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辣椒R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与比较进化分析
植物学报
2021, 56 (3):
315-329.
DOI: 10.11983/CBB20143
MYB转录因子作为植物中最大的转录因子家族之一, 参与植物的生长、代谢、抵御生物和非生物胁迫等多种生理生化过程。R2R3-MYB是MYB转录因子家族的主要存在形式。辣椒是具有重要经济价值的蔬菜作物, 其R2R3-MYB转录因子缺乏系统的研究。从一年生辣椒(Capsicum annuum)、浆果状辣椒(C. baccatum)和中国辣椒(C. chinense)基因组中分别鉴定出94、92和94个R2R3-MYB基因, 基于系统发育关系将其分为28个亚族。共线性分析表明, 3种辣椒间存在73组直系同源R2R3-MYB基因, 一年生辣椒、浆果状辣椒和中国辣椒分别存在5、4和2个特有的R2R3-MYB基因。鉴定出12对重复基因, 其中8对是串联重复基因, 它们在3种辣椒分化前就已经存在。比较基因组学分析表明, 在辣椒进化过程中同源R2R3-MYB转录因子发生了功能分化。组织表达分析表明, 辣椒R2R3-MYB基因主要有3种表达特征: 在根、叶、茎和花中均高表达, 如CaMYB13/CbMYB12/CcMYB13; 仅在花中高表达, 如CaMYB93/CbMYB86/CcMYB12; 仅在根中高表达, 如CaMYB48/CbMYB47/CcMYB51。研究结果为深入揭示R2R3-MYB转录因子在辣椒生长发育中的生物学功能奠定了基础。  View image in article
图7
一年生辣椒(Ca)、浆果状辣椒(Cb)和中国辣椒(Cc) R2R3-MYB基因的组织表达特征颜色条表示R2R3-MYB基因在不同组织中log10(FPKM+1)值的变化范围。红色字体的基因进行了qRT-PCR验证。
正文中引用本图/表的段落
基于73组直系同源基因的转录组数据, 我们发现不同辣椒的R2R3-MYB基因在4种组织中的表达具有明显差异(图7)。综合分析发现主要有3种表达模式: (1) 在根、叶、茎和花4种组织中均高表达, 但表达量不尽相同, 如CaMYB13/CbMYB12/CcMYB13、CaMYB34/CbMYB92/CcMYB34和CaMYB35/CbMYB29/CcMYB35, 表明这些基因可能在调控辣椒生长发育过程中起重要作用; (2) 在花中特异或高表达的基因, 如CaMYB93/CbMYB86/CcMYB12; (3) 在根中特异或高表达的基因, 如CaMYB48/CbMYB47/ CcMYB51和CaMYB80/CbMYB78/CcMYB82, 这些基因可能参与相应组织发育的某些生物学过程。此外, 大多数直系同源基因在3种辣椒中的表达特征类似, 但还存在一些直系同源基因在同一组织中表达模式不同。例如, CaMYB31在所有组织中均不表达, 而它的直系同源基因CbMYB27和CcMYB31在根中表达, 表明这些直系同源基因可能发生了功能分化。
R2R3-MYB转录因子参与辣椒不同组织的发育, 并且有部分转录因子表现出组织特异性表达(图7)。例如, CaMYB39/CbMYB88/CcMYB39和CaMYB93/ CbMYB86/CcMYB12主要在花中特异表达, 且CaMYB93与拟南芥AtMYB112序列相似性较高, 而AtMYB112在花青苷积累中起重要的调节作用(Lotkowska et al., 2015), 表明CaMYB93/CbMYB86/ CcMYB12可能是辣椒花青素积累的重要调节因子。一些在根或花中特异性表达的R2R3-MYB基因也是进行功能分析的理想候选基因。此外, 还有一些直系同源基因表现出不同的表达模式。例如, CaMYB30/ CbMYB30/CcMYB29中CaMYB30在所有组织中的表达量较低, 而CbMYB30在叶片和根中高表达, 但CcMYB29在花中高表达。表明这些直系同源基因虽然存在一定的功能保守性, 但也存在功能分化。12对重复基因中CaMYB54/88、CaMYB60/75、CaMYB87/88、CbMYB52/53和CcMYB52/53表达模式出现差异, 说明虽然这些重复基因之间的序列相似性较高, 但也存在一定程度的功能分化。此外, 受到正选择的直系同源基因在不同组织中的表达模式也出现差异(如CaMYB18/CbMYB91); 受到纯化选择的一些直系同源基因对也表现出组织表达差异(图7)。这些结果表明, 除了受环境影响之外, 还有其它原因导致同源基因出现功能分化, 值得进一步研究。
本文的其它图/表
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