甜菜BvATGs基因家族全基因组鉴定及盐胁迫下表达模式分析

　　

摘要：

目的 自噬是维持生物体内细胞稳态的重要降解途径，在调控植物响应逆境胁迫中起着重要作用。挖掘和鉴定甜菜（Beta vulgaris L.）自噬相关基因（autophagy-related genes, ATGs）家族成员，并分析其在盐胁迫下的表达模式，为探究BvATGs在逆境下的功能提供理论依据。 方法 利用生物信息学方法从甜菜基因组中鉴定BvATGs基因家族成员，分析其蛋白质理化性质、染色体分布、系统发育、基因结构、保守基序、顺式调控元件和共线性；采用RT-qPCR分析BvATGs在盐胁迫下的表达模式；采用PEG介导法瞬时转化拟南芥原生质体，以确定BvATG4和BvATG6a-1亚细胞定位；构建BvATG4和BvATG6a-1过表达载体并遗传转化拟南芥。 结果 鉴定出51个BvATGs基因，分为20个亚家族；其中，48个BvATGs不均地分布在9条染色体上，而3个基因（BvATG1a、BvATG1d和BvATG1k）未定位在染色体；同一亚家族内的BvATGs基因具有相似的基因结构和保守域。BvATGs编码蛋白质氨基酸数为84?2 467 aa，分子质量为10.21?277.30 kD，大部分为亲水性蛋白质；88.2%的BvATGs成员定位于细胞质、细胞核和叶绿体。通过甜菜物种内共线性分析发现BvATGs有3对同源基因，物种间共线性显示BvATGs在水稻和拟南芥中分别存在9对和30对同源基因；在BvATGs启动子区含有大量的光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。RT-qPCR分析显示，盐胁迫处理下，12个BvATG基因在叶和根中的表达量均有不同程度上调。BvATG4主要定位于细胞核和细胞质，BvATG6a-1主要定位于细胞质及内质网。与野生型拟南芥相比，转基因株系中BvATG4和BvATG6a-1基因相对表达水平均显著增加。 结论 从甜菜全基因组中鉴定出51个BvATGs基因家族成员，其中12个基因不同程度地受盐胁迫诱导和上调。BvATG4定位在细胞核和细胞质，而BvATG6a-1定位在细胞质和内质网。进一步将BvATG4和BvATG6a-1转入拟南芥，分别获得高表达的转基因株系OE4和OE2。为甜菜耐盐基因资源挖掘与利用奠定基础。