灰杨COPT蛋白家族成员鉴定及镉胁迫下的表达分析

摘要

【目的】鉴定灰杨（Populus×canescens）铜转运蛋白（PcCOPT）家族成员，明确PcCOPTs基因响应Cd胁迫的表达模式。【方法】以灰杨（Populus×canescens）为试验材料，利用生物信息学方法对PcCOPT家族成员进行鉴定、蛋白质序列特征分析、亚细胞定位预测、系统发育分析、共线性分析及顺式作用元件分析；使用MEGA11构建系统进化树；使用TBtools对PcCOPT家族成员的基因结构、保守基序、染色体定位、共线性等进行可视化分析；通过RT-qPCR技术分析PcCOPT家族成员的组织表达模式以及响应Cd胁迫的表达特征。【结果】从灰杨基因组中共鉴定出7个无内含子的COPT基因，分布在1,6和9号染色体上。蛋白质序列特征分析结果表明，编码PcCOPT家族蛋白的氨基酸序列长度为141～159个氨基酸，相对分子质量为15.73～17.64，理论等电点为6.15～9.99。亚细胞定位预测结果表明，PcCOPT1、PcCOPT2、PcCOPT3、PcCOPT6和PcCOPT7定位在细胞质膜上，PcCOPT4和PcCOPT5定位在液泡膜上。系统发育分析显示，PcCOPT家族分为3个进化分支，其中第一分支包含PcCOPT1,PcCOPT6和PcCOPT7，第二分支包含PcCOPT2和PcCOPT3，第三分支包含PcCOPT4和PcCOPT5。共线性分析结果显示，在灰杨基因组内有2对共线性基因，灰杨与拟南芥之间有6对共线性基因，灰杨与水稻之间有4对共线性基因。顺式作用元件分析结果表明，PcCOPTs基因启动子区包含多个光响应、激素应答和非生物胁迫响应元件。PcCOPTs基因表达具有组织特异性，其中PcCOPT2、PcCOPT3在根中高度表达，PcCOPT1在木质部特异性表达，PcCOPT4、PcCOPT6和PcCOPT7在幼叶中表达水平较高，PcCOPT5在根和木质部中表达水平较高。与对照相比，在Cd胁迫下，第一分支成员PcCOPT1、PcCOPT6和PcCOPT7表达量显著升高；第二分支PcCOPT2和PcCOPT3在Cd胁迫72 h后表达量显著降低；第三分支成员PcCOPT5表达量升高，但PcCOPT4表达量显著降低。【结论】从灰杨基因组中共鉴定出7个PcCOPT基因，分为3个分支。其中第一分支成员PcCOPT1、PcCOPT6和PcCOPT7的表达受Cd胁迫诱导表达，第二分支成员PcCOPT2和PcCOPT3的表达受Cd胁迫抑制，第三分支成员PcCOPT4和PcCOPT5在Cd胁迫下表达量变化趋势相反。表明PcCOPTs成员可能具有功能分化，在灰杨响应Cd胁迫过程中发挥不同作用。

关键词

灰杨 / COPT基因家族 / 基因表达 / Cd胁迫