白桦BpDMPs基因家族生物信息学及BpDMP7功能分析

摘要

白桦（Betula platyphylla）作为多年生木本植物因生长周期较长、基因型复杂等问题，育种过程中难以获得纯合植株和家系，进而导致育种工作进展较慢。双单倍体（doubled haploid,DH）育种技术是近年来兴起的一种育种方法，只需要两代即可得到纯合的植物家系。因此，DH育种技术可以大大缩短林木育种周期并获得纯合家系，而DMP基因的发现与应用为双单倍育种开辟了一个新的研究方向。该研究旨在通过生物信息学分析揭示白桦BpDMPs基因家族的理化性质、蛋白结构、系统进化、基因结构、染色体分布及其在白桦生长发育过程中潜在的功能；通过表达模式分析鉴定该基因家族中具有单倍体诱导功能的白桦DMP基因，并通过拟南芥（Arabidopsis thaliana）回补试验验证基因功能。生物信息学分析结果显示：在白桦中，DMP基因包含14个基因家族成员，分布在6条染色体上；系统发育分析表明，BpDMPs基因家族中14个基因分属5个分支；对启动子顺式作用元件的预测分析表明，BpDMPs基因家族的启动子中包含生长发育、激素代谢、胁迫响应等相关的反应元件。qRT-PCR结果显示，BpDMPs在白桦各组织中表达水平差异较大，其中，BpDMP2和BpDMP7在雄蕊中表达量较高，拟南芥回补试验证明，BpDMP7基因可以回补拟南芥dmp8dmp9突变体籽粒败育的表型。为进一步验证BpDMP7诱导白桦产生单倍体，用CRISPER/Cas9基因编辑技术将该基因进行靶向敲除并获得突变体植株。该研究为进一步研究白桦BpDMPs基因家族的功能和调控机制提供了基础信息，并为理解这些基因在植物生长发育及环境适应过程中扮演的角色提供了新的视角。

关键词

白桦 / 单倍体诱导系 / DMP基因 / 生物信息学