文章摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是茄科茄属一年生作物,是仅次于小麦、玉米、水稻的第四大粮食作物,也是贫困地区实现脱贫的首选农作物之一。马铃薯在生长发育过程中易受到多种生物胁迫和非生物胁迫,其中干旱和盐碱胁迫尤为严重。泛素蛋白酶体系统是一种广泛存在于真核生物体内的蛋白质降解途径,其过程类似于磷酸化修饰,相关研究报道发现该过程广泛参与植物的生长发育,尤其在遭受生物胁迫和非生物胁迫过程中发挥重要作用。该途径包括泛素(Ubiquitin, Ub)、泛素激活酶(Ubiquitin-activating enzyme, E1)、泛素结合酶(Ubiquitin conjugating enzymes, E2)、泛素连接酶(Ubiquitin-ligase enzyme,E3)、 26S蛋白酶体(26S proteasomes)和去泛素化酶(Deubiquitinating enzyme, DUB)。泛素化过程包括三步酶联反应,首先在ATP的作用下, Ub与E1的半胱氨酸残基结合从而激活Ub,形成E1-S-Ub复合体;其次E1-S-Ub复合体将Ub传递至E2的半胱氨酸残基形成E2-S-Ub复合物;最后E2通过E3以直接或者间接的方式将Ub传递至底物分子从而实现与靶蛋白的结合,最终实现蛋白质降解或修饰功能。课题组在马铃薯泛素结合酶筛选时发现了一个干旱响应基因St UBC30,本研究对马铃薯泛素结合酶St UBC30基因进行了生物信息学分析,并用qRT-PCR技术对在不同处理下基因表达水平和组织表达差异进行分析,旨在为后续马铃薯StUBC30基因功能解析奠定基础。用NCBI的BLAST筛选得到22个与马铃薯St UBC30同源性较高的蛋白序列,通过MEGA7.0构建系统发育进化树,发现马铃薯St UBC30与同为茄科的辣椒进化关系最为接近;蛋白序列比对发现该蛋白与其余22个物种的相似度均在90%以上,并且都含有一个保守的三肽结构域(HPN)。ProtParam分析发现StUBC30是由142个氨基酸构成的亲水性不稳定蛋白,其中脯氨酸占比最高,为9.2%。第27位天冬酰胺亲水系数最高(2.122),第126位谷氨酸亲水系数最低(-3.633)。该蛋白相对分子量约为16.16 kDa,等电点为4.75,带负电荷的氨基酸残基有天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu),共18个;带正电荷的氨基酸残基有精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys),共13个。SOMAP二级结构预测发现该结构中包含有α-螺旋、β-折叠、无规则卷曲以及延伸链,其中α-螺旋占比最高为39.47%;SWISS-Model三级结构预测发现该蛋白在同为茄科的马铃薯和辣椒中三级结构完全一致;顺式作用元件分析发现其含有3种激素(脱落酸、赤霉素、茉莉酸甲酯)响应元件。以马铃薯栽培种"大西洋"根、茎、叶和花为材料,探究其组织表达特性,发现StUBC30基因在不同组织中均有所表达,但在叶片中表达水平明显高于其他组织;同时以抗旱性不同的马铃薯品种("大西洋""青薯9号""费乌瑞它"和"夏坡蒂")为材料,分别对其干旱、盐和激素(脱落酸和水杨酸)处理48 h,并在第0, 0.5, 1, 2, 4, 12, 24和48 h采集植株叶片,用qRT-PCR技术分析其在不同处理下基因表达水平,结果发现不论何种胁迫,该基因表达均呈现先上升后下降的趋势,其中NaCl处理下,"大西洋"在第24 h上调表达明显,为0 h的58.71倍;干旱处理下,"青薯9号"在第24 h表达水平最高,为0 h的47.94倍;激素(脱落酸和水杨酸)处理下该基因在"青薯9号"中表达水平明显高于其他品种,说明StUBC30基因受到干旱、盐、脱落酸和水杨酸的诱导表达。总之,StUBC30基因的表达受到多种胁迫诱导,可能参与马铃薯生长过程中对不利环境因素的应答。后续将进一步通过转基因和酵母双杂交等技术研究该基因的功能以及所参与的代谢通路。

文章关键词:马铃薯,StUBC30,生物信息学分析,表达模式,

论文作者:付学^1,2 马瑞^1,2 唐勋^2,3 杨江伟³ 晋昕³ 张宁³ 

作者单位:1. 甘肃农业大学农学院 3. 甘肃农业大学生命科学技术学院 

论文DOI: 10.26914/c.cnkihy.2021.013205

论文分类号: S532

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文章来源：热带作物学报 网址: http://rdzwxb.400nongye.com/lunwen/itemid-106191.shtml

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