甘蔗β-胡蘿卜素異構酶基因家族的鑒定、定位和表達分析

黃 寧 惠乾龍 方振名 李姍姍 凌 輝 闕友雄 袁照年,*

1 福建農林大學國家甘蔗工程技術研究中心, 福建福州 350002; 2 玉林師范學院農學院, 廣西玉林 537000

分蘗或分枝是水稻、小麥、大麥和甘蔗等禾本科植物生長發育過程中普遍存在的一種發育生物學現象[1-2], 也是一種影響作物產量的重要農藝性狀,通常受植物激素[3-4]、生物脅迫[5-6]及非生物脅迫調控[7-8]。甘蔗是熱帶和亞熱帶地區重要的糖料作物,蔗莖是糖分儲藏和收獲的重要部位, 獲得更多有效分蘗莖, 能夠提高甘蔗產量[9]。甘蔗有效分蘗莖是由主莖地下基部未伸長節間的側芽發育而來的成熟個體[2]。當受黑穗病菌侵染后, 甘蔗分蘗增多、蔗莖變細, 蔗梢長出黑鞭, 引起其有效莖數及蔗莖中蔗糖含量嚴重下降, 最終導致甘蔗產量降低和品質變劣[10]。

1966年, Cook等[11]首次從棉花根系中分離得到一類萜類小分子化合物—獨腳金內酯(strigolactones,SLs), 能夠抑制植物分蘗或分枝[12-13], 調控植物對各種生物和非生物脅迫的響應[14]。β-胡蘿卜素異構酶(D27)可以產生獨腳金內酯前體或中間產物, 調控獨腳金內酯生物合成[15]。據報道, 水稻[16]和擬南芥[15]中D27基因突變體均表現為分枝增多。小麥TaD27基因沉默突變體植株分蘗數增多, 而過表達小麥TaD27突變體植株分蘗數減少[17]。

迄今, 關于甘蔗D27基因, 只有1篇基因克隆及其組織特異性和非生物脅迫下表達模式的報道[18],尚未見該基因家族鑒定在甘蔗中的研究報道。本研究首先在甘蔗原始親本割手密種基因組中鑒定D27基因家族, 并進行生物信息學分析; 其后, 基于植物生長調節劑處理相關和受黑穗病菌侵染相關甘蔗栽培種轉錄組數據, 對甘蔗栽培種中與割手密種D27基因家族同源基因的表達模式進行分析; 最后,篩選并克隆出1個同時參與分蘗和響應黑穗病菌脅迫的甘蔗栽培種D27基因, 并對該基因進行生物信息學分析, 多種脅迫下的表達定量和亞細胞定位分析。研究旨在為解析D27在甘蔗分蘗過程及與黑穗病菌互作過程中的作用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 甘蔗割手密種D27基因家族鑒定

Waters等[15]發現, 在91個真核生物D27蛋白序列中, 均包含1個功能未知的保守結構域DUF4033,使用NCBI中的conserved domains工具檢索發現包含該結構域的蛋白, 通過將反式-β-胡蘿卜素異構成9-順式-β-胡蘿卜素, 參與 SL 的生物合成, 可使用DUF4033檢索 D27蛋白家族。以甘蔗原始親本割手密種基因組的基因序列、蛋白序列及染色體位置信息為基礎, 結合甘蔗栽培種轉錄組序列, 構建甘蔗基因家族鑒定模型。通過在線數據庫(http://www.life.illinois.edu/ming/downloads/Spontan eum_genome/)[19]下載甘蔗割手密種基因組相關信息。使用 TBtools軟件[20]中的 HMM 檢索(Simple HMM Search)工具, 以DUF4033為探針在割手密種基因組的蛋白序列中進行檢索, 獲得割手密種D27基因家族成員所編碼的蛋白序列。同時利用DNAMAN軟件中的多序列比對(multiple alignment)工具, 計算割手密種D27基因家族成員間氨基酸序列的相似性。最后分別通過 TBtools軟件[20]中的基因位置可視化(Gene Location Visualize)工具和熱圖(Heatmap)工具繪制割手密種D27基因家族成員的染色體分布圖和基因家族成員間氨基酸序列相似性熱圖。

1.2 甘蔗割手密種 D27基因家族的生物信息學分析

1.2.1 系統進化樹構建及結構域分析 使用interpro在線軟件(http://www.ebi.ac.uk/interpro/)檢索DUF4033, 分別下載擬南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativasubsp.)、高粱(Sorghum bicolor)、小米(Setaria italica)和玉米(Zea mays)中的 D27s氨基酸序列, 同時利用MEGA7.0軟件對甘蔗割手密種及其他5個物種中的D27s氨基酸序列進行多序列比對, 并使用最大似然法(Maximum Likelihood Method)構建系統進化樹 (Bootstrap = 1000)。使用 Smart search在線工具 (http://smart.embl-heidelberg.de/smart/set_mode.cgi?NORMAL=1) 檢索 6個物種中D27s氨基酸序列的結構域, 并通過TBtools軟件[20]中的基因結構查看(gene structure viewer)工具進行展示。

1.2.2 順式元件預測 基于甘蔗割手密種基因組染色體位置信息, 使用TBtools軟件[20]中的Gtf/Gff3序列提取(Gtf/Gff3 sequences Extract)工具, 提取甘蔗割手密種D27基因家族成員CDS上游2000 bp的啟動子序列, 將提取到的序列提交至 PlantCare(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)進行順式元件預測。同時, 使用TBtools軟件[20]中的生物序列查看(BioSequence viewer)工具對甘蔗割手密種D27基因家族成員的順式元件進行可視化。

1.3 甘蔗栽培種ScD27.1基因的篩選與克隆

1.3.1 植物材料及處理 參考 Ling等[22]的方法培養甘蔗主要栽培品種 ROC22組培苗, 分別使用 ABA (100 μmol L-1)、MeJA (100 μmol L-1)、SA(5 mmol L-1)和H2O2(500 mmol L-1) 水溶液處理長勢一致的組培苗, 并于0 h和6 h取整株組培苗作為樣品, 保存于-80°C。

1.3.2 總 RNA提取和 cDNA合成 采用TRIzol法提取甘蔗總RNA后, 使用DNaseI對RNA樣品進行處理, 同時使用 PrimeScript RT-PCR Kit (Perfect for Real Time)合成cDNA。

1.3.3 差異表達ScD27.1基因篩選 項目組前期研究發現, 甘蔗受6-BA (6-benzylaminopurine, 2 mg L-1)和DA-6 (Diethylaminoethylhexanoate, 10 mg L-1)共同誘導后分蘗增多, 同時前人研究表明, 黑穗病菌侵染導致甘蔗分蘗增多[10], 說明植物生長調節劑(6-BA和 DA-6)和黑穗病菌均引起了甘蔗分蘗相關代謝途徑調控基因的變化。因此, 本研究以甘蔗割手密種D27基因家族所編碼的氨基酸序列為探針,分別在6-BA (2 mg L-1)和DA-6 (10 mg L-1)共同誘導的甘蔗栽培種 ROC22轉錄組 (數據未公布)和黑穗病菌脅迫的甘蔗栽培種ROC22和YC05-179轉錄組[21]數據庫中進行tblastn比對, 提取與甘蔗割手密種D27基因家族同源的甘蔗栽培種D27基因家族在2個轉錄組中的表達數據, 篩選2個轉錄組中均差異表達的甘蔗割手密種D27基因。

1.3.4ScD27.1基因的克隆和分析 以在 6-BA(2 mg L-1)和DA-6 (10 mg L-1)共同誘導(數據未公布)和黑穗病菌脅迫的甘蔗栽培種轉錄組[21]中均差異表達的甘蔗割手密種D27基因 Sspon.06G0012830-1A的序列作為參考設計PCR擴增引物ScD27.1-F/R (表1), 通過ExTaq酶(TaKaRa, 中國大連)在甘蔗栽培種ROC22整株組培苗cDNA中進行擴增, 擴增程序如下: 94℃ 4 min; 94℃ 30 s, 58℃ 30 s, 72℃ 1 min 30 s, 35個循環; 72℃ 10 min。目的片段PCR產物經過Gel Extraction Kit (Omega, 中國北京) 純化后連接至pMD19-T載體, 并轉化大腸桿菌DH5α進行TA克隆及測序。同時, 使用 ORF Finder (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/)及 blastp (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)分析測序結果。

1.4 甘蔗栽培種ScD27.1基因的表達分析

1.4.1 生物信息學分析 分別使用在線工具ExPaSy (http://web.expasy.org/protparam/)和 Prabi(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?pa ge=/NPSA/npsa_hnn.html)預測 ScD27.1一級結構和二級結構; 同時使用 Plant-PLoc (http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant/)、ProtComp 9.0 (http://www.softberry.com/berry.phtml?topic=protcomppl&group=programs&subgroup=proloc)和WoLFPSORT (https://wolfpsort.hgc.jp/)工具預測 ScD27.1亞細胞定位; 分別使用 TargetP-2.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/index.php)、UbPred (http://www.ubpred.org/)和NetPhos 3.1 Server (http://www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/)對 ScD27.1進行靶向肽類型、泛素化位點及磷酸化位點分析。

1.4.2 qRT-PCR表達分析 參考甘蔗割手密種D27基因家族順式元件預測結果, 分析參與植物生長發育和逆境響應的植物激素信號分子 ABA、MeJA、SA[32-33]和H2O2[34]如何調控甘蔗D27基因的轉錄表達。使用 qRT-PCR技術, 以 q-ScD27.1-F/R(表1)為引物,CAC和CUL為內參基因[22], 分析ScD27.1基因在ABA、MeJA、SA和H2O2脅迫下的表達模式。為了獲得準確基因相對表達分析結果,在3倍梯度稀釋的ROC22 cDNA樣品中對ScD27.1基因的定量引物進行特異性擴增檢測和擴增效率檢測。基因的相對表達量計算及差異顯著性分析分別使用 2-ΔΔCT算法[23]和新復極差法 DPS (7.05)。qRT-PCR反應體系及擴增程序均參照 SYBR Green PCR Master Mix試劑盒說明書。

1.4.3 亞細胞定位分析 參考 Gateway BP Clonase II Enzyme mix (Invitrogen, 美國加利福尼亞)說明書, 以 pMD19-T-ScD27.1質粒為模板,G-ScD27.1-F/R (表1)為引物, 構建入門載體pDONR-Zeo-ScD27.1。根據Gateway LR Clonase II Enzyme mix (Invitrogen, 美國加利福尼亞)說明書,通過 LR反應構建亞細胞定位載體pFAST-R06-ScD27.1。將 pFAST-R06和pFAST-R06-ScD27.1質粒分別轉入農桿菌 GV3101并涂板(含50 μg mL-1壯觀霉素和 35 μg mL-1利福平), 28℃倒置培養 2 d后, 進行菌液 PCR鑒定。分別將含有pFAST-R06 和 pFAST-R06-ScD27.1質粒的農桿菌注射侵染煙草葉片表皮細胞(操作參考 Su等[24]),48 h 后, 用 16.5 μmol L-1的渥曼青霉素(Wortmannin,Wort)處理煙草葉片, 并在0 h和0.5 h后[25]通過激光共聚焦顯微鏡(Leica, 德國韋茨拉爾)觀察煙草葉片表皮細胞[26]。

2 結果與分析

2.1 甘蔗割手密種D27基因家族鑒定

通過HMM共檢索到5個具有完整DUF4033保守結構域的甘蔗割手密種D27序列, 分別為 Sspon.06G0012830-1A、Sspon.06G0012830-3C、Sspon.06G0016140-2C、Sspon.07G0014180-2B和 Sspon.07G0014180-3C, 分別定位于6A、6C、6C、7B、7C染色體(圖1-A)。多序列比對結果顯示, 甘蔗割手密種D27基因家族成員間的氨基酸序列一致性為 52.36%, 其中Sspon.07G0014180-2B與Sspon.07G0014180-3C一致性最高, 為 90.09%, Sspon.06G0016140-2C與 Sspon.07G0014180-2B一致性最低, 為20.41% (圖1-B), 說明甘蔗割手密種D27基因家族氨基酸序列間差異較大。

表1 引物列表Table 1 List of primers

2.2 甘蔗割手密種 D27基因家族的生物信息學分析

2.2.1 系統進化樹構建及結構域分析 使用甘蔗割手密種的5個D27s氨基酸序列與其他5個物種(擬南芥、水稻、高粱、小米及玉米)的62個D27s氨基酸序列共同構建系統進化樹, 結果如圖2所示。6個物種的D27s蛋白聚類成7個系統發育分支, 定位于甘蔗割手密種7B染色體的Sspon.07G0014180-2B和7C染色體的Sspon.07G0014180-3C分布于分支I, 定位于6A染色體的Sspon.06G0012830-1A和6C染色體的 Sspon.06G0012830-3C分布于分支 V, 定位于6C染色體的Sspon.06G0016140-2C分布于分支VII,并且甘蔗割手密種D27s與高粱D27s 在系統發育分支中距離最近。Smart search檢索到的結構域包括Pfam: DUF4033、Pfam: COesterase和Pfam: Abhydrolase_3等, 說明D27基因家族除了包含典型的 Pfam:DUF4033結構域外, 還可能包含其他結構域, 但這些結構域在進化過程中不保守。

2.2.2 順式元件預測 為了解甘蔗割手密種D27基因家族成員的調控功能, 使用PlantCare對甘蔗割手密種D27基因家族成員CDS上游2000 bp的啟動子序列進行分析, 同時提取與脅迫響應/誘導相關的14類順式元件(圖3)。其中與植物激素響應相關的順式元件包括 ABA響應元件、MeJA響應元件、GA響應元件和 SA響應元件。與植物生長發育相關的順式元件包括玉米醇溶蛋白代謝調控元件、分生組織表達調控元件、種子特異性調控元件和胚乳表達調控元件。與脅迫響應相關的順式元件包括低溫響應元件、厭氧誘導元件、光響應元件、干旱誘導元件、防御和應激反應元件和傷害響應元件。甘蔗割手密種D27基因家族所有成員的啟動子區均含有厭氧誘導元件、光響應元件、MeJA響應元件和 GA響應元件。Sspon.06G0012830-3C和Sspon.06G0016140-2C的啟動子區分別含有特有的種子特異性調控元件和胚乳表達調控元件。推測厭氧誘導元件、光響應元件、MeJA響應元件和GA響應元件相關的反式作用因子可能可以結合到甘蔗割手密種D27基因家族啟動子區, 從而受植物激素響應和脅迫誘導表且部分成員在特定組織器官中特異性表達。

2.3 甘蔗栽培種ScD27.1基因的篩選與克隆

2.3.1 差異表達ScD27.1基因篩選 經tblastn比對后, 甘蔗割手密種D27基因家族在植物生長調節劑誘導甘蔗栽培種ROC22分蘗轉錄組數據中存在3條相似性較高的序列, 分別為 c116894.graph_c0、c112688.graph_c0和 c161113.graph_c0; 在甘蔗栽培種ROC22和YC05-179應答黑穗病菌侵染轉錄組數據中存在 3條相似性較高的序列, 分別為Sugarcane_Unigene.66941、Sugarcane_Unigene.58014和Sugarcane_Unigene.87626。D27s序列間相似性詳見表2。

6-BA和 DA-6誘導甘蔗栽培種 ROC22分蘗轉錄組中,c112688.graph_c0(P= 0.006)和c116894.graph_c0(P= 0.02)經6-BA和DA-6處理后的表達量,相對于對照組均顯著性下調表達, 且在處理20 d時下調表達幅度最大, 分別為對照組的-0.54和-0.42倍(圖4-A)。受黑穗病菌侵染后,Sugarcane_Unigene.58014在甘蔗抗黑穗病品種YC05-179和甘蔗感黑穗病品種 ROC22中均無顯著差異表達;盡管Sugarcane_Unigene.66941在甘蔗抗黑穗病品種YC05-179受侵染后48 h和120 h的下調表達并不顯著, 但其在感黑穗病品種 ROC22受侵染后 48 h和120 h的上調表達均達到顯著水平(P= 0.01) (圖4-B)。此外, 由于c161113.graph_c0和Sugarcane_Unigene.87626在轉錄組中的 FPKM 值均小于 0.2,屬于極低表達, 不符合數據分析要求。

表2 甘蔗割手密種與栽培種D27s間序列相似性Table 2 Sequence similarity between D27s from Saccharum spontaneum and sugarcane cultivar

綜上所述, 與甘蔗割手密種D27基因家族中Sspon.06G0012830-1A相似性分別為 97.93%和98.34%的甘蔗栽培種c116894.graph_c0和Sugarcane_Unigene.66941(表2)分別在 6-BA 和DA-6共同誘導甘蔗栽培種ROC22分蘗轉錄組和甘蔗栽培種 ROC22應答黑穗病菌侵染轉錄組中顯著差異表達, 推測與甘蔗割手密種Sspon.06G0012830-1A同源的甘蔗栽培種D27基因同時參與甘蔗分蘗調控及黑穗病菌響應, 可用于下一步的研究。

2.3.2ScD27.1基因克隆 根據瓊脂糖凝膠電泳結果可知, PCR擴增獲得1條約1127 bp的特異條帶(圖5-A)。PCR產物經連接, 轉化后進行測序分析。測序結果經 ORF Finder (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/)分析表明, 克隆所得的基因長1127 bp, 編碼 266個氨基酸(圖5-B)。經 blastp(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)比對后發現,其氨基酸序列與高粱 β-胡蘿卜素異構酶 (GenBank登錄號為 XP_002444917.2)相似性為 91.82%, 因此將該基因命名為甘蔗 β-胡蘿卜素異構酶基因(ScD27.1, GenBank登錄號為MT499895)。

2.4 甘蔗栽培種ScD27.1基因的表達分析

2.4.1 生物信息學分析 生物信息學分析結果顯示, 甘蔗栽培種ScD27.1編碼266個氨基酸, 等電點為8.91, 分子量為30.00 kD, 屬于不穩定蛋白。二級結構主要包括α-螺旋和無規則卷曲(表3)。甘蔗栽培種 ScD27.1具有葉綠體轉運肽可能定位于葉綠體,包含4個泛素化位點和18個磷酸化位點(表3)。

2.4.2 qRT-PCR表達分析ScD27.1基因引物擴增效率為 1.026, 在 0.95～1.05之間, 擴增曲線具有很好的相關性(R2= 0.9991), 說明引物具有良好的擴增特異性(圖6-A)。受MeJA脅迫后,ScD27.1基因的表達量相對于對照組下調表達; 受ABA、SA及H2O2脅迫后,ScD27.1基因的表達量相對于對照組上調表達, 并且在受ABA和H2O2脅迫后顯著高于對照組,分別為對照組的 5.37倍和 4.60倍(圖6-B)。推測ScD27.1基因受 ABA及 H2O2顯著誘導表達, 但對MeJA、SA脅迫響應不明顯。

表3 生物信息學分析結果Table 3 Result of bioinformatics analysis

2.4.3 亞細胞定位分析 煙草葉片表皮細胞亞細胞定位結果如圖7所示, 空載35S::GFP定位于細胞膜及細胞核, 35S::ScD27.1::GFP定位在細胞膜上,胞內也出現了點狀熒光, 如葉綠體。Wort能夠促進細胞內液泡前體或者運輸小泡發生融合形成更大的膜泡結構[25,27]。經過Wort處理0.5 h后觀察發現, 空載35S::GFP的定位未發生改變, 煙草葉片表皮細胞中未觀察到具有綠色熒光的膜泡結構。然而, 盡管35S::ScD27.1::GFP的定位也未發生改變, 但在煙草葉片表皮細胞中可以觀察到含有綠色熒光的膜泡結構, 因此, ScD27.1可能定位于細胞膜和葉綠體, 并參與細胞內膜泡運輸或由液泡前體、胞內運輸小泡完成其在在胞質內的分揀運輸過程。

3 討論

SLs是一種廣泛存在、能夠抑制植物分蘗或分枝的植物激素[12-13]。目前, 在擬南芥[15]、水稻[16]和小麥[17]中均有關于SLs合成相關基因d27突變體中分蘗增多的報道, 說明D27基因能夠通過抑制 SLs合成來減少植物分蘗或分枝。本研究中,ScD27.1在分蘗相關轉錄組中的轉錄本 c116894.graph_c0, 經6-BA和DA-6 (具有促進分蘗功能)處理后相對于對照組, 顯著下調表達, 與前人研究結果相同[15-17]。

SLs除了在生長發育過程中起作用外, 還被認為能夠響應病原菌侵染[28]。番茄SLs合成相關基因Slccd8突變體對灰葡萄球菌和鏈格孢菌均更敏感[29]。擬南芥 SLs信號轉導相關基因Atmax2突變體對果膠桿菌和假丁香單胞菌的敏感性增加, 但對灰葡萄球菌的敏感性不增加[30]。擬南芥SLs生物合成(max1、max3和max4)和信號轉導(max2)突變體對帶化紅球菌更加敏感[31]。甘蔗 SLs合成相關基因ScD27.1的同源基因Sugarcane_Unigene.66941在抗病品種中受黑穗病菌抑制表達, 在感病品種中受黑穗病菌誘導表達, 說明ScD27.1響應黑穗病菌侵染,但其在甘蔗分蘗及甘蔗與黑穗病菌互作過程中的作用還需進一步試驗驗證。

ABA、MeJA和SA作為重要的植物激素信號分子, 不僅能夠調控植物生長發育, 同時參與植物逆境反應[32-33]。活性氧主要包括 O2-和 H2O2, 也是植物中一種重要的信號分子, 在植物受病原體侵染或其生長發育過程中發揮作用[34]。ScD27.1基因受ABA、SA及 H2O2脅迫后上調表達, 受 MeJA脅迫后下調表達, 但SA及MeJA脅迫下差異表達不顯著,推測ScD27.1基因受 ABA和H2O2誘導表達, 不受MeJA和SA調控。Abuauf等[35]在ABA處理擬南芥側根后對AtD27進行表達分析, 得到了相似的結果。苜蓿根系在營養缺乏條件下, 激發活性氧生成的NADPH氧化酶活性增強, SLs合成相關基因MtCCD7、MtCCD8、MtD27基因上調表達[36], 說明活性氧與 SLs合成相關基因可能存在協同作用, 這與ScD27.1基因受H2O2誘導表達的研究結果相似。真核生物中由轉錄因子等反式作用因子結合基因啟動子區啟動基因表達轉錄, 然而一般情況下反式作用因子常常形成同源或異源復合體行使其功能, 基因的表達往往不受單一順式元件調控。因此,ScD27.1基因的割手密同源基因啟動子區域雖然具有SA和MeJA響應元件, 但ScD27.1也有可能在某些條件下不響應SA和MeJA的誘導表達。

D27同源基因存在于藻類(藍藻)和高等植物,但不存在于動物或真菌中, 是一種植物特有蛋白[16]。本研究首次從甘蔗割手密種基因組中鑒定出D27基因家族的5個成員, 并從甘蔗栽培種ROC22中克隆出1個同時參與分蘗和黑穗病菌脅迫響應的割手密種同源D27基因, 該甘蔗栽培種ScD27.1基因編碼266個氨基酸。該蛋白等電點為 8.91, 分子量為30.00 kD, 具有DUF4033結構域, 與已報道的編碼288個氨基酸, 等電點為 5.04, 分子量為 71.58 kD,具有2個鋅指蛋白結構域的甘蔗D27基因[18]同源性為31.40%, 推測2個甘蔗D27基因同屬于甘蔗D27基因家族, 可能具有不同的生物學功能。目前關于D27亞細胞定位的報道較少, Waters等[16]發現, 擬南芥D27定位于質體, 水稻D27定位于葉綠體, 本研究中甘蔗 ScD27.1定位于細胞膜和葉綠體。隨著越來越多的D27s被發現, D27的亞細胞定位研究將會更加深入。甘蔗割手密種D27基因家族順式元件預測結果顯示,D27s參與植物激素響應、生長發育調控及脅迫響應。其中關于D27參與ABA、MeJA和SA激素響應已在本研究中驗證, 干旱脅迫[37]、光脅迫[38]和磷饑餓脅迫[39]調控已有相關報道。進一步的研究中, SL在低溫脅迫[40]、種子萌發[41]和果實發育[42]過程中的作用可作為D27s相關調控功能研究的參考。

4 結論

本研究首次鑒定出5個甘蔗割手密種D27基因家族成員, 并對其進行染色體定位、系統進化、結構域及順式元件分析。其后, 篩選并克隆到 1個在甘蔗分蘗轉錄組和甘蔗應答黑穗病侵染轉錄組中均差異表達的甘蔗栽培種ScD27.1基因。該基因編碼266個氨基酸, 為等電點8.91、分子量30.00 kD的不穩定蛋白, 二級結構主要包括 α-螺旋和無規則卷曲。表達分析顯示, 該基因受 ABA和 H2O2誘導表達, 不受 MeJA和 SA調控。亞細胞定位明確了ScD27.1蛋白定位于細胞膜和葉綠體。以上結果不僅為解析甘蔗ScD27.1基因在信號傳導機制及脅迫響應機制中的功能作用提供參考, 還為深入了解甘蔗受黑穗病菌侵染后的抗病機制與分蘗表型之間的關系研究提供新思路。