毛竹GLP基因家族全基因组鉴定及其表达调控研究

[目的]毛竹是重要的笋材两用竹种,研究其速生过程中细胞壁交联相关基因的功能对毛竹开发利用有重要价值。萌发素蛋白和类萌发素蛋白(Germin-like Proteins,GLP)具有与细胞壁交联作用,因此探究毛竹 GLP 基因家族成员的分子特征及其在细胞壁交联中的功能,对于揭示其在竹笋品质和竹材质量形成中的作用机制具有重要的理论价值和现实意义。[方法]本研究以毛竹为研究对象,利用生物信息学与分子生物学等方法对毛竹GLP基因家族成员进行了鉴定和系统分析,基于毛竹快速生长相关的RNA-Seq 数据和实时荧光定量 PCR(qPCR)技术分析 GLPs 的表达模式,借助酵母单杂交试验验证转录因子MYB与GLPs的调控关系,并对关键PeGLP8 进行了初步功能研究。[结果]在毛竹中共鉴定到 103 个GLP家族成员,依次命名为PeGLP1-PeGLP103,大多数PeGLPs编码的蛋白结构域具有较高的保守性,包括三个Box结构域。启动子顺式作用元件预测结果显示PeGLPs基因存在多种激素和逆境响应元件,如茉莉酸甲酯响应元件、低温响应元件等,共 101 个成员的启动子序列中包含MYB结合位点GAMYB,推测PeGLPs可能参与毛竹笋的速生过程中次生细胞壁合成。共线性分析显示 Ka/Ks 值大部分小于 1.0,说明在进化过程中经历了纯化选择。基于对毛竹、水稻和拟南芥中 GLP 家族成员的系统发育树分析发现,不同物种的GLP家族成员在进化上存在一定的差异,它们被分成六个亚家族,Group1 亚家族中PeGLPs成员最多。基于RNA-Seq数据分析显示,PeGLPs在毛竹不同组织和不同高度笋中表达存在这一定的差异,其中PeGLP8显著表达,推测PeGLP8 在毛竹不同组织和不同发育时期发挥着重要的作用。酵母单杂交试验结果证实,PeMYB103.1 能够与PeGLP8 启动子结合;实时荧光定量PCR结果显示PeGLP8 和PeMYB103.1 具有相似的表达模式,同时酵母单杂交试验结果验证了PeMYB103.1 能够与PeGLP8 启动子中GAMYB元件结合,推测PeMYB103.1 可能参与PeGLP8 的表达调控。此外,以PeGLP8 为诱饵,通过酵母双杂筛库获得 17 种蛋白质,其中包括细胞骨架蛋白和泛素化连接酶E3,推测PeGLPs参与调控细胞壁的交联是一个复杂的调控网络。[结论]本研究共鉴定出 103 个PeGLPs,PeGLP8 在毛竹笋的不同发育时期表达差异显著,推测PeGLP8 通过表达影响细胞壁的交联,进而影响毛竹竹笋品质和竹材质量。