美洲狼尾草HXK基因家族鑒定及表達

祝詩詞, 葉歆雅, 王凈潔, 阿布都沙拉木, 范欲航, 黃琳凱

(四川農業(yè)大學草業(yè)科技學院, 四川 成都 610000)

己糖激酶是參與糖酵解第一步反應的不可逆酶[1]。糖酵解途徑又稱EMP途徑,是將葡萄糖或糖原進行分解代謝,并伴有能量生成的反應途徑[2-3]。己糖激酶主要是將細胞內的葡萄糖催化磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(Glc-6-P)[4],達到活化葡萄糖的目的,有利于完成進一步的分解、合成代謝[5]。己糖激酶可以催化葡萄糖、果糖及氨基葡萄糖等發(fā)生不可逆的磷酸化反應,生成相應的6-磷酸酯,是植物呼吸代謝過程中的關鍵酶之一[2,6]。它也可將對葡萄糖的感受與來自激素、蔗糖、光照和應激信號組成一個信號網絡,參與響應非生物脅迫,對植物體的生長發(fā)育和信號轉導起調節(jié)作用[7-8]。

己糖激酶可從多種植物體內獲得,在高等植物中具有多樣化的酶活性調控機制和基因表達。Karve等[9]研究中發(fā)現(xiàn)植物HXK基因均以多基因家族形式存在。其中,在雙子葉植物中,如枇杷(Eriobotryajaponica(Thunb.) Lindl.),7個HXK基因家族的成員因其能催化己糖磷酸化,參與調控糖代謝過程,促進植株生長發(fā)育的作用而被廣泛研究[10]。除此之外,HXK基因也在其他雙子葉植物中開展了研究,如擬南芥(Arabidopsisthaliana(L.)Heynh)中有6個家族成員[11],番茄(SolanumlycopersicumL)有4個家族成員[12]等,在單子葉植物中,如水稻(OryzasativaL.)有10個家族成員[13],玉米(ZeamaysL.)有9個家族成員[14],苔蘚植物中已糖激酶基因家族成員相對較多,如小立碗蘚(Physcomitrellapatens)有11個家族成員[15]。此外還在茶樹[16]、葡萄[17-18]、桂花[19-20]和煙草[21]中進行的試驗表明,大多數HXK蛋白與線粒體外膜結合,在糖酵解中發(fā)揮作用[22]。脅迫過程中,NBhxk1、AThxk1和AThxk2基因能響應甲基紫精和病原體侵染誘導的氧化脅迫,高水平的HXK能增強對氧化脅迫的抵抗力;AThxk2和AThxk3基因能在低溫、高鹽處理下表達上調;麻風樹JChxk1、JChxk2和JChxk1基因在葉片內同樣能響應低溫而誘導表達;油菜BNhxk1、BNhxk3和BNhxk9基因能響應核盤菌在抗性品種內的侵染而表達顯著上調[19]。目前,未見美洲狼尾草HXK基因功能有關的研究報道。

美洲狼尾草(Pennisetumglaucum(L.)R.Br.),又名御谷,一年生草本植物,是一種在糧食栽培與飼料利用等領域具有高效產能的優(yōu)質牧草,其具有生長速度快、抗旱能力強、抗逆性高[3,23]、耐瘠薄能力強等特點,其分布最廣的地區(qū)是在中非與西非的熱帶草原[24],而干旱、鹽脅迫等是影響美洲狼尾草品質和產量的重要因素[25]。

本研究采用Blastp、hmmer以及關鍵字檢索三種方法鑒定出12個美洲狼尾草HXK基因,系統(tǒng)地分析了美洲狼尾草HXK基因家族成員的理化特性、染色體定位、多序列比對、系統(tǒng)進化關系、基因結構和保守基序、順式作用元件以及鹽和干旱脅迫下的表達模式,來揭示HXK基因的特征,為進一步深入探討美洲狼尾草中HXK基因家族的功能提供參考。

1 材料與方法

1.1 美洲狼尾草HXK基因家族成員鑒定

本研究所使用的美洲狼尾草基因組數據、蛋白序列文件從美洲狼尾草全基因組數據庫(http://117.78.45.2:91/home)中獲得。為鑒定美洲狼尾草中HXK的基因家族成員,從pfam數據庫(http://pfam.xfam.org/)獲得HXK基因的保守結構域文件Hexokinase_1、Hexokinase_2(PF00349、PF03727)[26],通過Linux系統(tǒng)中的hmmer軟件構建隱馬可夫模型,搜索含有對應保守結構域的候選蛋白序列;利用美洲狼尾草的全基因組序列構建本地BLASTP數據庫,以擬南芥、水稻和玉米的HXK基因家族成員比對得到美洲狼尾草HXK家族的候選成員,閾值設為E<0.001[27];在美洲狼尾草全基因組數據庫(http://117.78.45.2:91/search)中以HXK與Hexokinase為關鍵字進行檢索獲得HXK基因家族的候選成員。合并上述所有候選成員并進行去重復與去冗余工作,再利用NCBI CD-search在線工具(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)去除無典型HXK結構域[28]的序列,最終鑒定到美洲狼尾草的HXK基因家族成員。

1.2 HXK基因家族系統(tǒng)進化樹的構建及蛋白性質預測

在NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)數據庫中下載擬南芥、玉米和水稻相對應的HXK蛋白序列,利用MEGA 7.0軟件對美洲狼尾草、擬南芥、水稻和玉米展開分析[29],使用Clustal W對這四種物種的HXK蛋白序列進行多序列聯(lián)配比對,并利用最大似然法(Maximum Likelihood estimation)構建系統(tǒng)進化樹,Model/Method參數設置為”Possion model”,Gaps,missing Data Treatment參數設置為”Partial deletion”,Bootstrap校驗參數為1 000,使用Figtree v1.4.4對結果文件進行調整。最后,利用EXPASY(https://web.expasy.org/protparam/)[30]在線工具對美洲狼尾草HXK基因家族蛋白的相關性質進行預測,包括氨基酸數量、相對分子量、理論等電點、不穩(wěn)定系數、脂溶系數、親水性平均值等屬性。

1.3 HXK基因順式作用元件分析

在基因組數據庫中,利用Linux系統(tǒng)自帶的檢索功能獲取HXK家族基因上游1 500 bp的序列,使用PlantCARE[31]網站預測該序列范圍內的啟動子元件,采用GSDS 2.0在線工具(http://gsds.gao-lab.org/index.php)與excel構圖功能將預測結果繪制成HXK基因家族的順勢作用元件柱狀圖。

1.4 美洲狼尾草HXK基因家族蛋白結構域及轉錄本結構分析

根據美洲狼尾草全基因組數據庫(http://117.78.45.2:91/home)注釋文件gff,利用Linux自帶的檢索功能獲得了HXK基因家族的轉錄本數據;利用NCBI CD-search在線工具對HXK基因家族成員進行結構域分析,獲得了所有HXK基因的蛋白保守結構域數據。利用Tbtools軟件的Gene Structure View工具對得到的轉錄本數據與蛋白結構域數據進行共建分析。

1.5 HXK基因motif分析與染色體位置定位

利用Linux系統(tǒng)的MEME軟件對美洲狼尾草HXK家族成員的蛋白序列進行motif基序分析,nmotif參數設置為10,minw參數設置為6,maxw參數設置為50,分析結果利用Tbtools軟件可視化。從美洲狼尾草全基因組數據庫提取PI537069的全基因組注釋文件,通過Linux自帶的檢索功能提取HXK家族成員的染色體位置信息,利用MG2C v2.1在線工具(http://mg2c.iask.in/mg2c_v2.1/)繪制染色體定位圖。

1.6 美洲狼尾草HXK基因家族的表達分析

基于美洲狼尾草全基因組數據庫(http://117.78.45.2:91/tools/geneexpression/)的轉錄組數據,將美洲狼尾草中的HXK基因在不同組織器官、不同脅迫條件下的表達量數據進行可視化分析,利用Tbtools軟件的Heatmap工具完成進一步的對數轉化、標準化和聚類分析等工作,分析結果包含基因在根、莖、葉、穗和胚共五種組織中的表達情況。

2 結果與分析

2.1 美洲狼尾草HXK基因家族的鑒定及特性

共鑒定到12個美洲狼尾草HXK基因,為其命名PMhxk-1至PMhxk-12(表1)。PMhxk氨基酸數量介于108～590之間;蛋白質分子量介于12 016.81～63 510.52Da之間;理論等電點介于4.63～9.74之間,其中理論等電點大于7的僅有PMhxk-5,PMhxk-7,PMhxk-8,PMhxk-11四個蛋白,屬于堿性蛋白,其他8個蛋白為酸性;不穩(wěn)定指數位于29.41～61.37之間,差異明顯,其中PMhxk-2、PMhxk-3、PMhxk-6、PMhxk-7、PMhxk-8、PMhxk-9、PMhxk-10、PMhxk-12的不穩(wěn)定系數小于40,具有穩(wěn)定性;脂肪系數變化范圍為48.24～110.65;親水性平均值介于-0.937～0.401之間,其中PMhxk-1,PMhxk-4,PMhxk-5,PMhxk-7,PMhxk-10具有親水性。

表1 美洲狼尾草HXK基因家族成員基本信息Table 1 basic information of HXK gene family members of Pennisetum glaucum

2.2 美洲狼尾草HXK基因家族系統(tǒng)進化樹的構建

基于MEGA7軟件,對美洲狼尾草、擬南芥、水稻和玉米的HXK基因進行系統(tǒng)進化分析,并構建了進化樹圖。如圖1所示,根據分支關系,美洲狼尾草HXK基因被分為4個亞組,其中Ⅱ亞組分布的美洲狼尾草HXK基因家族成員最多,包含5個成員(PMhxk-1、PMhxk-2、PMhxk-4、PMhxk-9、PMhxk-11),其次為Ⅰ亞組與Ⅳ亞組,分別包含3個成員(Ⅰ亞組:PMhxk-6、PMhxk-10、PMhxk-12;Ⅳ亞組:PMhxk-3、PMhxk-7、PMhxk-8)而Ⅲ亞組分布的成員最少,只有一個成員(PMhxk-5)。

圖1 美洲狼尾草HXK基因家族系統(tǒng)進化樹分析Fig.1 Phylogenetic tree analysis of HXK gene family in Pennisetum glaucum

2.3 美洲狼尾草HXK基因家族順式作用元件分析

鑒定HXK轉錄因子的調控元件,基于Plant CARE數據庫,對美洲狼尾草HXK基因上游1 500 bp序列進行作用元件的預測,美洲狼尾草HXK基因的啟動子區(qū)域包含多個與植物生長發(fā)育和逆境響應相關的調控元件(圖2),共有16種順式作用元件類型(圖3),根據注釋信息大致分為光響應元件(F2)、逆境脅迫調控元件(F3,F4,F7,F12)、植物生長調控元件(F1,F5,F6,F8,F9,F10,F11,F13,F14,F15,F16)3類,其中光響應元件的占比最大且在每個成員中均有分布,每個成員都具有脅迫響應元件中的厭氧響應位點。植物生長調控元件中多數為植物激素調控的位點,包括茉莉酸響應、生長素響應、水楊酸響應、脫落酸響應等。大量植物激素的作用位點預示著多種生命活動的響應途徑,這表明HXK基因在美洲狼尾草的生長發(fā)育與逆境響應過程中具有潛在的功能。

圖2 美洲狼尾草HXK基因啟動子區(qū)域中的調控元件Fig.2 Regulatory Elements in the HXK Gene Promoter Region of Pennisetum glaucum注:F1,茉莉酸響應;F2,光響應;F3,無氧響應;F4,低溫響應;F5,玉米醇溶蛋白;F6,分生組織;F7,干旱響應;F8,水楊酸響應;F9,脫落酸響應;F10,生長素響應;F11,種子特異性;F12,防御與應激響應;F13,免疫應答響應;F14,晝夜節(jié)律調控;F15,柵欄葉肉細胞;F16,細胞周期調控。下同Note:F1,MeJa responsive;F2,Light responsive;F3,Anaerobic responsive;F4,Low-temperature responsive;F5,Zein metabolism;F6,Meristem expression;F7,Drought responsive;F8,SA responsive;F9,ABA responsive;F10,IAA responsive;F11,Seed responsive;F12,Defense and stress responsive;F13,Immune responsive;F14,Circadian control;F15,Differentiation of the palisade mesophyll cells;F16,Cell cycle regulation.The same as below

圖3 美洲狼尾草HXK基因啟動子順式作用元件預測Fig.3 Prediction of cis-acting elements of HXK gene promoter in Pennisetum glaucum

2.4 美洲狼尾草HXK基因家族基因結構與蛋白保守序列分析

分析美洲狼尾草HXK基因之間的轉錄組結構成分,基于NCBI CD-search及MEME分析HXK基因的外顯子與內含子的分布、保守motifs,再基于轉錄本數據以及蛋白結構域數據,利用Tbtools軟件的GeneStructureView工具進行共建分析。分析結果如圖4所示:各基因成員均存在外顯子和內含子,但成員之間存在差異化的結構,其中PMhxk-9含有一個超長的內含子,所有成員的外顯子數量介于1～9個之間。PMhxk-1,PMhxk-4,PMhxk-5僅含有2個外顯子,而PMhxk-5含有1個內含子和2個外顯子,PMhxk-10,PMhxk-3,PMhxk-6,PMhxk-7,PMhxk-8含有外顯子數量最多,含有9個,而PMhxk-3,PMhxk-6,PMhxk-7含有內含子數量最多,含有9個。此外,同一亞組內的外顯子和內含子的分布模式相似,而外顯子的位置在亞組之間存在顯著差異,這種亞組之間的差異與系統(tǒng)進化分析中的分組規(guī)律一致。根據結構分析發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草HXK蛋白僅有一個蛋白保守結構域(PLN02914 superfamily)(圖4),5個基因(PMhxk-1,PMhxk-3,PMhxk-4,PMhxk-7,PMhxk-12)同時含有5′端和3′端非翻譯區(qū)(UTR),5個基因(PMhxk-2,PMhxk-5,PMhxk-9,PMhxk-10,PMhxk-11)不含UTR區(qū),基因PMhxk-8僅含有3′端非翻譯區(qū)(UTR),基因PMhxk-6僅含有5′端非翻譯區(qū)(UTR)。

圖4 美洲狼尾草HXK基因家族結構及聚類分析Fig.4 HXK gene family structure and cluster analysis of Pennisetum glaucum

圖5 美洲狼尾草HXK基因家族結構分析Fig.5 Analysis of HXK gene family structure of Pennisetum glaucum

2.5 美洲狼尾草HXK基因motif分析

分析PMhxk家族具有一定特征的蛋白超二級結構(motif),基于Linux系統(tǒng)MEME軟件對美洲狼尾草HXK家族成員的蛋白保守motif特征進行分析,發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草HXK蛋白的motif結構之間有一定的差異性和相似性,共鑒定得到10個比較保守的基序(Motif1-Motif10)(圖6,圖7)。根據其結構類型大致分為三類,只含有motif5、motif2的單基序結構(PMhxk-4,PMhxk-1,PMhxk-11),含有少量motif的片段結構(PMhxk-5,PMhxk-9,PMhxk-2)和含有多個motif組合的多基序結構(PMhxk-3,PMhxk-12,PMhxk-10,PMhxk-6,PMhxk-7,PMhxk-8)。根據進化分析的分組依據,發(fā)現(xiàn)僅含有一個motif結構的HXK成員均來自Ⅱ亞組,而含有多個連續(xù)motif結構的HXK成員均來自Ⅰ亞組與Ⅳ亞組,在這些連續(xù)motif基序中發(fā)現(xiàn)了兩個較為保守的片段結構,分別是motif2-motif5-motif6-motif2和motif7-motif4-motif8-motif3-motif9-motif1片段,其出現(xiàn)在Ⅰ亞組和Ⅳ亞組的所有HXK蛋白結構中。

圖6 美洲狼尾草HXK基因家族蛋白特征分析Fig.6 Analysis of protein characteristics of HXK gene family in Pennisetum glaucum

圖7 美洲狼尾草HXK基因家族蛋白的10個保守結構域Fig.7 The conserved domains of HXK gene family proteins in Pennisetum glaucum

2.6 美洲狼尾草HXK基因家族染色體定位分析

基于MG2Cv2.1分析網站,對PMhxk家族的12個基因進行染色體定位分析(圖8),發(fā)現(xiàn)HXK基因僅分布在美洲狼尾草的1,2,5,6,7號染色體上且每條染色染上基因數量分布不均勻,其中,1號染色體上染色體分布最多,共有5個基因,而第2,7號染色體上的基因成員最少,均只有1個。

圖8 美洲狼尾草HXK基因家族染色體定位圖Fig.8 Chromosome mapping of HXK gene family in Pennisetum glaucum

2.7 美洲狼尾草不同組織中的PMhxk基因表達

將美洲狼尾草HXK基因家族的表達數據進行可視化分析后,結果如圖9所示,從不同植物組織中HXK基因家族成員的表達量差異來看,在植物的穗組織中,六個成員表達量顯著,數值均大于0.5,分別是:PMhxk-6,PMhxk-12,PMhxk-11,PMhxk-9,PMhxk-10,PMhxk-3,占據基因家族成員數量的一半;而在種子中除了PMhxk-6與PMhxk-12外整體呈現(xiàn)低表達量趨勢;在分蘗期根組織中僅有PMhxk-7表現(xiàn)出較為明顯的高表達量,且相較于該基因在其他組織中的表達量差異顯著。從不同亞組之間的表達差異來看,Ⅰ亞組的差異變化最為明顯,其所有成員在穗組織中均有較高的表達,在根組織中的表達量也明顯高于其他亞組;于Ⅰ亞組相比,Ⅱ亞組的表達上調事件并不顯著,但是其成員PMhxk-1、PMhxk-2、PMhxk-4在穗、葉、莖、根和分蘗組織中均有穩(wěn)定的表達。綜上分析,我們發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草的HXK基因的高表達主要集中在抽穗期的穗組織中,這表明該基因可能參與穗組織的生長與發(fā)育調控,并在美洲狼尾草籽粒成熟時期行使一定的生物功能。

圖9 美洲狼尾草不同組織PMhxk基因表達Fig.9 Expression of PMhxk gene in different tissues of Pennisetum glaucum

2.8 PMhxk基因表達分析

為探究PMhxk基因在干旱和鹽脅迫下的潛在功能,我們采用美洲狼尾草非生物脅迫處理下的RNA-seq數據集,選取脅迫處理的時間分布為0到144小時(圖10),以達到檢測PMhxk基因的轉錄豐度的目的。結果表明,PMhxk基因在干旱和鹽脅迫處理下存在差異基因。在葉片干旱脅迫144 h后,有4個PMhxk基因表達上調,其中PMhxk-6和PMhxk-12顯著上調,同時有3個PMhxk基因在葉片中顯著下調;在根組織干旱脅迫144 h后,有2個基因表達上調,有7個PMhxk基因表達下調,其中PMhxk-7下調較為顯著。此外在干旱脅迫過程中還有7個基因表達呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢,例如PMhxk-8與PMhxk-2在葉片干旱誘導48 h時顯著上調、144 h時顯著下調,PMhxk-4在根組織干旱誘導96 h時上調表達、144 h時顯著下調。在鹽脅迫過程中我們發(fā)現(xiàn)多數PMhxk基因表達呈現(xiàn)先增加后降低或者先降低后增加的趨勢。在葉片中PMhxk-1和PMhxk-5均在3 h和96 h顯著上調而144 h時又呈現(xiàn)下調表達,在根組織中PMhxk-2、PMhxk-4、PMhxk-9均在48 h時顯著上調。PMhxk基因對于脅迫誘導較為敏感,并在脅迫處理的早期呈現(xiàn)差異表達,例如PMhxk-12在兩種脅迫誘導1 h的根組織中均表現(xiàn)出顯著的上調表達,PMhxk-4在鹽脅迫誘導1 h的葉片中顯著下調表達。根據PMhxk基因在這兩種脅迫誘導下的差異表達可以說明美洲狼尾草在面對高溫和高鹽的環(huán)境壓力時能夠產生響應,同時也表明PMhxk基因可能在美洲狼尾草耐旱耐鹽的機制中有一定的貢獻。

圖10 美洲狼尾草在干旱、鹽脅迫處理下HXK的相對表達量Fig.10 Relative expression of HXK in Pennisetum glaucum under drought and salt stress注:L,葉組織;R,根組織;0-144(h) 脅迫處理的時間(小時)Note:L,leaves;R,root;0-144(h),Time for coerion treatment(h)

3 討論

己糖激酶具有催化己糖磷酸化的作用,在植物的糖感知和糖信號轉導過程中扮演重要的角色[32],是植物體呼吸代謝過程中的關鍵酶之一[33],正是基于其重要的生物學功能,有關己糖激酶的研究在植物育種領域逐漸成為熱點[3]。

3.1 美洲狼尾草HXK基因家族成員鑒定分析

本研究從美洲狼尾草全基因組數據庫中分離并鑒定出12個美洲狼尾草HXK基因家族成員,已知幾種作物中的HXK家族成員數量,擬南芥中6個HXK基因[11]、水稻中10個HXK基因[13]、玉米中9個HXK基因[14],其數量特征較為穩(wěn)定,雖為基數較小的亞家族,但是不同物種之間卻沒有特別大的數量差異。同時發(fā)現(xiàn)該特征與同為單子葉的禾本科植物比較更為明顯,可能是因為HXK是一種參與植物生命活動的關鍵基因,其始終伴隨植物的生命形態(tài)變化及進化過程。

3.2 HXK基因染色體位置定位和順式作用元件分析

在多數作物物種中,HXK基因家族成員的染色體分布均位于3-5條染色體上,例如擬南芥、水稻與玉米[26],而PMhxk具有相似的特征,其成員共分布于5條染色體中,且多位于染色體的上下兩端。在順式作用元件分析中,研究發(fā)現(xiàn)大部分成員都具有厭氧響應位點,這表明面對一些代謝損傷的脅迫環(huán)境,HXK家族與其相關的調節(jié)過程有密切關系。此外,大部分HXK基因啟動子還具有生長素響應、水楊酸響應、脫落酸響應位點,這與其他植物中報道的一致。其中,谷子SIhxk家族成員中就含有大量與植物激素響應、光反應和逆境脅迫相關的作用元件[26]。

3.3 HXK基因motif分析

美洲狼尾草HXK基因家族中有5個成員具有9個外顯子片段,這種外顯子的數量特征與幾種其他植物的HXK家族特征一致[13-14,26],在谷子中,除SIhxk3的所有SIhxk基因均含有9個外顯子編碼[26],這一特點再一次的說明HXK基因家族是一種關鍵基因,其在生命形態(tài)變化及進化過程中相當保守。同時本研究中的結構分析顯示,PMhxk家族同一亞組內的外顯子和內含子分布模式極為相似,其中Ⅳ亞組中所有成員的外顯子具有相同的數量。在保守基序的分析過程中,結果顯示僅含有一個motif結構的HXK成員均來自Ⅱ亞組,Ⅰ亞組和Ⅳ亞組的所有HXK蛋白結構中均出現(xiàn)了兩個較為保守的連續(xù)motif結構,這表明具有保守功能結構的HXK基因可能行使相同方向的功能或是彼此協(xié)同作用共同調控。綜上,在基因家族的常規(guī)分析中,本研究發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草HXK基因保守且穩(wěn)定的結構特征預示著該家族成員參與植物關鍵的功能調控過程,并且在進化關系上也趨于穩(wěn)定,這進一步的體現(xiàn)HXK基因家族具有一定的研究價值。

3.4 非生物脅迫誘導HXK基因的表達分析

一些研究表明,HXK基因在植物不同組織間的表達量有所差異,對植物的各個器官起不同的調控作用[12,13]。水稻多數HXK在水稻的未成熟的種子、莖、葉片、花中均有表達;茶樹CShxk大都在葉片中的高表達,在根組織和種子中低表達。本研究發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草其成員表達量顯著上調的事件主要發(fā)生在植物的穗組織中,而在種子和根組織中整體表現(xiàn)出一個明顯的低表達量趨勢,這表明該基因可能在美洲狼尾草籽實成熟過程發(fā)揮著重要作用。

此外,HXK廣泛參與植物非生物脅迫響應過程,例如過表達擬南芥AThxk1和AThxk2可顯著提高轉基因植株對氧化脅迫的耐受性[11];茶樹HXK面臨高溫、干旱等逆境時,將提高HXK的轉錄水平[16]。本研究也有類似的結果,即美洲狼尾草在鹽和干旱脅迫處理后,發(fā)現(xiàn)美洲狼尾草HXK基因家族在面對干旱和高鹽的環(huán)境壓力時能夠產生響應,大多數基因的相對表達量在不同非生物脅迫條件下均會上調,其中干旱處理下,在根組織中PMhxk-2、PMhxk-4、PMhxk-9均在48 h時顯著上調,在葉片中有4個PMhxk基因在144 h時上調表達。在鹽處理下,美洲狼尾草葉片中的PMhxk-5、PMhxk-1、PMhxk-8,根中的PMhxk-7、PMhxk-3、PMhxk-6、PMhxk-11、PMhxk-12、PMhxk-4、PMhxk-9、PMhxk-2在幾乎每一個處理時間下相對表達量均上調。根據PMhxk基因在這兩種脅迫誘導下的差異表達表明PMhxk基因可能在美洲狼尾草耐旱耐鹽的機制中有一定的貢獻。

4 結論

本文利用生物信息學方法對美洲狼尾草HXK基因家族進行了分析,鑒定出12個美洲狼尾草PMhxk基因成員,得到兩個較為保守的motif片段,發(fā)現(xiàn)基因成員集中表達于抽穗期的穗組織中,部分PMhxk成員在干旱脅迫和鹽脅迫中出現(xiàn)表達上調。綜上,本研究為美洲狼尾草HXK基因家族進一步的功能研究提供了有力參考。