異源四倍體油菜HAKs 家族核心基因的鑒定及其功能初步解析

摘要： 【目的】HAKs 家族基因編碼高親和力K+轉(zhuǎn)運蛋白，在K+吸收和運輸過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。鑒定甘藍型油菜HAKs 家族核心基因，研究不同養(yǎng)分脅迫下核心基因表達的響應(yīng)，不僅可加深對HAKs 功能的理解，也可為HAKs 介導油菜營養(yǎng)脅迫抗性的遺傳改良提供基因資源參考。【方法】對甘藍型油菜HAKs 基因家族進行全基因組鑒定和分析，其中包括系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、基因結(jié)構(gòu)、保守基序、染色體定位、順式作用元件。利用不同養(yǎng)分脅迫下的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對HAKs 家族基因進行差異基因表達分析，并用Cytoscape 構(gòu)建共表達網(wǎng)絡(luò)圖。以低鉀抗性品系“H280”和低鉀敏感品系“L49”為材料，在低鉀脅迫下進行水培試驗，使用ICP-MS 分析了“H280”和“L49”根部K+含量，RT-qPCR 以及亞細胞定位分析了低鉀脅迫下BnaA7.HAK5 的響應(yīng)和功能。【結(jié)果】在甘藍型油菜中共鑒定到40 個HAKs 家族成員。對其進行進化關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)它們的Ka/Ks 值均小于1.0。順式作用元件分析表明，MYB 和激素響應(yīng)順式作用調(diào)控元件ABRE 在HAKs 家族基因的啟動子區(qū)域高度富集。共線性分析表明在進化過程中，甘藍型油菜中絕大多數(shù)的HAKs 基因保存完整。差異表達基因分析發(fā)現(xiàn)，大部分HAKs 家族基因的表達水平受低鉀脅迫的顯著誘導。共表達網(wǎng)絡(luò)分析表明，BnaA7.HAK5 響應(yīng)油菜低鉀脅迫。RT-qPCR 結(jié)果顯示，BnaA7.HAK5 在抗低鉀品系“H280”根中的表達量顯著高于低鉀敏感品系“L49”。亞細胞定位結(jié)果顯示，BnaA7.HAK5 定位在細胞質(zhì)膜上。【結(jié)論】甘藍型油菜共有40 個BnaHAKs 基因，BnaHAKs 基因響應(yīng)低鉀或鹽等養(yǎng)分脅迫。定位在細胞質(zhì)膜上的BnaA7.HAK5 在低鉀條件下的表達量顯著上調(diào)，且在“H280”和“L49”油菜品系根部的表達量差異顯著，表明BnaA7.HAK5 在油菜高親和性鉀離子的吸收和轉(zhuǎn)運中發(fā)揮重要功能。

關(guān)鍵詞： 甘藍型油菜； 低鉀脅迫； HAKs 家族基因； 基因組鑒定； 轉(zhuǎn)錄組學