大麻GRAS轉錄因子家族的全基因組鑒定及鎘脅迫下表達分析

尹 明 楊大為 唐慧娟 潘 根 李德芳 趙立寧 黃思齊

專題

大麻GRAS轉錄因子家族的全基因組鑒定及鎘脅迫下表達分析

尹 明 楊大為 唐慧娟 潘 根 李德芳 趙立寧 黃思齊*

中國農業科學院麻類研究所 / 農業農村部麻類生物學與加工重點實驗室, 湖南長沙 410205

GRAS轉錄因子在植物生長發育及抗逆境脅迫中具有重要作用。本文對大麻GRAS轉錄因子家族進行了全基因組鑒定, 對其理化性質、系統進化發育、基因結構、基因間的共線性關系進行了分析, 并利用云麻1號及內蒙古小粒大麻的轉錄組數據分析其在鎘脅迫下的表達量變化。結果表明, 大麻基因組中鑒定出54個GRAS基因, 96.30%的基因編碼酸性蛋白, 長度為415~757 aa, 分子質量為46,405.05~85,748.52 kD, 等電點為4.77~8.54, 劃分為9個亞家族, 其中PAT1、LS、SHR、HAM保守性較高, PAT1、LISCL、CsGRASA出現大量基因串聯重復,基因在5種植物的共線性分析中均存在。將2個大麻品種進行鎘脅迫處理發現, 云麻1號株高下降10.48%, 鮮重下降6.33%; 內蒙古小粒大麻株高下降66.07%, 鮮重下降42.67%, 表明云麻1號較內蒙古小粒大麻更耐鎘脅迫。云麻1號的54個GRAS基因中, 42個(77.78%)基因表達上調1.05~18.10, 11個(20.37%)基因表達下調0.13~0.91; 內蒙古小粒大麻的54個GRAS基因中, 27個(50.00%)基因表達上調1.01~6.46, 27個(50.00%)基因表達下調0.30~0.96。將兩者GRAS基因進行同源基因鑒定并分析其表達情況發現, 耐鎘品種云麻1號中40個同源GRAS基因較內蒙古小粒大麻在鎘脅迫下的上調或下調幅度更明顯, 表明這些GRAS基因與鎘脅迫有明顯相關性。本文可為挖掘和驗證大麻GRAS基因提供參考。

大麻; GRAS轉錄因子; 系統發育分析; 基因結構分析; 表達分析

轉錄因子是一類能與基因序列上游特定序列結合的蛋白質, 通過改變基因表達來調節生物學過程, 在植物生長發育及對外界脅迫的響應中發揮重要作用[1-2]。GRAS轉錄因子由、和3個早期鑒定的功能基因而命名, 被認為在植物的生長與抗逆境脅迫中具有重要作用, 早期被認為只存在于植物中, 近期發現細菌中也含有該基因家族, 并有研究提出GRAS基因家族最早出現在細菌中的折疊甲基轉移酶超家族中[3-4]。GRAS蛋白質一般至少由350個氨基酸組成[5], 包括1個高度保守的C端和1個可變的N端, 其C端由SAW、LRI、LRII、PFYRE和VHIID 5個保守基序組成, 其中VHIID最為保守, 是GRAS蛋白的核心結構, 存在于所有亞家族成員中[6-8]。有研究發現, N端是GRAS蛋白發揮特異性功能的重要部位, 因為N末端含有IDRs序列, 該序列表達時會與不同蛋白質結合, 而后能夠表現出蛋白質的特異性[9-10]。早期的擬南芥GRAS基因分為LS、PAT1、SCL3、DELLA、LISCL、SCR、HAM和SHR 8個亞家族[11], 隨后有研究在8個亞家族的基礎上新增了DLT和SCL4/7亞家族, 將GRAS基因分為10個亞家族[12], 不同的GRAS亞家族導致了該基因家族功能的多樣性。有研究發現, GRAS基因在植物根的形態建成、莖段分生組織的分化、激素信號轉導、逆境脅迫響應等過程中發揮重要作用[13-14]。比如SCR和SHR亞家族參與擬南芥側根的發育, SHR/SCR/SCL3在番茄叢枝菌根化過程中可能參與調控赤霉素[15-16]; PAT1分支中的PAT1和SCL21參與了光敏色素A (phytochrome, phyA)的信號轉導, 使下胚軸在脫黃化時逐漸拉長[17];和在水稻的油菜素類固醇(brassinosteroids, BR)信號轉導中作為正向調節因子發揮作用[18]。

目前多種植物的GRAS基因家族都已進行了全基因的鑒定與分析, 在擬南芥[19]、水稻[20]、木薯[21]、棉花[22]和小麥[5]中分別存在34、60、77、150和153個GRAS基因。在各個植物都開始深入研究和挖掘該基因家族時, 眾多麻類作物中尤其是大麻都還未見相關報道。大麻(L.)又稱漢麻, 用于紡織、醫藥、護膚保健等領域, 其中四氫大麻酚(tetrahydrocannabinol, THC)含量低于0.3%的稱為工業大麻, 近年來由于發現大麻對重金屬具有較強的耐性, 且具有較高的經濟價值, 大麻開始被用于修復重金屬污染土壤[23], 有研究發現重金屬可以降低大麻中的THC含量, 并提升其大麻二酚(cannabidiol, CBD)含量[24]。隨著國際上對工業大麻的解禁及CBD醫療市場的擴大, 培育耐重金屬及其他非生物脅迫的工業大麻品種顯得十分重要。而GRAS基因與植物生長及耐非生物脅迫有著密切的關系, 已有研究發現, 過表達玉米基因, 可以改善玉米的耐鹽性[25]; 過表達山葡萄基因可以顯著提高了擬南芥的耐旱性、耐寒性和耐鹽性[26], 過表達毛竹基因可增強其耐旱性[27], 過表達小麥可增強其耐光氧化脅迫的能力[5], 雖然這些研究已證明GRAS家族與植物的非生物脅迫有關, 但在GRAS家族與重金屬鎘脅迫之間還未有相關研究。

本研究旨在通過生物信息學方法在全基因組水平上對大麻GRAS基因的組成進行鑒定, 分析其理化性質、進化關系、基因結構、共線性關系, 同時利用2個大麻的鎘脅迫下轉錄組數據及其qPCR驗證分析該基因家族表達情況, 以期為后續研究大麻GRAS基因功能提供參考。

1 材料與方法

1.1 大麻GRAS基因的鑒定與理化性質分析

從NCBI數據庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)中下載大麻基因組[28]文件與基因組注釋文件(assembly number: GCA_900626175.2), 從TAIR數據庫(https://www.arabidopsis.org/)中下載擬南芥GRAS基因序列。利用軟件TBtools將擬南芥GRAS基因與大麻基因組進行blast序列比對(E-vaule<1e-5), 篩選大麻中的GRAS家族候選基因。將候選基因提交至uniprot數據庫(https://www.uniprot.org/)進行批量比對, 驗證候選基因是否含有GRAS保守結構域, 刪除假陽性基因。利用在線分析軟件ExPASy Proteomics (http://web.expasy.org/compute_pi)分析理化性質。

1.2 大麻GRAS基因系統進化樹的構建和基因結構分析

將擬南芥與大麻的GRAS 蛋白序列導入軟件MEGA 7.0進行比對, 將比對后的結果采用相鄰連接法(Neighbor-Joining, NJ; 執行參數: Bootstrap method 1000)構建系統進化樹, 并利用軟件FigTree完善美化進化樹。利用在線軟件NCBI-CDD (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/)進行蛋白結構預測, 檢測大麻GRAS的蛋白結構域(E-vaule<0.01)。利用在線軟件MEME (http://meme-suite.org/)分析大麻GRAS基因保守基序(Motif), 設定預測數為10。利用軟件TBtools從大麻基因組注釋文件中提取大麻GRAS的相關編碼序列(Coding Sequence: CDS)、非翻譯區(Untranslated Region: UTR)。利用TBtools將進化樹、蛋白結構域、基因保守基序、CDS、UTR結合, 構建GRAS進化關系與結構的整體比對圖。

1.3 大麻GRAS基因的染色體分布與共線性預測

利用軟件TBtools從大麻基因組文件與基因注釋文件中提取GRAS基因位置信息, 并構建GRAS基因在染色體上的物理圖譜。利用軟件TBtools、MCScanX和Circos計算并繪制大麻GRAS在染色體上存在的串聯重復, 大麻不同染色體之間存在的共線性基因, 大麻與大豆()、雷蒙德氏棉()、玉米(L.)、水稻(L.)不同物種間存在的共線性基因。

1.4 材料培養及處理與轉錄組測序

本試驗選取2個大麻品種籽粒大小較一致的種子, 置于黑暗條件下25℃萌發3 d, 將幼苗移至1/4 Hoagland營養液中生長5 d, 晝夜溫度24℃/16℃, 光周期16 h/8 h (明/暗), 相對濕度60%, 光強度700 μmol m-2s-1。對生長5 d的幼苗進行處理: 對照(僅營養液) 12 h, 100 μmol L-1的CdCl2處理12 h。在2個處理下取長勢一致的植株, 用TRIzol試劑(美國Invitrogen)提取總RNA, 并溶于無RNase的水中(TransGen Biotech, 中國), 用NanDrop 2000 (Thermo Scientific, 美國)檢測RNA的質量、純度和完整性。使用Illumina Truseq RNA樣品制備試劑盒構建cDNA文庫, 設3個生物學重復, 之后進行轉錄組測序。通過Illumina測序平臺(Illumina HiSeq 4000)進行測序, 通過CASAVA Base Calling分析將原始測序數據轉換為Sequenced Reads或Raw Reads, 并再次過濾以獲取高質量的純凈讀數。利用TopHat2與HISAT2兩個軟件將質控后的數據與(版本號GCF_900626175.2)參考基因組[28]進行對比, 使用String Tie或Cufflinks軟件對Mapped Reads進行拼接。將轉錄組原始數據匹配至全基因組分析得到的工業大麻GRAS基因并統計reads數量, 并進一步換算成FPKM值進行比對分析。

1.5 實時熒光定量 PCR驗證

本試驗隨機選取轉錄組中12個GRAS家族基因進行實時熒光定量PCR驗證, 利用Primer 3 plus設計熒光定量PCR引物, 內參基因選取Hemp[29], 其上下游引物序列為Sense: 5￠-CCAATAGCCTTG CATTCCAT-3￠; Anti-sense: 5￠-TCGATTGGAAAGC CGAATAC-3￠。試驗儀器使用Bio-Rad (伯樂) CFX Connect熒光定量PCR儀, 所取樣品與RNA-Seq所選樣品一致, 使用TIANGEN試劑盒提取RNA, 用TaKaRa反轉錄試劑盒合成cDNA, 利用Aidlab試劑盒進行實時熒光定量PCR驗證。反應條件為95℃預變性2 min; 95℃變性15 s, 60℃退火30 s, 40個循環。采用2–ΔΔCt法計算目的基因的相對表達量。

2 結果與分析

2.1 GRAS基因成員的鑒定及其理化性質分析

利用擬南芥GRAS基因與大麻基因組進行序列比對, 將獲得的基因在Swissport數據庫中進行結構域分析, 篩選出具有GRAS保守結構域的基因, 最終鑒定出54個大麻GRAS基因, 根據大麻基因CDS片段, 將54個GRAS基因命名為~(表1)。大麻GRAS蛋白長度為415~757 aa, 平均長度586 aa; 分子質量為46,405.05~85,748.52 kD, 平均分子質量66,199.41 kD; 等電點為4.77~8.54, 其中等電點小于7的GRAS蛋白有52個, 偏酸性; 其余的2個GRAS蛋白等電點大于7, 偏堿性。

2.2 GRAS基因的系統進化樹構建和基因結構分析

為深入理解大麻GRAS不同基因間的進化關系, 通過構建大麻與擬南芥中GRAS基因進化樹, 將大麻中54個GRAS基因分成LS、LISCL、SCR、HAM、SCL3、DELLA、PAT1、SHR、CsGRASA、CsGRASB共10個亞家族(圖1)。其中PAT1亞家族成員最多, 含13個基因; SCL3亞家族成員最少, 含1個基因。大麻中新鑒定出2個亞家族, CsGRASA含有5個成員, CsGRASB含有3個成員, 2個亞家族都不含任何擬南芥GRAS成員, 單獨形成一個分支, 而且親緣關系較遠。從圖2可以看出, 相同亞家族的基因結構基本一致, 相同亞家族的保守基序也具有相似性, 表明同一個亞家族的基因具有相似的功能。在大麻GRAS基因中, 83.33% (45/54)的基因無內含子, DELLA亞家族有3個基因, 其中的Motif分析中未發現DELLA結構域, 可能是相鄰連接法的算法將基因錯誤劃分到了DELLA亞家族, 也有可能是其高度可變的N端序列差異導致其不能與同一亞家族的基因進行聚類, 水稻中GRAS家族成員也有相似的結果[30]。在所有大麻GRAS基因成員中都含有基序1、3、5, 表明這3個基序在GRAS中高度保守(圖3), 具有重要作用。

表1 GRAS基因及相關信息

(續表1)

不同顏色表示不同的亞家族, 同一顏色的不同基因均屬同一亞家族。

Different colors indicate different subfamily, and different genes under the same color belong to the same subfamily.

2.3 大麻GRAS基因的染色體分布與共線性分析

大麻染色體上GRAS基因位置分析表明, 大麻GRAS基因分布在10個染色體上, 與染色體長短無顯著相關性(圖4)。染色體NC6包含10個GRAS基因, NC1包含9個GRAS基因, 為含GRAS基因最多的2個染色體; NC9包含的GRAS基因最少, 只有1個; 其他染色體包含3~6個GRAS基因。其中5個染色體上出現了基因的串聯重復情況, 尤其在NC1、NC6、NC7三個染色體上, 出現了大量GRAS基因的串聯重復(相同染色體上基因有紅色線段連接, 表示相關基因為串聯重復基因), 串聯重復基因占全部GRAS基因的44.44%, 表明大麻GRAS家族發生過明顯的基因串聯復制事件, 也表明基因串聯重復事件在大麻GRAS家族的擴展中具有關鍵作用。通過大麻染色體間的共線性分析(有紅色線段連接的為共線性基因)發現4對共線性基因(圖5), 除與屬HAM亞家族, 其他均分屬不同亞家族, 這些基因是通過復制而得到相同連續順序的旁系同源基因[28]。通過旁系同源基因的預測, 我們了解到NC5、NC6、NC8、NC10等4個染色體可能經歷過染色體的片段復制, 而這4個染色體都能聯系到NC10, 表明NC10可能是4個染色體中GRAS家族的關鍵染色體。為進一步了解大麻GRAS家族的進化機制, 構建了大麻與雷蒙德氏棉、大豆、水稻、玉米的GRAS家族共線性關系圖(圖6和圖7), 這4種植物分別屬于雙子葉與單子葉植物。最終鑒定出大麻與雷蒙德氏棉有32對直系同源基因、與大豆有45對直系同源基因、與水稻有5對直系同源基因、與玉米有2對直系同源基因, 這也符合大麻與4種對應植物的進化關系。對5種植物進行共線性分析發現,在5種植物中未被鑒定到, 其中大部分都是串聯重復基因, 可能是大麻原有GRAS基因進行串聯重復擴增而來, 這些基因可能是雙子葉與單子葉植物GRAS基因功能差異的相關基因[31], 而在5種植物中都被鑒定到, 且該基因包含GRAS基因中的motif 1~10, 推測該基因可能是雙子葉植物與單子葉植物分化前就存在的GRAS基因。

2.4 鎘脅迫下不同大麻耐性篩選

將云麻1號、甘肅大麻、內蒙古小粒大麻、內蒙古油用大麻、內蒙古土右旗大麻、皖大麻6種大麻進行鎘脅迫萌發試驗發現, 云麻1號發芽率最高, 內蒙古小粒大麻發芽率最低。在鎘脅迫水培試驗中, 云麻1號鎘處理組和對照組平均株高分別為9.4 cm、10.5 cm, 平均鮮重分別為7.4 g、7.9 g; 內蒙古小粒大麻鎘處理組和對照組平均株高分別為3.8 cm、11.2 cm, 平均鮮重分別為4.3 g、7.5 g。在重度鎘污染耕地中, 云麻1號鮮重產量達21,134.40 kg hm–2, 內蒙古小粒大麻鮮重產量達11,173.95 kg hm–2, 表明云麻1號較內蒙古小粒大麻更耐鎘脅迫[32]。

2.5 兩個大麻品種在鎘脅迫下GRAS基因的表達分析及qPCR驗證

為了解大麻GRAS基因在正常條件及鎘脅迫條件下的表達情況, 對云麻1號及內蒙古小粒大麻在2個環境下的植株進行了轉錄組測定, 表中各組基因的表達量均為3個重復的平均數。結果顯示, 在云麻1號的轉錄組數據中(表2), 11個基因表達下降(占比20.37%), 下降倍數為0.13~0.91, 42個基因表達上調(占比77.78%), 上調倍數為1.05~18.10; 1個基因表達未發生變化(占比1.85%); 其中28個基因變化值差異顯著。在內蒙古小粒大麻的轉錄組數據中(表3), 27個基因表達下降(占比50.00%), 下降倍數為0.30~0.96, 27個基因表達上調(占比50.00%), 上調倍數為1.01~6.46; 其中18個基因變化值差異顯著。將表2與表3中GRAS基因按照增長倍數遞增而排列, 云麻1號與內蒙古小粒大麻中GRAS基因家族部分基因對照組(CK組)表達量均為0, 無法計算倍數, 改為增加量(Cd–Ck)。

2.6 兩個大麻品種中同源基因對比及qPCR驗證

為進一步對比2個品種GRAS基因的表達情況變化, 本研究將2個品種的GRAS家族基因在正常環境下(YCK與NCK)及鎘脅迫環境下(YCd與NCd) 表達進行比對(圖9), 并對大麻GRAS基因與鎘脅迫進行關聯分析。根據GRAS基因在不同品種大麻不同環境下的表達量, 將圖9中的54個GRAS基因從上往下劃分,~在2種大麻中都表達下調;~與~在2種大麻中都表達上調;~與~在云麻1號中表達上調, 在內蒙古小粒大麻中表達下調, 其中33個基因在云麻1號中的上調與下調幅度都比內蒙古小粒大麻更加明顯。從2個大麻轉錄組數據中挑選了12個基因進行RT-qPCR驗證(圖9), 只有表達趨勢與轉錄組結果不一致, 其他基因的qPCR驗證均與轉錄組一致, 表明轉錄組結果較為可靠。

表2 云麻1號GRAS基因表達

(續表2)

*表示在0.05水平顯著差異。*means significant difference at the 0.05 probability level.

表3 內蒙古小粒大麻GRAS基因表達

*表示在0.05水平顯著差異。*means significant differences at the 0.05 probability level.

3 討論

隨著高通量測序技術的發展, 越來越多的植物基因組完成了測序, 而基因家族分析也成了育種方向挖掘基因功能有效的生物信息學手段。目前, WRKY[33]、核苷酸結合位點基因家族(nucleotide binding site, NBS)[34]、MADS[35]等基因家族在很多物種中都被鑒定出來, 并進行了系統的研究與分析, 而GRAS基因家族在各種作物中, 尤其是各麻類作物中的研究還相對緩慢。

本研究從大麻基因組中鑒定出54個GRAS家族基因, 將擬南芥與大麻GRAS基因構建系統進化樹后發現, 有2個亞家族未包含擬南芥GRAS基因。通過系統進化樹、基因結構與Motif對比發現, CsGRASB亞家族中的可歸納到SCL3亞家族,與可能為與演變得到, 在演變過程中丟失了DELLA結構域, 在大麥GRAS家族鑒定中也未發現含DELLA結構域的GRAS基因, 表明DELLA結構域在不同物種間GRAS家族中的高度可變性[36]。而CsGRASA亞家族雖然與HAM亞家族親緣關系最近,但兩者差異較大, 無法合并為一個亞家族。故大麻GRAS基因一共鑒定出9個亞家族, 其中CsGRASA亞家族是大麻新GRAS基因亞家族。

*, **, ***分別表示在0.05、0.01和0.001水平顯著差異。

*, **, *** mean significant differences at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively.

本研究通過對大麻染色體間GRAS家族基因進行共線性分析發現, PAT1與SHR、SCR與PAT1、HAM與LISCL等不同亞家族間有共線性基因對, 表明這些亞家族有染色體片段復制的相關性。而通過構建大麻、雷蒙德氏棉、大豆、水稻、玉米基因組GRAS共線性分析發現, PAT1、LS、SHR、HAM在大麻、雷蒙德氏棉、水稻中有直系同源基因, 說明這些家族的保守性較強, 而在5種植物中都存在, 屬于SHR亞家族, 表明其保守性最強, 可能在單雙子葉植物分化前就存在[33], 且該基因在2個大麻品種鎘脅迫下都上調表達, 可作為后續研究的關鍵基因之一。而演化的過程中, GRAS家族在PAT1、LISCL、CsGRASA上又發生了大量基因的串聯重復, 這表明大麻GRAS的染色體片段復制與導基因串聯重復是大麻出現54個GRAS基因的關鍵步驟。

本研究將鎘耐受性不同的2種大麻進行GRAS家族基因表達量比對發現, 在鎘脅迫下該基因家族表達量發生了明顯的變化, 表明鎘脅迫會顯著影響大麻GRAS基因表達。其中大部分GRAS基因在更耐鎘脅迫的云麻1號中上調表達明顯, 表明GRAS基因家族與大麻的鎘脅迫耐受性明顯相關, 上調大麻GRAS家族基因可能會提高大麻的鎘脅迫耐受性。通過圖8中2種大麻的形態對比發現, 云麻１號在2種環境中形態未有顯著差異, 但內蒙古小粒大麻在鎘脅迫環境下根系明顯變短, 而GRAS基因可以調控植物的根系生長及維管束的發育[37], 推測是鎘脅迫抑制了內蒙古小粒大麻部分GRAS基因表達而影響大麻根系的生長。其中等 4個基因在云麻1號中表達上調, 但在內蒙古小粒大麻中明顯下調, 推測其與大麻的根系發育有關。在植物激素方面, 2個DELLA基因:與都表達下調, 而DELLA基因負調控赤霉素途徑, 推測大麻在鎘脅迫環境下增加赤霉素等植物激素以緩解外界的鎘脅迫[38]。而屬于LISCL亞家族的與在云麻1號中明顯表達上調, 在內蒙古小粒大麻中未發生變化, 推測其為改變植物的光轉導途徑來應對外界的環境變化[36]。將轉錄組中的12個基因進行qPCR驗證發現, 其中91.66%的基因變化趨勢與轉錄組結果相同, 表明轉錄組的結果較可靠。

4 結論

通過對大麻全基因組的序列比對, 共獲得GRAS家族54個成員, 分屬9個不同亞家族, 具有典型的GRAS或DELLA保守結構域。通過生物信息學方法分析大麻GRAS家族的理化指標、系統進化關系、基因結構、共線性關系表明, 染色體片段復制與串聯重復復制對大麻形成54個GRAS基因起重要作用, 而轉錄組數據及qPCR驗證都表明, GRAS基因與大麻應對鎘脅迫有明顯相關性, 但其主要影響的代謝通路及不同基因之間的協同作用還需進一步研究。

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Genome-wide identification of GRAS transcription factor and expression analysis in response to cadmium stresses in hemp (L.)

YIN Ming, YANG Da-Wei, TANG Hui-Juan, PAN Gen, LI De-Fang, ZHAO Li-Ning, and HUANG Si-Qi*

Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Biological and Processing for Bast Fiber Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Changsha 410205, Hunan, China

GRAS transcription factors play important roles in plant growth, development and stress responses. In order to systematically analyze the GRAS transcription factor family in hemp, we performed a genome-wide identification of hemp GRAS genes, analyzed their physical and chemical properties, phylogenetic development, gene structure, and GRAS gene expression under cadmium stress in two hemp varieties (Yunma 1 and Inner Mongolia Xiaolidama). The results showed that there were 54 GRAS transcription factors in hemp genome, with the protein length from 415 to 757, encoding 96.30% of acidic proteins, the molecular weight from 46,405.05 to 85,748.52 kD and the isoelectric point from 4.77 to 8.54. These transcription factors were divided into nine subfamilies, among which, PAT1, LS, SHR, and HAM were more conserved, PAT1, LISCL, and CsGRASA had a large number of tandem repeats of genes, andgenes were all present in collinearity analysis of five plants. Yunma 1 and Inner Mongolia Xiaolidama were treated with cadmium stress. Plant height and the fresh weight decreased in Yunma 1 and Inner Mongolia Xiaolidama, by 10.48%, 6.33% and 66.07%, 42.67%, respectively, indicating that Yunma 1 was more tolerant than Inner Mongolia Xiaolidama under cadmium stress. Among 54 GRAS genes in Yunma 1, 42 genes (77.78%) were up-regulated by 1.05–18.10, and 11 genes (20.37%) were down-regulated by 0.13–0.91. Among 54 GRAS genes in small-grain cannabis in Inner Mongolia, 27 genes (50.00%) were up-regulated by 1.01-6.46, and 27 genes (50.00%) were down-regulated by 0.30-0.96. This study showed that the 40 homologous GRAS gene in Yunma 1 were significanlty up- or down-regulated than those in Inner Mongolia Xiaolidama under cadmium stress, indicating that these GRAS genes were significantly related to cadmium stress. This study can provide a reference for subsequent mining and verification of GRAS genes in hemp.

hemp; GRAS transcription factors; phylogenetic analysis; gene structure analysis; expression analysis

10.3724/SP.J.1006.2021.04078

本研究由國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-16-E02)資助。

This study was supported by the China Agriculture Research System(CARS-16-E02).

黃思齊, E-mail: huangsiqi@caas.cn

E-mail: 1586887698@qq.com

2020-03-27;

2020-11-13;

2020-12-28.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20201228.1501.010.html