荞麦NADP依赖型苹果酸酶基因家族分析

摘要

NADP依赖型苹果酸酶（NADP-dependent malic enzyme,NADP-ME）是调控苹果酸代谢的关键酶，参与植物光合作用与逆境应答。荞麦（Fagopyrum）营养成分独特，包括甜荞和苦荞2种常见栽培种。从全基因组水平分别在甜荞和苦荞中各鉴定获得5个NADP-ME基因家族成员，分别命名为FeNADP-ME1、FeNADP-ME2、FeNADP-ME3、FeNADP-ME4、FeNADP-ME5和FtNADP-ME1、FtNADP-ME2、FtNADP-ME3、FtNADP-ME4、FtNADP-ME5。荞麦NADP-ME编码568～649个氨基酸残基，蛋白质分子量为62.89～70.88 kDa，所有荞麦NADP-ME均为酸性和疏水性蛋白质，且无跨膜结构，主要定位于叶绿体、细胞质和质膜上。蛋白质高级结构表明，α-螺旋和无规则卷曲是荞麦NADP-ME家族蛋白二级结构的主要构件。多序列比对结果发现，该家族成员包含5个高度保守的结构区域（RegionⅠ～RegionⅤ）；系统进化分析表明，荞麦NADP-ME在系统发育树中分别归属于Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ亚组。进一步分析表明，荞麦NADP-ME保守基序具有完整性，FeNADPME1～FeNADP-ME5和FtNADP-ME1～FtNADP-ME5均含有Motif 1～Motif 12和Motif 15，而FeNADP-ME4、FeNADP-ME5和FtNADP-ME4、FtNADP-ME5则包含所有的15个保守基序，均含有Malic-M结构域和典型断裂基因结构；荞麦NADP-ME成员分别定位于各自的4条染色体上，其中，FeNADP-ME1、FeNADP-ME2和FtNADP-ME1、FtNADP-ME2与拟南芥NADP-ME基因存在共线性关系。分析荞麦NADP-ME成员的顺式作用元件中发现多个光响应、植物激素与抗逆响应元件，其中，光响应元件数量最多（56.52%），其次为激素响应元件的茉莉酸甲酯（MeJA）和抗逆的低温（LTR）响应元件。

关键词

NADP依赖型苹果酸酶 / 荞麦 / 基因家族 / 生物信息学分析

基金资助

内蒙古自治区自然科学基金项目（2025MS03068）; 内蒙古自治区科技计划项目（2022YFDZ0043）; 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目（GXKY25Z002）; 内蒙古自治区第七批“草原英才”工程创新团队——高产、高生物黄酮荞麦新品种选育及标准化栽培技术研究创新人才团队项目（2022）