條斑紫菜Tubulin和Kinesin基因家族鑒定及失水脅迫表達模式分析*

崔正彩 孔凡娜茅云翔, 2 孫 斌 王俊皓 董道英

條斑紫菜和基因家族鑒定及失水脅迫表達模式分析*

崔正彩1孔凡娜1①茅云翔1, 2孫 斌1王俊皓1董道英1

(1. 中國海洋大學海洋生命學院 海洋生物遺傳學與育種教育部重點實驗室 青島 266003; 2. 海南熱帶海洋學院水產與生命學院 熱帶海洋生物資源利用與保護教育部重點實驗室 三亞 572022)

微管是細胞骨架的主要成分, 其結構及動力學機制對提高生物體耐受性具有重要作用。微管網絡如何通過結構的動態變化調控適應環境變化已成為脅迫生物學領域的研究熱點之一。條斑紫菜()能夠適應潮間帶復雜多變的環境, 是研究潮間帶大型海藻抗逆機制的良好材料。目前對紫菜微管相關基因家族構成及其生物學功能的研究較少。本研究利用生物信息學方法, 在條斑紫菜基因組中共鑒定出4個基因(、、和)和11個基因(—), 并對其理化性質、基因結構、蛋白特征、染色體定位、系統進化和失水脅迫下的表達模式進行了系統分析。結果顯示: 條斑紫菜中有3種微管蛋白(Tubulin)亞型; 該家族成員散布于1號和2號染色體上,和為串聯重復基因;家族成員在基因結構和蛋白特征方面均較為保守, 且在轉錄水平對失水脅迫不敏感。條斑紫菜中有5種驅動蛋白(Kinesin)亞型, 亞家族種類和基因數量均少于高等植物; 該家族基因散布于1號、2號和3號染色體上, 無串聯重復基因;家族成員在基因結構和蛋白特征方面存在一定差異,在中高度失水脅迫下表達量顯著上調。本研究為進一步理解和基因家族的進化和功能、解析微管在條斑紫菜響應失水脅迫中的作用奠定了基礎。

條斑紫菜;;; 基因家族; 失水脅迫

微管作為細胞骨架的重要組成部分, 是多種非生物脅迫的感受器, 在植物抗逆性中發揮重要作用(Krasylenko, 2012), 微管網絡結構的排列影響著微管對環境信號的敏感性(Mirabet, 2018)。微管響應環境信號變化方式包括介導細胞內物質運輸、調節胞內信號的轉導、調控細胞壁纖維絲的組裝以及調節自身結構動態重排等多種生物學過程(Oakley, 1999; 陳志玲等, 2003; Paradez, 2006; Mineyuki, 2007)。α-和β-tubulin是構成微管蛋白亞基的基本結構成分(Nogales, 1998), 其構象變化能夠調節微管的動態穩定性(Shaw, 2003), 使微管骨架通過不斷重構響應各種生物和非生物刺激(王朝鳳等, 2019), 對微管發揮生物學功能具有重要意義。驅動蛋白Kinesin是沿微管軌道進行長距離運輸的動力蛋白超家族(Lee, 2004), 具有保守的微管結合位點和運動結構域(Reddy, 2001)。Kinesin家族蛋白不僅能夠通過調節微管結合蛋白的運輸參與微管結構的調控, 還能夠直接結合在微管末端促進微管的解聚(周浩等, 2014), 對微管的動態穩定性及結構重排都具有十分重要的作用。

植物微管通過微管蛋白及其相關蛋白的調節參與多種生物學過程從而適應環境脅迫。擬南芥通過磷脂酶調節微管的穩定性以實現對其耐熱性的負調控(Zhang, 2017), 通過微管相關蛋白調節皮脂微管的重組以提高其耐鹽性(Zhou, 2017)。玉米微管通過調節細胞壁結構和胞內膨壓以增強對干旱環境的耐受性(Baskin, 1999); 楊樹葉片通過微管結構的變化調節誘導氣孔關閉以減少干旱條件下的水分流失(Swamy, 2015); 仙鶴蘚()通過葉片微管重排以迅速對失水脅迫做出響應(陳志玲等, 2003); 石南星綠藻()的基因在轉錄水平顯著響應于失水脅迫(Gasulla, 2013); 擬南芥(-基因缺失突變體在干旱條件下比野生型更早出現萎蔫死亡現象(魏麗勤, 2005)。

條斑紫菜生長于潮間帶地區, 受潮汐影響, 潮間帶地區海水周期性漲落, 條斑紫菜每天都要經歷干濕度、溫度以及滲透壓等各種環境因子的急劇變化, 是研究潮間帶大型海藻非生物脅迫響應機制的理想模式生物。目前對潮間帶海藻細胞骨架在其適應潮間帶環境中的作用機制研究甚少。本研究首次在全基因組水平分析了條斑紫菜微管相關基因和基因家族的組成及其特點, 并通過實時熒光定量PCR技術探究了葉狀體中表達豐度高的3個和2個在失水脅迫處理下的表達模式, 為探究微管在條斑紫菜響應失水脅迫中的作用奠定基礎, 也為進一步解析條斑紫菜響應逆境脅迫的調控機制提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料 條斑紫菜() RZ純系, 從海洋生物遺傳與育種教育部重點實驗室紫菜種質庫獲取。

1.1.2 實驗試劑 RNA提取試劑盒(購自OMEGA); DNA酶(購自OMEGA); 反轉錄試劑盒(購自TAKARA); 瓊脂糖凝膠回收試劑盒(購自全式金); 快速質粒小提試劑盒(購自天根); 2×Taq Plus Master Mix (購自南京諾唯贊); ChamQTM SYBR Color qPCR Master Mix (購自南京諾唯贊)。

1.2 方法

1.2.1 基因家族鑒定 本研究采用隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)對條斑紫菜和基因家族進行鑒定: 從Pfam數據庫(http://pfam.xfam.org/)下載和家族保守結構域HMM模型(PF00022), 通過hmmsearch檢索條斑紫菜Tubulin和Kinesin蛋白種子序列, E-value設置為1×e-20; 根據提取的蛋白種子序列構建條斑紫菜特異性HMM模型, 利用所構建模型通過hmmsearch再次檢索并提取條斑紫菜Tubulin和Kinesin蛋白序列, 設置E-value<0.01; 將提取到的蛋白序列去重復后, 根據蛋白ID號提取對應基因序列, 獲得和基因家族序列信息。通過軟件SnapGene分析蛋白等電點(pI)和分子量(Mw), 通過在線網站Cell-PLoc 2.0 (http://www.csbio.sjtu. edu.cn/bioinf/Cell-PLoc-2/)預測蛋白亞細胞定位。

1.2.2 基因結構及蛋白序列分析 為探究和家族基因結構和蛋白序列特征, 本研究對基因內含子-外顯子分布、蛋白保守基序和蛋白保守結構域進行預測分析。根據和家族基因組信息和轉錄本ID進行基因結構注釋, 從Gff注釋文件中獲得基因位置信息, 通過網站GSDS (http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)分析內含子-外顯子分布。通過在線網站MEME (http://meme-suite. org/index.html)預測蛋白保守基序, 分布模型選擇anr, 預測數量設置為10, 最短motif設置為6 aa, 最長motif設置為50 aa。將蛋白序列提交至在線網站SMART(http://smart.embl.de/)預測蛋白結構域, 預測模型為Normal。

1.2.3 染色體定位及基因復制分析 本研究通過SAMtools (http://samtools.sourceforge.net/)分析獲得條斑紫菜的染色體長度信息, 根據和基因ID在Gff文件中提取相應的基因位置信息, 將提取到的染色體長度信息和基因位置信息提交至網站MapGene2 Chrom (http://mg2c.iask.in/ mg2c_v2.1/), 繪制基因在染色體上的分布圖。為探究2個家族中基因復制情況, 本研究以兩條序列一致度>75%, 比對區域序列長度>較長序列的75%, 基因距離<100 kb為標準進行串聯重復基因篩選, 通過ClustalW比對串聯重復基因的CDS序列, 根據輸出文件計算得到串聯重復基因的非同義替換率/同義替換率(Ka/Ks)值, 并分析串聯重復基因的進化模式。

1.2.4 基因家族系統進化分析 系統進化分析所用臍形紫菜()、紫球藻()、角叉菜()、萊茵衣藻()、團藻()、長囊水云()、擬南芥()以及水稻() 蛋白序列均下載自NCBI數據庫(https://www.ncbi. nlm.nih.gov/), 條斑紫菜()和壇紫菜()相關序列均來自本實驗室通過二代測序和三代測序獲得的高質量基因組。利用本研究中基因家族鑒定方法, 從NCBI下載的蛋白序列信息中提取各物種和家族成員蛋白序列, 利用ClustalW對提取的蛋白序列進行多序列比對, 使用Mega7構建系統進化樹, 建樹方法為最大似然法(Maximum Likelihood), 建樹模型為泊松模型(Poisson Model), 迭代1000次。

1.2.5 失水脅迫材料處理 參考Kim等人(2009)對紫菜葉狀體失水的處理方法, 挑選同批培養的生長狀態良好且日齡為45 d的條斑紫菜葉狀體進行不同程度失水脅迫處理, 處理條件分別設置為失水10%、30%、50%、60%、70%、80%, 失水50%后復水30 min, 失水80%后復水30 min和失水80%后復水60 min, 每組設置三個生物學平行。將藻體置于(10±1) °C培養箱中恒溫失水, 光照為35—45 μmol photons/(m2·s), 樣品失水過程需將藻體平整展開以保證失水均勻, 通過二氧化硅促進失水以縮短中高度失水處理組的失水時間, 將失水時間控制在0.5 h以內。藻體失水率按公式(1)計算, 其中藻體鮮重為處理前去除藻體表面殘留的水分后測得的重量, 藻體干重為60 °C下將新鮮藻體烘干至藻體重量不再變化時測得的重量。

式中, WL: 藻體失水率; FW: 藻體鮮重; TW: 失水后藻體重量; DW: 藻體干重。

1.2.6 基因表達水平檢測 通過對實驗室前期轉錄組數據分析, 選取在條斑紫菜葉狀體中表達豐度較高的、、、和, 探究和在不同失水脅迫下的表達模式。以未經失水處理的條斑紫菜RZ純系葉狀體為對照組, 不同失水和復水條件處理的條斑紫菜RZ葉狀體為實驗組, 每組設置3個生物學平行和3個技術重復, 通過qRT-PCR技術檢測目的基因在不同程度失水脅迫下的表達變化, 引物序列如表1所示。內參基因為不同失水條件下在條斑紫菜中表達穩定的基因(Gao, 2018), 在內參基因的矯正下, 用2-DDCt法計算得到目的基因的相對表達量, 并通過數據統計軟件SPSS (Statistical Product and Service Solutions)對不同失水脅迫條件下基因的相對表達量進行獨立樣本檢驗, 置信區間百分比為95%。

表1 qRT-PCR所用引物序列

Tab.1 Primer sequences used in qRT-PCR

2 結果與分析

2.1 基因家族的鑒定

經過hmmsearch檢索和比對篩選, 最終確定條斑紫菜基因組中基因家族有4個成員, 均含有家族保守結構域, 分別命名為、、和。cDNA序列最短為1377 bp, 最長為2529 bp, 編碼多肽的氨基酸數量為454—465, 分子量從49.51— 51.42 kDa, 等電點從4.33到4.97不等。對蛋白進行亞細胞定位預測, 預測結果顯示Pyα-tubulin 1和Pyα-tubulin 2定位于線粒體, Pyβ-tubulin和Pyγ-tubulin定位于細胞質。條斑紫菜家族共鑒定出11個成員, 均含有驅動蛋白保守運動域, 將11個分別命名為—, cDNA序列最短為1272 bp, 最長為4101 bp, 編碼多肽的氨基酸數量為423—1366, 分子量從41.91—128.26 kDa, 等電點從4.79到10.96不等。亞細胞定位預測結果顯示有8個蛋白定位于細胞核, 3個蛋白定位于細胞質。和基因家族蛋白特征如表2所示。

2.2 基因結構和蛋白結構域分析

條斑紫菜家族基因結構和蛋白結構域分析結果表明,基因結構簡單, 4個基因均不含內含子(圖1a); 蛋白保守基序相似性較高, 所有家族成員均包含motif1-motif 8,缺少motif 9和motif 10,缺少motif 10 (圖1b); 蛋白結構域保守, 4個Py-tubulin蛋白氨基端均包含一個保守的Tubulin蛋白GTP酶結構域, 羧基端均含有一個保守的Tubulin羧基端結構域(圖1c)。

表2 條斑紫菜和基因家族蛋白特征

Tab.2 Protein characteristics of Tubulin and Kinesin gene family in P. yezoensis

圖1 PyTubulin基因家族基因結構和蛋白結構域

注: a:家族內含子-外顯子分布; b:家族motif(基序)分布; c:家族蛋白結構域分布; d:家族motif(基序)序列信息

條斑紫菜家族基因結構和蛋白結構域分析結果表明,基因結構較為簡單, 其中、、和均含有1個內含子, 其余7個基因均不含內含子(圖2a); 不同蛋白保守基序的數量和分布差異較大, 同一蛋白中某一特定motif重復出現頻率高, 如motif 5在PyKinesin 3中出現了10次, 在PyKinesin 10中沒有出現, motif 9在PyKinesin 8中連續出現8次(圖2b); 蛋白結構域保守, 11個蛋白均含有典型的驅動蛋白運動域, 其中有6個Py-Kinesin的運動域在氨基端, 3個Py-Kinesin的運動域在羧基端, 另外2個Py-Kinesin的運動域位于蛋白序列的中間位置(圖2c)。

圖2 PyKinesin基因家族基因結構和蛋白結構域

注: a:家族內含子-外顯子分布; b:家族motif(基序)分布; c:家族蛋白結構域分布; d:家族motif(基序)序列信息

2.3 染色體定位與基因復制分析

基因家族染色體定位分析結果表明、和均定位于2號染色體,定位于1號染色體(圖3)。基因復制分析結果表明和為串聯重復基因, 其非同義替換率Ka=0.0166, 同義替換率Ks=0.8126, Ka/Ks= 0.0204。根據Ka/Ks值估算串聯重復基因的進化選擇模式, Ka/Ks=1表示中性選擇, Ka/Ks<1表示純化選擇, Ka/Ks>1表示正選擇(李曉翠等, 2020), 故和的進化選擇模式為純化選擇。

圖3 PyTubulin基因家族染色體定位

注: PY-1: 條斑紫菜1號染色體; PY-2: 條斑紫菜2號染色體

家族染色體定位結果顯示,、、和分布于1號染色體,、、、和分布于2號染色體,位于3號染色體(圖4)。由于基因組Gff文件中缺少注釋信息, 無法定位?；驈椭品治鼋Y果表明基因家族沒有串聯重復基因。

圖4 PyKinesin基因家族染色體定位

注: PY-1: 條斑紫菜1號染色體; PY-2: 條斑紫菜2號染色體; PY-3: 條斑紫菜3號染色體

2.4 基因家族系統進化分析

對來自條斑紫菜(Py)、壇紫菜(Ph)、臍形紫菜(Pu)、紫球藻(Pp)、角叉菜(Cc)、萊茵衣藻(Cr)、團藻(Vc)、長囊水云(Es)、擬南芥(At)以及水稻(Os)的72條Tubulin蛋白序列構建系統進化樹(圖5)。結果表明, 10個物種的Tubulin蛋白均包含α-tubulin、β-tubulin和γ-tubulin 3大亞家族, 在萊茵衣藻和團藻兩種綠藻中還存在δ-tubulin、ε-tubulin和η-tubulin 3種微管蛋白亞型。在α-tubulin、β-tubulin和γ-tubulin 3大亞家族分支中, 紅藻、褐藻和綠色植物的Tubulin分別形成了獨立的姐妹枝, 條斑紫菜的Tubulin基因均與其他4種紅藻的Tubulin聚在一起, 萊茵衣藻和團藻兩種綠藻與擬南芥和水稻的Tubulin聚在一簇, 長囊水云單獨成一簇。

圖5 PyTubulin基因家族系統進化分析

對條斑紫菜(Py)、壇紫菜(Ph)、臍形紫菜(Pu)、角叉菜(Cc)、萊茵衣藻(Cr)、團藻(Vc)、長囊水云(Es)以及擬南芥(At)家族的系統進化分析顯示(圖6), 152個Kinesin家族蛋白共分為11個Group, 其中Group Ⅰ和Group Ⅺ為藻類中特有的亞型。紅藻分布于其中6個Group, 擬南芥和綠藻均分布于其中9個Group, 褐藻長囊水云在11個Group中均有分布。PyKinesin家族的11個蛋白分布在其中5個Group中, PyKinesin4單獨聚在Group Ⅱ的一個分支中, 其余10個PyKinesin均和其他紅藻Kinesin聚在一起。系統進化分析結果表明, 4個紅藻的基因亞家族種類和基因數量均明顯少于高等植物和其他藻類, 這可能是由于家族在進化過程中發生了基因家族擴張。

2.5 基因表達水平檢測

選取條斑紫菜葉狀體中表達豐度高的和作為目的基因, 利用qRT-PCR技術檢測分析5個基因在不同失水和復水條件下的轉錄變化, 檢測結果如圖7—10所示。和基因在不同失水和復水條件下表現出不同的表達模式,但表達量變化均不顯著, 對失水脅迫沒有明顯的響應。2個基因對失水脅迫呈現出不同的響應模式,對失水脅迫敏感, 其表達量隨著失水程度的增加顯著上調, 在失水50%、60%、70%以及80%時達到對照組的2倍以上, 復水后表達量下調, 在失水80%復水60 min后下調顯著,在不同失水和復水脅迫下表達量均無顯著變化。

圖6 PyKinesin基因家族系統進化分析

圖7 不同失水條件下PyTubulin基因表達量

注: 10%: 失水10%處理組; 30%: 失水30%處理組; 50%: 失水50%處理組; 60%: 失水60%處理組; 70%: 失水70%處理組; 80%: 失水80%處理組; 相對表達量=表達量平均值±標準差(=3)

圖8 不同復水條件下PyTubulin基因表達量

注: a: 失水50%復水組; b: 失水80%復水組; 50%: 失水50%處理組; 80%: 失水80%處理組; 50%-30 min: 失水50%后復水30 min處理組; 80%-30 min: 失水80%后復水30 min處理組; 80%-60 min: 失水80%后復水60 min處理組; 相對表達量=表達量平均值±標準差(=3)

圖9 不同失水條件下PyKinesin基因表達量

注: 10%: 失水10%處理組; 30%: 失水30%處理組; 50%: 失水50%處理組; 60%: 失水60%處理組; 70%: 失水70%處理組; 80%: 失水80%處理組; 相對表達量=表達量平均值±標準差(=3); **:<0.01

圖10 不同復水條件下PyKinesin基因表達量

注: a: 失水50%復水組; b: 失水80%復水組; 50%: 失水50%處理組; 50%-30 min: 失水50%后復水30 min處理組; 80%: 失水80%處理組; 80%-30 min: 失水80%后復水30 min處理組; 80%-60 min: 失水80%后復水60 min處理組; 相對表達量=表達量平均值±標準差(=3); **:<0.01

3 討論

微管是細胞骨架的重要組成部分, 目前在真核生物中共鑒定出7種微管蛋白, 分別是α、γ、β、δ、ε、ζ 和 η 微管蛋白, α、β、γ微管蛋白基因存在于所有真核生物中, 是微管聚合的必需基因, δ、ε、ζ和η微管蛋白基因只在少數真核生物中存在(Dutcher, 2001)。在高等植物中通常有多個/-基因, 棉花中至少有13個, 水稻中至少有8個(Radchuk, 2008), 而白楊中至少存在20個(Oakley, 2007)。本研究發現, 所分析的5種紅藻中只有α、β和 γ 3種微管蛋白基因, 其中條斑紫菜中含有2個、1個和1個, 基因數量明顯少于高等植物。萊茵衣藻和團藻兩種綠藻中除了α、β和γ三種微管蛋白外, 還存在、和。高等植物擬南芥基因組擁有61種驅動蛋白的編碼基因, 是植物基因組中最大的驅動蛋白庫, 硅藻中有25種驅動蛋白, 與綠藻驅動蛋白的數量相近, 而紅藻驅動蛋白()種類明顯少于高等植物和其他藻類,中只有5種驅動蛋白(Richardson, 2006), 臍形紫菜只鑒定出4種驅動蛋白(Brawley, 2017), 本研究在條斑紫菜中鑒定出了11個驅動蛋白基因, 分為5個亞家族。條斑紫菜隸屬于紅藻門, 后者作為一種古老的物種, 其微管及其相關蛋白家族成員數量之少, 可能與其在進化過程中缺乏薄壁組織且無法形成復雜的多細胞結構有關(Brawley, 2017)。

高等植物基因中通常含有多個內含子, 擬南芥中包含4個內含子(Ludwig, 1988), 毛白楊基因中也均包含3—4個內含子(饒國棟等, 2015), 而條斑紫菜家族基因結構比高等植物簡單, 4個均不含內含子。衣藻和被子植物所有的驅動蛋白()都含有內含子, 而紅藻驅動蛋白普遍缺乏內含子, 條斑紫菜驅動蛋白大多不含內含子, 少數驅動蛋白基因只有1個內含子, 這與其他紅藻驅動蛋白內含子的數量相近, 也支持了紅藻基因在進化過程中發生了內含子丟失這一觀點(Hoef, 2005)。

微管骨架是植物細胞響應脅迫信號的傳感器, 脅迫會引起微管骨架的解體和重新聚合(Ma, 2019), 但不同物種中微管結構對失水脅迫的響應方式不同。玉米微管在失水脅迫下參與調控氣孔形態和細胞壁結構, 并通過控制纖維素微纖絲的形成來調節細胞壁的形成和膨壓以增強對干旱的耐受性(Baskin, 1999), 而細胞膨壓與微管的排列方向有關, 螺旋藻微管隨著膨壓的升高從縱向/斜向排列向橫向排列轉換(Iwata, 2001)。仙鶴蘚()微管骨架在失水脅迫影響下從有規律排列的細絲狀重排為無規律排列的較粗的微管束(陳志玲等, 2003)。油菜幼苗細胞的快速失水會導致微管的解聚, 但在低失水脅迫壓力下, 微管結構并沒有明顯的變化(Bagniewska-Zadworna, 2008)。研究也發現, 失水脅迫下基因在轉錄水平上的表達量也呈現顯著變化, 如石南星綠藻() 2個基因的轉錄產物在失水脅迫后期顯著積累(Gasulla, 2013), 表明基因轉錄產物的積累與微管骨架形態的變化及結構的重排有密切關聯。驅動蛋白(Kinesin)利用ATP水解釋放的能量沿微管運動, 具有保守的運動蛋白結構域, 能夠牽動分子貨物沿著微管作長距離運輸(陳珊珊, 2019), 直接參與到細胞骨架在多種生物過程中的排列調節。

項目組前期轉錄組研究表明, 條斑紫菜的和家族在葉狀體和絲狀體中的表達具有顯著的世代特異性。本研究進一步采用qRT-PCR方法檢測了在葉狀體中高表達的、和在失水脅迫下的表達模式, 結果顯示, 不同成員在失水、復水脅迫下的表達模式不同。、和三個基因在不同失水脅迫條件下表達量雖出現浮動, 但并無顯著變化, 在轉錄水平對失水脅迫響應不顯著, 與之前轉錄組結果一致。轉錄組分析發現,在不同失水和復水條件下表達豐度變化不顯著, 因此推測該基因在轉錄水平對失水脅迫也不敏感。在中高度失水條件下表達量顯著上調, 在復水后表達水平又迅速降低,在失水脅迫下表達量沒有顯著變化。轉錄組分析表明,在高度失水時表達豐度顯著增加, 復水后表達豐度降低,在不同失水和復水條件下表達豐度變化不顯著, 與本實驗結果一致。轉錄組分析發現,家族其余基因在失水和復水過程中表達豐度均較低, 且沒有發生顯著變化, 推測該家族其余基因在轉錄水平對失水脅迫不敏感。對基因家族的系統進化分析發現屬于家族, 有研究表明,家族成員具有解聚酶催化活性, 能夠結合在微管末端促進微管的解聚, 在細胞發育、細胞分離以及細胞形態調節等過程均發揮了重要作用(周浩等, 2014)。據此推測,在條斑紫菜細胞響應失水脅迫時, 可能在微管結構的動態調節中發揮重要作用, 但該基因在微管結構的動態調節中如何發揮作用還需要進一步研究。

4 結語

本研究利用生物信息學方法鑒定了條斑紫菜和基因家族, 解析了和家族成員的組成、基因結構、蛋白結構和進化特點, 探究了在葉狀體中高表達的和基因家族成員在不同失水脅迫條件下的表達變化, 為進一步了解微管相關基因在條斑紫菜響應失水脅迫中的作用奠定了基礎。

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IDENTIFICATION AND EXPRESSION PATTERN ANALYSIS OFANDGENE FAMILY INTO DEHYDRATION STRESSES

CUI Zheng-Cai1, KONG Fan-Na1, MAO Yun-Xiang1, 2, SUN Bin1, WANG Jun-Hao1, DONG Dao-Ying1

(1. The Key Laboratory of Marine Genetics and Breeding, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2. Key Laboratory of Utilization and Conservation of Tropical Marine Bioresource (Ministry of Education), College of Fisheries and Life Science, Hainan Tropical Ocean University, Sanya 572022, China)

Microtubules, the main components of the cytoskeleton, play vital important roles in improving the tolerance of organisms by altering their structures in dynamic mechanisms; and they have become one of the research hotspots in the field of stress biology.is an ideal candidate macroalgae for the investigation of the mechanism of stress resistance because of its fast-changing living conditions in intertidal zone. At present, few studies reported the compositions and biological functions of microtubule-related gene families of. In this study, we identified fourgenes (,,,and) and 11genes (—) ingenomeusing bioinformatics methods. The physicochemical properties, gene structures, protein characteristics, chromosomal locations, phylogenetic evolution, and expression patterns of the two gene families inunder dehydration stress were systematically analyzed. The results show that fourgenes could be divided into three subclusters ofgene families and they were scattered on chromosome 1 and chromosome 2 of.andwere tandem repeat genes. Thefamily was conserved in gene and protein structures and insensitive to dehydration stress in transcription level. Five subclusters ofgene families were identified among the 11genes in, which was less than that of higher plants.were scattered on all the three chromosomes ofand there were no tandem repeat genes. Thefamilies had certain differences in gene and protein structures. The expression ofwas significantly enhanced under the medium and high dehydration stress. This study shall laid foundation for further analysis of microtubules in respond to dehydration stress of.

;;; gene family; dehydration stress

* 國家自然科學基金項目, 41976146號, 31672641號。崔正彩, 碩士研究生, E-mail:17860723190@163.com

孔凡娜, 副教授, E-mail: fnkong@ouc.edu.cn

2020-06-21,

2020-07-19

S917.3

10.11693/hyhz20200600174