在冬季黑麦（Secale cereales L.）中，对冷胁迫条件下海藻糖-6-磷酸（Tre6P）合成酶（TPS）和Tre6P磷酸酶（TPP）基因进行的全基因组鉴定与表达分析

《BMC Genomics》：Genome-wide identification and expression analysis of Trehalose 6-phosphate (Tre6P) synthase (TPS) and Tre6P phosphatase (TPP) genes under cold stress in winter Rye (Secale cereals L.)

大麦中TPS/TPP基因家族鉴定及冷胁迫响应机制研究基于Lo7基因组数据库，鉴定出10个ScTPS和9个ScTPP基因，系统发育分析表明其与小麦、大麦等近缘物种亲缘关系更近，基因家族扩张主要由片段重复驱动。顺式元件分析发现富含应激相关元件，ERF/MYB/bZIP/C2H2转录因子可能起调控作用。蛋白互作网络显示ScTPS07-10为关键基因，RNA-seq和qRT-PCR证实低温诱导表达，12-24小时达峰且根叶表达模式差异显著。

　　

摘要

背景

海藻糖-6-磷酸（Tre6P）合成酶（TPS）和海藻糖-6-磷酸酶（TPP）是植物中海藻糖合成途径中的两种关键酶。然而，黑麦中TPS和TPP基因家族的鉴定与研究仍较为有限。

结果

在本研究中，基于Lo7基因组数据库共鉴定出10个TPS基因和9个TPP基因。系统发育分析表明，黑麦中的ScTPS和ScTPP蛋白与小麦、大麦以及其他Triticeae物种的关系更为密切，片段复制事件可能是ScTPS和TPP基因家族扩张和新功能产生的主要驱动力。顺式元件分析显示，黑麦中的ScTPS和TPP基因具有更多的与胁迫相关的顺式元件分布，ERF、MYB、bZIP和C2H2转录因子家族中的一些成员可能具有潜在的调控作用。蛋白质-蛋白质相互作用网络分析表明，ScTPS07、ScTPS08、ScTPS09和ScTPS10可能是黑麦海藻糖合成途径中的枢纽基因。RNA-seq和qRT-PCR分析结果显示，低温会诱导ScTPS和TPP的表达；大多数基因在12-24小时时达到最大表达水平；黑麦幼苗的根部和叶片之间的表达存在差异。

结论

本研究通过鉴定ScTPS和TPP基因家族的成员，为黑麦中的海藻糖合成提供了分子基础，并通过初步分析这些基因在低温胁迫下的表达模式，揭示了黑麦对这种物质耐寒性的机制。