蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

doi:10.11686/cyxb2021237

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (1): 181-194.DOI: 10.11686/cyxb2021237

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蒺藜苜蓿cation/H⁺ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

吴彤(), 刘云苗, 金军, 董伟峰, 才晓溪, 孙明哲, 贾博为(), 孙晓丽()

黑龙江八一农垦大学作物逆境分子生物学实验室，黑龙江大庆 163319

收稿日期:2021-06-17 修回日期:2021-07-19 出版日期:2021-12-01 发布日期:2021-12-01
通讯作者: 贾博为,孙晓丽
作者简介:Corresponding author. E-mail： csmbl2016@126.com
Corresponding author. E-mail： jiabowei_paper@163.com
吴彤（1999-），女，黑龙江双鸭山人，硕士。E-mail： 237858854@qq.com
基金资助:
黑龙江八一农垦大学大学生创新创业训练计划项目(202010223045);国家自然科学基金(32000212);中央支持地方高校改革发展资金人才培养支持计划项目，黑龙江八一农垦大学基础培育计划(ZRCPY201902);黑龙江八一农垦大学引进人才科研启动计划(XYB201902)

Identification and expression characteristics of a cation/H⁺ exchanger gene family in Medicago truncatula

Tong WU(), Yun-miao LIU, Jun JIN, Wei-feng DONG, Xiao-xi CAI, Ming-zhe SUN, Bo-wei JIA(), Xiao-li SUN()

Crop Stress Molecular Biology Lab，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China

Received:2021-06-17 Revised:2021-07-19 Online:2021-12-01 Published:2021-12-01
Contact: Bo-wei JIA,Xiao-li SUN

摘要/Abstract

摘要：

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger，CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族，其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域，对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段，系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因，通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs；染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上；同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近，而与水稻亲缘关系远；进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组，并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守；顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件；表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达，并且响应干旱、低温等非生物胁迫。

关键词: 蒺藜苜蓿, 阳离子质子转运体, CHX, 生物信息学

Abstract:

The CPA （cation proton antiporter） superfamily regulates intracellular ion and pH homeostasis by transporting proton and monovalent metal ions. Cation/H⁺ exchangers （CHX） belong to cation proton antiporter 2 （CPA2） superfamily. CPA2 members contain an Na⁺/H⁺ exchanger domain at the N terminus， which plays an important role in maintaining ion balance and flower organ development. In this study， CHX family genes from Medicago truncatula were systematically analyzed using bioinformatics， and a total of 47 non-redundant MtCHXs were identified by genome-wide screening. Chromosome location analysis showed that MtCHXs were distributed on 8 different chromosomes. Homology analysis indicated that alfalfa was closely related to Arabidopsis， but far removed from rice （Oryza sativa）. According to their evolutionary relationship， the 47 MtCHXs were further divided into 5 groups， andgene structure and motif of MtCHX genes within each group were conserved. In addition， analysis of the cis-acting element revealed that the MtCHXs gene promoter contained numbers of light-responsive elements， hormone-responsive elements， drought， low temperature and wound responsive elements. Further analysis of expression characteristics indicated that MtCHXs were highly expressed in reproductive organs and responded to abiotic stresses such as drought and low temperature.

Key words: Medicago truncatula, cation proton antiporter, CHX, bioinformatics

吴彤, 刘云苗, 金军, 董伟峰, 才晓溪, 孙明哲, 贾博为, 孙晓丽. 蒺藜苜蓿cation/H⁺ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析[J]. 草业学报, 2022, 31(1): 181-194.

Tong WU, Yun-miao LIU, Jun JIN, Wei-feng DONG, Xiao-xi CAI, Ming-zhe SUN, Bo-wei JIA, Xiao-li SUN. Identification and expression characteristics of a cation/H⁺ exchanger gene family in Medicago truncatula[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(1): 181-194.

图/表 11

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序号 Number	基因名 Gene name	基因ID Gene ID	序列长度Sequence length				跨膜结构数目 No. of transmembrane	预测蛋白定位 Predicted location
序号 Number	基因名 Gene name	基因ID Gene ID	基因序列 DNA （bp）	转录本 Transcript （bp）	编码区 CDS （bp）	蛋白 Protein （aa）	跨膜结构数目 No. of transmembrane	预测蛋白定位 Predicted location
1	MtCHX1	Medtr3g110700	2524	2358	2358	785	11	PM
2	MtCHX2	Medtr4g029520	2904	2367	2367	788	12	PM
3	MtCHX3.1	Medtr5g088450	3246	2415	2415	804	9	PM
4	MtCHX3.2	Medtr5g088470	3050	2397	2397	798	12	PM
5	MtCHX3.3	Medtr5g088430	3255	2406	2406	801	13	PM
6	MtCHX3.4	Medtr3g083850	3152	2394	2394	797	12	PM
7	MtCHX3.5	Medtr6g015940	2913	2373	2373	790	8	PM
8	MtCHX3.6	Medtr8g085260	2880	2385	2385	794	12	PM
9	MtCHX3.7	Medtr3g498715	2851	2397	2397	798	9	PM
10	MtCHX3.8	Medtr5g088790	3175	2466	2466	821	10	PM
11	MtCHX3.9	Medtr7g052895	2980	2190	2190	729	10	PM
12	MtCHX3.10	Medtr7g053000	3148	2466	2466	821	9	PM
13	MtCHX4.1	Medtr5g088840	2805	2466	2466	821	9	PM
14	MtCHX4.2	Medtr7g052680	3177	2466	2466	821	9	PM
15	MtCHX4.3	Medtr7g052970	3148	2466	2466	821	10	PM
16	MtCHX6a.1	Medtr6g053320	4103	2840	2319	772	10	PM
17	MtCHX13	Medtr3g031160	3075	2367	2367	788	10	PM
18	MtCHX14.1	Medtr5g074360	3383	2463	2463	820	11	PM
19	MtCHX14.2	Medtr5g074380	3932	2580	2580	859	11	PM
20	MtCHX14.3	Medtr5g074340	4814	2472	2472	823	9	PM
21	MtCHX15.1	Medtr3g071990	3746	2933	2442	813	12	PM
22	MtCHX15.2	Medtr3g031170	3612	2400	2400	799	10	PM
23	MtCHX15.3	Medtr5g074320	2612	2256	2256	751	10	PM
24	MtCHX15.4	Medtr3g071870	3200	2484	2484	827	10	PM
25	MtCHX15.5	Medtr3g071880	3169	2466	2466	821	10	PM
26	MtCHX15.6	Medtr2g011520	3139	2442	2442	813	12	PM
27	MtCHX15.7	Medtr3g096380	2801	2619	2517	838	12	PM
28	MtCHX15.8	Medtr8g093780	2741	2496	2496	831	12	PM
29	MtCHX18.1	Medtr5g009780	3692	2683	2412	803	10	PM
30	MtCHX18.2	Medtr5g009800	3026	2322	2322	773	9	PM
31	MtCHX18.3	Medtr5g009770	5043	4085	2403	800	12	PM
32	MtCHX19.1	Medtr4g078120	3509	2460	2460	819	10	PM
33	MtCHX19.2	Medtr4g123583	7284	2591	2436	811	10	PM
34	MtCHX20.1	Medtr7g099820	6199	2683	2439	812	9	PM
35	MtCHX20.2	Medtr7g099750	8579	3300	2535	844	11	PM
36	MtCHX20.3	Medtr7g099800	6317	3111	2556	851	10	PM
37	MtCHX23.1	Medtr3g037270	4511	2448	2448	815	10	PM
38	MtCHX23.2	Medtr3g037260	2973	2442	2442	813	11	PM
39	MtCHX23.3	Medtr5g067690	3624	2451	2451	816	10	PM
40	MtCHX23.4	Medtr0002s1180	3901	2433	2433	810	11	PM
41	MtCHX23.5	Medtr1g045870	3637	2454	2379	792	10	PM
42	MtCHX23.6	Medtr1g043400	3728	2601	2424	807	10	PM
43	MtCHX23.7	Medtr2g040100	3664	2523	2523	840	8	PM
44	MtCHX23.8	Medtr7g085870	3367	2496	2496	831	10	PM
45	MtCHX25	Medtr3g465680	3108	2763	2763	920	10	PM
46	MtCHX28.1	Medtr4g037755	2447	2358	2358	785	10	PM
47	MtCHX28.2	Medtr3g031030	3350	2361	2361	786	11	PM

序号 Number	基因名 Gene name	基因ID Gene ID	序列长度Sequence length				跨膜结构数目 No. of transmembrane	预测蛋白定位 Predicted location
序号 Number	基因名 Gene name	基因ID Gene ID	基因序列 DNA （bp）	转录本 Transcript （bp）	编码区 CDS （bp）	蛋白 Protein （aa）	跨膜结构数目 No. of transmembrane	预测蛋白定位 Predicted location
1	MtCHX1	Medtr3g110700	2524	2358	2358	785	11	PM
2	MtCHX2	Medtr4g029520	2904	2367	2367	788	12	PM
3	MtCHX3.1	Medtr5g088450	3246	2415	2415	804	9	PM
4	MtCHX3.2	Medtr5g088470	3050	2397	2397	798	12	PM
5	MtCHX3.3	Medtr5g088430	3255	2406	2406	801	13	PM
6	MtCHX3.4	Medtr3g083850	3152	2394	2394	797	12	PM
7	MtCHX3.5	Medtr6g015940	2913	2373	2373	790	8	PM
8	MtCHX3.6	Medtr8g085260	2880	2385	2385	794	12	PM
9	MtCHX3.7	Medtr3g498715	2851	2397	2397	798	9	PM
10	MtCHX3.8	Medtr5g088790	3175	2466	2466	821	10	PM
11	MtCHX3.9	Medtr7g052895	2980	2190	2190	729	10	PM
12	MtCHX3.10	Medtr7g053000	3148	2466	2466	821	9	PM
13	MtCHX4.1	Medtr5g088840	2805	2466	2466	821	9	PM
14	MtCHX4.2	Medtr7g052680	3177	2466	2466	821	9	PM
15	MtCHX4.3	Medtr7g052970	3148	2466	2466	821	10	PM
16	MtCHX6a.1	Medtr6g053320	4103	2840	2319	772	10	PM
17	MtCHX13	Medtr3g031160	3075	2367	2367	788	10	PM
18	MtCHX14.1	Medtr5g074360	3383	2463	2463	820	11	PM
19	MtCHX14.2	Medtr5g074380	3932	2580	2580	859	11	PM
20	MtCHX14.3	Medtr5g074340	4814	2472	2472	823	9	PM
21	MtCHX15.1	Medtr3g071990	3746	2933	2442	813	12	PM
22	MtCHX15.2	Medtr3g031170	3612	2400	2400	799	10	PM
23	MtCHX15.3	Medtr5g074320	2612	2256	2256	751	10	PM
24	MtCHX15.4	Medtr3g071870	3200	2484	2484	827	10	PM
25	MtCHX15.5	Medtr3g071880	3169	2466	2466	821	10	PM
26	MtCHX15.6	Medtr2g011520	3139	2442	2442	813	12	PM
27	MtCHX15.7	Medtr3g096380	2801	2619	2517	838	12	PM
28	MtCHX15.8	Medtr8g093780	2741	2496	2496	831	12	PM
29	MtCHX18.1	Medtr5g009780	3692	2683	2412	803	10	PM
30	MtCHX18.2	Medtr5g009800	3026	2322	2322	773	9	PM
31	MtCHX18.3	Medtr5g009770	5043	4085	2403	800	12	PM
32	MtCHX19.1	Medtr4g078120	3509	2460	2460	819	10	PM
33	MtCHX19.2	Medtr4g123583	7284	2591	2436	811	10	PM
34	MtCHX20.1	Medtr7g099820	6199	2683	2439	812	9	PM
35	MtCHX20.2	Medtr7g099750	8579	3300	2535	844	11	PM
36	MtCHX20.3	Medtr7g099800	6317	3111	2556	851	10	PM
37	MtCHX23.1	Medtr3g037270	4511	2448	2448	815	10	PM
38	MtCHX23.2	Medtr3g037260	2973	2442	2442	813	11	PM
39	MtCHX23.3	Medtr5g067690	3624	2451	2451	816	10	PM
40	MtCHX23.4	Medtr0002s1180	3901	2433	2433	810	11	PM
41	MtCHX23.5	Medtr1g045870	3637	2454	2379	792	10	PM
42	MtCHX23.6	Medtr1g043400	3728	2601	2424	807	10	PM
43	MtCHX23.7	Medtr2g040100	3664	2523	2523	840	8	PM
44	MtCHX23.8	Medtr7g085870	3367	2496	2496	831	10	PM
45	MtCHX25	Medtr3g465680	3108	2763	2763	920	10	PM
46	MtCHX28.1	Medtr4g037755	2447	2358	2358	785	10	PM
47	MtCHX28.2	Medtr3g031030	3350	2361	2361	786	11	PM

[1]	刘文文, 崔会婷, 尉春雪, 龙瑞才, 康俊梅, 杨青川, 王珍. 蒺藜苜蓿叶绿素酸酯a加氧酶(MtCAO)基因的克隆与功能分析[J]. 草业学报, 2020, 29(5): 171-181.
[2]	张智琦, 王珍, 张铁军, 龙瑞才, 杨青川, 康俊梅. 蒺藜苜蓿MtNSN1的克隆与功能分析[J]. 草业学报, 2019, 28(8): 200-208.
[3]	王小山, 季晓敏, 刘隆阳, 纪冰沁, 田银芳. EBR对NaCl胁迫下苜蓿属植物离子吸收和分配的影响[J]. 草业学报, 2018, 27(9): 110-119.
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[5]	任海龙, 魏臻武, 陈祥. 蒺藜苜蓿、天蓝苜蓿、金花菜基因组SNP穿梭标记开发[J]. 草业学报, 2017, 26(4): 188-195.
[6]	张雪, 孙鑫博, 樊波, 张胤冰, 韩烈保, 许立新. 结缕草ZjCSD基因的克隆及表达分析[J]. 草业学报, 2017, 26(2): 102-110.
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[13]	王丽,张俊莲,张金文,刘玉汇,白江平,余斌,杨宏羽,王蒂. 拟南芥高亲和性K⁺载体蛋白基因cDNA克隆及其序列特征分析[J]. 草业学报, 2013, 22(6): 230-238.
[14]	姜格格,宋丽莉,郭东林,蔡洪生,郭长虹,束永俊. 蒺藜苜蓿耐酸铝性状的全基因组关联分析[J]. 草业学报, 2013, 22(4): 170-178.
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蒺藜苜蓿cation/H⁺ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

Identification and expression characteristics of a cation/H⁺ exchanger gene family in Medicago truncatula

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