎn)】隨著植物基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，目前已完成了對(duì)擬南芥[5]、水稻[4]、大豆[7]和谷子[8]等作物中SUS家族基因成員的全基因組的鑒定和功能分析工作，但對(duì)于玉米SUS基因家族的研究尚不多見(jiàn)。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究基于已公布的玉米全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)(B73)，利用生物信息學(xué)對(duì)玉米SUS基因家族進(jìn)行鑒定，并通過(guò)生物學(xué)軟件對(duì)鑒定的玉米SUS基因進(jìn)行序列特征、理化性質(zhì)、進(jìn)化關(guān)系等全方面分析，為后續(xù)對(duì)玉米SUS家族基因功能的深入研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 玉米SUS基因家族成員的鑒定

根據(jù)已發(fā)表的6個(gè)擬南芥蔗糖合成酶基因，在擬南芥數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.arabidopsis.org)中搜索并下載相關(guān)AtSUS基因信息(AtSUS1-AtSUS6)，其基因序列號(hào)分別為AT5G20830、AT5G49190、AT4G02280、AT3G43190、AT5G37180、AT1G73370。以擬南芥蛋白序列為查詢序列，從Ensembl Plants基因組數(shù)據(jù)庫(kù)(http://plants.ensembl.org/index.html)中進(jìn)行本地Blastp比對(duì)搜索，查找出玉米基因組中所有候選的SUS基因，所得結(jié)果利用SMART(http://smart.emblheidelberg.de/)和PFAM (http://pfam.sanger.ac.uk/)在線軟件進(jìn)行基因結(jié)構(gòu)分析，剔除無(wú)典型蔗糖合成酶結(jié)構(gòu)域和糖基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域的基因序列，最后得到的基因即為玉米SUS基因家族成員。

1.2 蛋白的氨基酸序列屬性分析

利用ExPASy Proteomics Server(http://www.expasy.org/ proteomics )對(duì)玉米SUS家族成員進(jìn)行蛋白分子量、等電點(diǎn)、不穩(wěn)定系數(shù)等理化性質(zhì)分析預(yù)測(cè)。使用Plant-mPLocServer(http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/#)在線工具預(yù)測(cè)玉米SUS蛋白的亞細(xì)胞定位。采用bioedit7.0軟件進(jìn)行氨基酸序列相似性分析。

1.3 基因結(jié)構(gòu)示意圖的繪制

根據(jù)已獲得的玉米SUS家族基因成員的基因組序列和CDS序列，利用在線工具GSDS (http://gsds.cbi.pku.edu.cn)分析基因結(jié)構(gòu)，明確內(nèi)含子和外顯子的組成，繪制基因結(jié)構(gòu)示意圖。

1.4 系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建

在NCBI網(wǎng)站上搜索已公布的擬南芥、水稻SUS家族蛋白成員序列信息，利用ClustalW程序?qū)τ衩住M南芥、水稻基因組中所有SUS蛋白序列進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合序列比對(duì)結(jié)果，利用MEGA6軟件采用鄰接法(neighbor joining，NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)。參數(shù)設(shè)置：替換模型設(shè)置為“Poisson model”，缺口設(shè)置為“Pairwise deletion”,校驗(yàn)參數(shù)Bootstrap method 取值為1000。

1.5 玉米SUS基因啟動(dòng)子分析

利用在線工具Plant CARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)分析玉米SUS 家族基因上游1500 bp序列，預(yù)測(cè)SUS基因基序類別和功能特征。

1.6 玉米SUS家族基因組織表達(dá)特性分析

玉米SUS基因家族成員在胚、胚乳、花粉、根、芽、花絲、雄蕊組織中的表達(dá)數(shù)據(jù)下載自Ensemblplants網(wǎng)站(http://plants.ensembl.org/index.html)。利用百邁客云平臺(tái)的在線繪圖工具(http://console.biocloud.net/static/index.html)繪制熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米SUS基因家族成員的鑒定

根據(jù)Blastp比對(duì)結(jié)果，最終在Ensembl Plants的玉米數(shù)據(jù)庫(kù)中得到5個(gè)SUS基因(表1),筆者將這5個(gè)基因命名為ZmSUS1～ZmSUS5。ZmSUS1和ZmSUS2定位在1號(hào)染色體上，ZmSUS5定位在4號(hào)染色體上，ZmSUS3和ZmSUS4則在9號(hào)染色體上。5個(gè)玉米SUS基因其氨基酸數(shù)量、CDS長(zhǎng)度以及分子量都較為接近，大小和長(zhǎng)度分別在802aa(ZmSUS3)～849aa(ZmSUS5)、2409 bp(ZmSUS3)～2550 bp(ZmSUS5)以及91.73KD(ZmSUS3)～96.27KD(ZmSUS5)之間變化。蛋白等電點(diǎn)范圍為6.03(ZmSUS4)～7.63(ZmSUS5)，ZmSUS1～ZmSUS4等電點(diǎn)均小于7，蛋白為弱酸性蛋白，ZmSUS5大于7，蛋白為堿性蛋白。

2.2 玉米SUS家族成員的蛋白序列分析

氨基酸序列相似性分析發(fā)現(xiàn)，玉米SUS蛋白成員的氨基酸序列相似程度較高(表2)，在51.31 %～97.81 %，其中ZmSUS1與ZmSUS2相似度最高(97.81 %)，其次為ZmSUS3～ZmSUS4(80.52 %)，相似度最低的為ZmSUS4和ZmSUS5，相似度為51.31 %。對(duì)玉米SUS蛋白家族成員進(jìn)行蛋白序列屬性分析(表3)，結(jié)果顯示玉米SUS蛋白結(jié)構(gòu)由α-螺旋、β-轉(zhuǎn)折、擴(kuò)展鏈以及無(wú)規(guī)則卷曲組成，其中α-螺旋所占比例最高，所占比百分比范圍為51.94 %(ZmSUS5)～55.51 %(ZmSUS4)，β-轉(zhuǎn)折所占比例最小，僅為6.55 %(ZmSUS1)～6.98 %(ZmSUS3)。蛋白穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，ZmSUS1～ZmSUS4不穩(wěn)定系數(shù)均小于40，鑒定為穩(wěn)定蛋白，ZmSUS5不穩(wěn)定系數(shù)大于40，屬于不穩(wěn)定蛋白。蛋白親水性預(yù)測(cè)結(jié)果顯示ZmSUS1～ZmSUS5均為疏水性蛋白。對(duì)玉米SUS家族蛋白成員進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示所有蛋白均定位在葉綠體。

表1 玉米SUS家族基因信息

表2 玉米SUS蛋白成員氨基酸序列相似性分析

表3 玉米SUS家族成員蛋白序列分析

2.3 玉米SUS家族成員基因結(jié)構(gòu)分析

前人研究表明，植物中不同物種間的SUS基因結(jié)構(gòu)以及內(nèi)含子和外顯子數(shù)目具有高度保守性[15]。本研究中對(duì)玉米SUS基因家族成員進(jìn)行基因結(jié)構(gòu)分析(圖1)，結(jié)果顯示玉米SUS成員可分為3組，SUSI中ZmSUS1、ZmSUS2均含有14個(gè)內(nèi)含子；SUSII中ZmSUS3含有14個(gè)內(nèi)含子，ZmSUS4含有13個(gè)內(nèi)含子；ZmSUSⅢ中，ZmSUS5含有10個(gè)內(nèi)含子。基因結(jié)構(gòu)示意圖顯示，ZmSUS1與ZmSUS2以及ZmSUS3與ZmSUS4的基因結(jié)構(gòu)具有高度相似性，與表2中的SUS蛋白氨基酸序列一致性結(jié)果相呼應(yīng)。

2.4 玉米、擬南芥和水稻SUS基因家族系統(tǒng)進(jìn)化分析

前人對(duì)植物SUS基因系統(tǒng)進(jìn)化研究中，植物SUS基因被分為3組，分別是SUSⅠ、SUSA以及New Group[16]。為了了解玉米SUS家族基因的進(jìn)化關(guān)系，本研究對(duì)玉米、擬南芥和水稻3種作物構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析。圖2顯示，17個(gè)SUS基因分為3組，分別為SUSⅠ、SUSⅡ和SUSⅢ。SUSⅠ中擬南芥SUS基因有2個(gè)，水稻SUS蛋白有3個(gè)，玉米SUS蛋白有2個(gè)(ZmSUS3、ZmSUS4)；SUSⅡ中分布有2個(gè)擬南芥SUS蛋白，1個(gè)水稻SUS蛋白以及2個(gè)玉米SUS蛋白(ZmSUS1、ZmSUS2)；SUSⅢ中分布有2個(gè)擬南芥SUS蛋白，2個(gè)水稻SUS蛋白和1個(gè)玉米SUS蛋白(ZmSUS5)。對(duì)水稻、玉米、擬南芥SUS基因進(jìn)行同源性分析，發(fā)現(xiàn)了4對(duì)物種內(nèi)部的旁系同源基因(擬南芥2對(duì)，水稻1對(duì)，玉米1對(duì))，2對(duì)物種間的直系同源基因(ZmSUS4與OsSUS3，ZmSUS5與OsSUS6)。,這些現(xiàn)象表明，在玉米、擬南芥、水稻的基因組中，蔗糖合成酶基因家族按照各自物種的特異性進(jìn)行了擴(kuò)展，從而更好的適應(yīng)環(huán)境，這種現(xiàn)象在植物各類基因家族中普遍存在。

2.5 玉米SUS基因啟動(dòng)子分析

對(duì)玉米SUS家族蛋白基序進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示，說(shuō)明SUS基因在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、逆境脅迫等方面發(fā)揮了重要作用。玉米SUS家族蛋白預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)13類基序，可分為4大類，分別為植物激素調(diào)控元件、逆境脅迫相關(guān)元件、光反應(yīng)元件和生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控元件。其中涉及激素調(diào)控的元件有ABA應(yīng)答元件、MeJA響應(yīng)元件、GA應(yīng)答元件、IAA以及乙烯調(diào)控元件；與逆境脅迫(生物與非生物脅迫)相關(guān)的元件為干旱響應(yīng)元件、厭氧誘導(dǎo)元件、低溫脅迫調(diào)控元件以及真菌誘導(dǎo)元件；胚乳發(fā)育以及蛋白代謝調(diào)控元件均與植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控相關(guān)；光反應(yīng)調(diào)控元件在玉米SUS家族基因中數(shù)量最多，其中ZmSUS4中含量最大，為12個(gè)，ZmSUS1和ZmSUS3最少，均含有7個(gè)，表明玉米SUS家族基因成員在植物光合反應(yīng)的調(diào)控過(guò)程中均有參與，多數(shù)光調(diào)控相關(guān)基序具有相同或類似功能。除光合作用元件外，玉米SUS家族基因含有植物激素調(diào)控元件、逆境脅迫相關(guān)元件以及生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控元件的數(shù)量都較少，為0～2個(gè)。例如在低溫調(diào)控方面，僅ZmSUS4含有1個(gè)調(diào)控元件，這表明在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，若ZmSUS4發(fā)生突變致使該調(diào)控元件功能缺失或變異，因沒(méi)有相同或類似功能元件替代，在遭遇低溫冷害時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致植株生長(zhǎng)受阻甚至死亡。

2.6 玉米SUS家族基因組織表達(dá)分析

組織特異性表達(dá)分析結(jié)果顯示，玉米SUS基因在不同組織間的表達(dá)模式差異明顯(圖3)。ZmSUS1和ZmSUS2在胚和胚乳中表達(dá)較高，在其它被檢測(cè)組織中很低或者不表達(dá)，表明它們可能參與了種子的發(fā)育過(guò)程。ZmSUS5在根、芽、雄穗及花絲中表達(dá)量均很低，在胚、胚乳、花粉中不表達(dá)，可認(rèn)為在玉米的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，ZmSUS5沒(méi)有參與上述被檢測(cè)的組織特定時(shí)期的生理活動(dòng)。ZmSUS3及ZmSUS4在被檢測(cè)的組織中均有較高的表達(dá)量，說(shuō)明它們參與了玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的多個(gè)過(guò)程。

圖1 玉米SUS基因結(jié)構(gòu)分析Fig.1 Intron-exon structure analysis of SUS genes in maize

▲代表水稻；■代表玉米；●代表擬南芥圖2 玉米、擬南芥、水稻SUS蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化分析和亞組分類Fig.2 Phylogenetic relationship and subgroup division of SUS proteins of maize, arabidopsis and rice

3 討 論

蔗糖作為植物光合作用的主要產(chǎn)物之一。蔗糖合成酶是蔗糖代謝調(diào)節(jié)過(guò)程中的關(guān)鍵酶，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中有著重要作用。通過(guò)生物信息學(xué)鑒定和分析蔗糖合成酶基因是了解基因的功能、調(diào)控模式以及分子機(jī)制的第一步。近年來(lái)隨著植物基因組測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，已逐漸對(duì)水稻[17]、擬南芥[18]、大豆[8]等作物進(jìn)行了蔗糖合成酶基因家族成員的鑒定，并通過(guò)相關(guān)工具進(jìn)行了基因理化性質(zhì)的分析和功能預(yù)測(cè)等，發(fā)現(xiàn)該基因家族對(duì)維持作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及逆境脅迫的應(yīng)答等方面都具有重要作用。2009年11月，玉米材料B73全基因組測(cè)序工作完成[19]，然而對(duì)玉米蔗糖合成酶基因家族的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究中，利用已公布的玉米全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)生物信息學(xué)比對(duì)方法，共鑒定出5個(gè)玉米SUS家族成員，結(jié)果分析顯示，除ZmSUS5外，其余各成員在氨基酸長(zhǎng)度、分子量、等電點(diǎn)、不穩(wěn)定系數(shù)、親水性以及基因結(jié)構(gòu)等方面均較為相似，體現(xiàn)了蔗糖合成酶家族基因在進(jìn)化過(guò)程中的高度保守性。基因在進(jìn)化的過(guò)程中一般都具有很高的保守性，但仍有極少數(shù)基因會(huì)發(fā)生突變，從而產(chǎn)生新的生物學(xué)功能，促進(jìn)了物種的進(jìn)化。氨基酸序列相似性分析表明，ZmSUS1～ZmSUS4相互的序列相似性都較高，其中ZmSUS1與ZmSUS2之間氨基酸序列相似性達(dá)97.81 %，表明ZmSUS1與ZmSUS2應(yīng)互為同源基因，這與Carlson等[20]的研究結(jié)果保持一致。前人研究表明，基因的內(nèi)含子/外顯子的排序特征對(duì)研究基因的功能和進(jìn)化關(guān)系具有重要的意義[21]。本研究中，玉米SUS家族基因成員的內(nèi)含子數(shù)目在10～14個(gè)，同樣，大豆和棉花中內(nèi)含子數(shù)量均在11～14個(gè)[7,22]，說(shuō)明不同物種中，蔗糖合成酶家族基因的內(nèi)含子和外顯子的數(shù)目是高度保守的。而在各基因中，內(nèi)含子的位置和長(zhǎng)度卻存在較大差別。在植物漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，基因中內(nèi)含子經(jīng)過(guò)移位或內(nèi)部之間的非法交換，產(chǎn)生了具有不同功能的新基因，進(jìn)而形成了最終的基因家族[23]。

表4 玉米SUS蛋白啟動(dòng)子分析

條帶代表玉米SUS基因在不同組織的相對(duì)表達(dá)量，大小用表示圖3 玉米SUS家族基因的組織表達(dá)分析Fig.3 The relative expression analysis of maize SUS family members in different maize tissues

本文利用玉米、擬南芥和水稻泛素結(jié)合酶家族基因的蛋白序列構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，旨在研究不同物種間泛素結(jié)合酶家族蛋白的進(jìn)化關(guān)系，并通過(guò)生物信息學(xué)分析結(jié)果預(yù)測(cè)玉米SUS家族基因的功能。系統(tǒng)進(jìn)化結(jié)果顯示，玉米SUS蛋白家族可分為3個(gè)亞家族，各亞家族SUS基因在進(jìn)化上表現(xiàn)出差異性，暗示了SUS基因功能的多樣性。基因啟動(dòng)子分析結(jié)果顯示，所有玉米SUS家族蛋白成員均含有多個(gè)光反應(yīng)元件，說(shuō)明在植物進(jìn)化過(guò)程中逐漸產(chǎn)生了多個(gè)同源基因，從而避免了植株在生長(zhǎng)過(guò)程中由于突變致使單個(gè)基因功能的缺失而導(dǎo)致植株生長(zhǎng)受阻甚至死亡的現(xiàn)象。同時(shí)玉米SUS基因中還含有數(shù)量不等的激素調(diào)控元件、逆境脅迫調(diào)控元件和生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)元件，表明玉米SUS家族成員也與上述相關(guān)反應(yīng)過(guò)程有關(guān)。對(duì)玉米SUS家族成員進(jìn)行組織特異性表達(dá)研究發(fā)現(xiàn)，玉米SUS家族基因成員具有不同的表達(dá)模式。ZmSUS1與ZmSUS2均為SUSⅠ亞家族中成員，主要在種子胚和胚乳中表達(dá)，其它組織中表達(dá)量很低或不表達(dá)，說(shuō)明ZmSUS1與ZmSUS2的主要功能與種子的發(fā)育過(guò)程有關(guān)。如擬南芥中的AtSUS2基因只有在開(kāi)花后10 d左右的種子中高度表達(dá)，在其它組織中的表達(dá)水平幾乎檢測(cè)不到[5]。水稻中OsSUS4基因主要表達(dá)部位在雌蕊以及幼胚，對(duì)OsSUS4基因表達(dá)進(jìn)行抑制，導(dǎo)致種子成熟期推遲以及水稻產(chǎn)量變低[4]。通過(guò)對(duì)玉米SUS家族基因成員表達(dá)模式進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，ZmSUS1、ZmSUS2在種子的胚和胚乳中特異性高表達(dá)，但對(duì)其如何影響種子的發(fā)育過(guò)程并不清楚，需后續(xù)對(duì)該基因做功能抑制或過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。SUSII中，ZmSUS3與ZmSUS4在被檢測(cè)的組織中均有較高程度地表達(dá)，說(shuō)明其表達(dá)不具有組織特異性。ZmSUS5分布在SUSⅢ中，在被檢測(cè)組織中表達(dá)量很低或不表達(dá)，而在組織內(nèi)部之間比較，其表達(dá)部位為根、芽以及雄穗，在植物生長(zhǎng)發(fā)育的后期則不表達(dá)，這與喬亮等[24]在水稻中對(duì)OsSUS5和OsSUS6基因的表達(dá)模式的研究結(jié)果保持一致，同時(shí)也與本研究中進(jìn)化樹(shù)分析將ZmSUS5與OsSUS5和OsSUS6劃分為SUSⅢ成員的結(jié)果相吻合。玉米SUS家族成員在基因表達(dá)模式中表現(xiàn)出了差異，這暗示了玉米SUS家族基因在進(jìn)化過(guò)程中其基因功能可能發(fā)現(xiàn)了突變和自然選擇的作用。

玉米是我國(guó)主要的糧食作物之一，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)遇到干旱、低溫和病蟲(chóng)害等各種生物或非生物脅迫，嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量[25]。蔗糖合成酶作為一直以來(lái)研究的熱點(diǎn)，近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)與作物抗逆性密切相關(guān)。如花生中AhSuSy在高鹽或干旱的條件下，其在根部中的表達(dá)量明顯增加[26]。低溫和干旱條件誘導(dǎo)下，橡膠HbSus5基因在葉片和根部中大量表達(dá)，表明HbSus5參與了植株的脅迫應(yīng)答反應(yīng)[6]。同樣，Zuzanna[5]等利用T-DNA插入方法研究擬南芥中各基因的表達(dá)模式，結(jié)果顯示，在植株根部缺氧的條件下，雙突變體AtSUS1/AtSUS4植株表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)延遲和糖分積累速率變緩，其蔗糖合成酶活性相比野生型植株不足3 % 。本研究中，對(duì)玉米SUS家族基因成員啟動(dòng)子進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，各基因均含有抗逆境脅迫相關(guān)元件，表明玉米SUS基因家族可能參與了玉米抗逆境脅迫相關(guān)活動(dòng)，但具體關(guān)于玉米SUS家族基因在逆境下的表達(dá)特性以及對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響仍不清楚，需后續(xù)進(jìn)一步對(duì)相關(guān)基因的功能和分子機(jī)制進(jìn)行研究。

4 結(jié) 論

玉米SUS家族基因在玉米的多個(gè)組織器官中均有表達(dá)，各基因在玉米不同組織器官中表達(dá)具有特異性，具有不同的表達(dá)模式。各成員中均含有關(guān)于植物生長(zhǎng)發(fā)育、激素及逆境調(diào)控等相關(guān)元件，推測(cè)玉米SUS家族基因可能參與了上述相關(guān)調(diào)控反應(yīng)。