谷子HMA基因家族的全基因组表征及其功能预测

王心悦; 陈畅; 李康平; 黄绒; 王君; 侯思宇; 杨阳; 韩渊怀

doi:10.13842/j.cnki.issn1671-8151.202503008

山西农业大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (04) : 3 -15. DOI: 10.13842/j.cnki.issn1671-8151.202503008

谷子HMA基因家族的全基因组表征及其功能预测

王心悦, 陈畅, 李康平, 黄绒, 王君, 侯思宇, 杨阳, 韩渊怀

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摘要

[目的]Heavy metal ATPase(HMA)蛋白参与了植物对多种金属离子的吸收和转运。本研究通过对谷子HMA进行全基因组表征、表达及同源分析以解析其功能。[方法]通过蛋白同源比对和保守结构域筛选谷子HMA基因家族成员；采用生物信息学手段系统分析了谷子HMA的理化性质、家族扩张、保守基序、系统发育关系及蛋白质分子对接；基于不同浓度Cd、Fe胁迫下的转录组和荧光定量PCR分析了其对不同金属离子的响应；基于模式物种水稻的同源比对预测了部分SiHMA的功能。[结果]在谷子基因组中共鉴定到12个HMA基因，并将其分为2个亚组，有6个HMA基因参与到2次串联重复（4个基因，占比33.3%）和1次片段复制事件（2个基因，占比16.7%）中。SiHMA基因在不同组织中对Cd、Fe胁迫表现出不同的响应模式。预测了SiHMA可能的功能，SiHMA5参与细胞中Zn、Cu、Pb和Cd等金属离子的外排过程，SiHMA10可能参与植物体内Cu的装载和运输。[结论]重复事件和片段复制在谷子HMA基因家族扩张和SiHMA功能进化中发挥作用。植物激素、应激胁迫等多种顺式作用元件参与到SiHMA响应非生物胁迫途径中，我们根据同源比较、组织表达特征和前人研究，预测了SiHMA1、SiHMA5、SiHMA6和SiHMA10等基因可能的功能，以上结果可为进一步研究HMA基因家族及其在谷子中的生物学功能提供理论基础。