盐处理下旱生植物沙芥蛋白激酶相关基因的差异表达分析

doi:10.11686/cyxb2020368

摘要/Abstract

摘要：

旱生植物沙芥具有极强的耐盐能力，对其耐盐相关分子基础的研究将为农作物和牧草抗逆性遗传改良提供重要的基因资源。前期研究已采用转录组学研究方法分析了盐胁迫下沙芥功能基因的差异表达情况，并筛选了一批与沙芥耐盐性相关的重要候选功能基因，而盐胁迫下沙芥体内调控基因的表达变化情况未见报道。为进一步揭示沙芥耐盐分子机制，本研究利用已获得的50 mmol·L^-1 NaCl处理6和24 h后沙芥根和叶组织的转录组数据，分析了盐胁迫下沙芥体内蛋白激酶相关基因的差异表达情况。结果表明，50 mmol·L^-1 NaCl处理下沙芥体内大量蛋白激酶相关基因表达发生显著变化。其中，根和地上部中大量富亮氨酸重复类受体蛋白激酶（LRR-RLKs）编码基因的表达在50 mmol·L^-1 NaCl处理6和24 h后均显著上调；50 mmol·L^-1 NaCl短期处理（6 h）后，根和地上部中众多促分裂原活化蛋白激酶级联途径（MAPK/MAPKK/MAPKKK）相关基因的表达被显著诱导，而一些乙烯信号转导途径中重要负调控因子CTR1编码基因在对照处理下均有表达，但在50 mmol·L^-1 NaCl处理6 h后的根中均不表达。上述结果表明，LRR-RLK家族蛋白在沙芥适应盐胁迫过程中可能发挥着重要的调控作用，MAPK/MAPKK/MAPKKK可能参与调控沙芥对短期盐胁迫的响应，CTR1可能在沙芥根系响应盐胁迫过程中发挥负调控功能。

关键词: 沙芥, 盐胁迫, 蛋白激酶, 差异表达基因

Abstract:

The xerophyte Pugionium cornutum possesses strong salt tolerance. Study of the molecular basis of its salt tolerance will provide important genetic resources for the genetic improvement of stress tolerance in crops and forages. In previous studies， by using transcriptomic analysis， the expression pattern of important functional genes in P. cornutum under salt stress has been analyzed， and a number of candidate functional genes related to salt-tolerance of P. cornutum were identified； however， the expression of regulatory genes responding to salt stress in P. cornutum have not been reported. In order to further explore the molecular mechanism concerning salt tolerance of P. cornutum， in this study， the expression pattern of protein kinase related genes in P. cornutum under salt treatment was analyzed， based on the transcriptomic data of root and shoot tissues of P. cornutum exposed to 50 mmol·L^-1 NaCl for 6 and 24 h. The results showed that there were significant changes in the expression of a large number of protein kinase related genes in P. cornutum under 50 mmol·L^-1 NaCl. Among them， the expression of numerous genes encoding leucine-rich repeat receptor protein kinases （LRR-RLKs） were significantly up-regulated in both the root and shoot of P. cornutum after treatment with 50 mmol·L^-1 NaCl for both 6 and 24 h； many genes related to mitogen-activated protein kinase cascade pathways （MAPK/MAPKK/MAPKKK） were significantly up-regulated under short-term salt stress （50 mmol·L^-1 NaCl for 6 h）. Some genes encoding CTR1， an important negative regulator of the ethylene signal transduction pathway， were expressed in roots of P. cornutum under control condition but not expressed in roots under 50 mmol·L^-1 NaCl treatment for 6 h. These results indicate that LRR-RLK proteins may play an important regulatory role in the adaptation of P. cornutum to salt stress， MAPK/MAPKK/MAPKKK may be involved in regulating the response of P. cornutum to short-term salt stress， and CTR1 might function as a negative regulator in the response of P. cornutum to salt stress.

Key words: Pugionium cornutum, salt stress, protein kinase, differentially expressed genes （DEGs）

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图/表 9

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基因Gene	基因编号Gene ID	同源基因Homologous gene	同源物种Homologous species
LRR-RLKs	CL2242.Contig2_All	LRR-RLK （AT5G10020）	拟南芥Arabidopsis thaliana
	CL797.Contig29_All	LRR-RLK （AT3G49670）	亚麻荠Camelina sativa
	CL6717.Contig2_All	LRR-RLK （AT1G29720）	拟南芥A. thaliana
	CL7990.Contig5_All	LRR-RLK （AT3G14350 ）	拟南芥A. thaliana
	Unigene29560_All	LRR-RLK （AT5G07150）	拟南芥A. thaliana
	CL1136.Contig10_All	LRR-RLK （AT1G07560）	拟南芥A. thaliana
WAK	CL807.Contig2_All	WAK 4	拟南芥A. thaliana
EDR1	CL4341.Contig2_All	EDR1	拟南芥A. thaliana
CK	CL1663.Contig1_All	CK II	拟南芥A. thaliana
MAPK/MAPKK/MAPKKK	CL2088.Contig2_All	MAPK 5	拟南芥A. thaliana
MAPK/MAPKK/MAPKKK	CL1291.Contig1_All	MAPK18	拟南芥A. thaliana

基因Gene	基因编号Gene ID	同源基因Homologous gene	同源物种Homologous species
LRR-RLKs	CL2242.Contig2_All	LRR-RLK （AT5G10020）	拟南芥Arabidopsis thaliana
	CL797.Contig29_All	LRR-RLK （AT3G49670）	亚麻荠Camelina sativa
	CL6717.Contig2_All	LRR-RLK （AT1G29720）	拟南芥A. thaliana
	CL7990.Contig5_All	LRR-RLK （AT3G14350 ）	拟南芥A. thaliana
	Unigene29560_All	LRR-RLK （AT5G07150）	拟南芥A. thaliana
	CL1136.Contig10_All	LRR-RLK （AT1G07560）	拟南芥A. thaliana
WAK	CL807.Contig2_All	WAK 4	拟南芥A. thaliana
EDR1	CL4341.Contig2_All	EDR1	拟南芥A. thaliana
CK	CL1663.Contig1_All	CK II	拟南芥A. thaliana
MAPK/MAPKK/MAPKKK	CL2088.Contig2_All	MAPK 5	拟南芥A. thaliana
MAPK/MAPKK/MAPKKK	CL1291.Contig1_All	MAPK18	拟南芥A. thaliana

处理时间Treatments time （h）	基因编号Gene ID	同源基因Homologous gene	同源物种Homologous species
6	CL3516.Contig2_All	CTR1	拟南芥A. thaliana
6	CL2980.Contig2_All	CTR1	琴叶拟南芥Arabidopsis lyrata
24	CL2548.Contig11_All	CTR1	拟南芥A. thaliana
	CL2980.Contig4_All	CTR1	琴叶拟南芥A. lyrata
	CL3385.Contig7_All	CTR1	琴叶拟南芥A. lyrata

处理时间Treatments time （h）	基因编号Gene ID	同源基因Homologous gene	同源物种Homologous species
6	CL3516.Contig2_All	CTR1	拟南芥A. thaliana
6	CL2980.Contig2_All	CTR1	琴叶拟南芥Arabidopsis lyrata
24	CL2548.Contig11_All	CTR1	拟南芥A. thaliana
	CL2980.Contig4_All	CTR1	琴叶拟南芥A. lyrata
	CL3385.Contig7_All	CTR1	琴叶拟南芥A. lyrata

基因Gene	基因编号Gene ID	同源基因Homologous gene	同源物种Homologous species
LRR-RLKs	CL797.Contig15_All	LRR-RLK （AT3G49670）	拟南芥A. thaliana
	CL2242.Contig1_All	LRR-RLK （AT5G10020）	拟南芥A. thaliana
	CL217.Contig3_All	LRR-RLK （AT1G07650）	拟南芥A. thaliana
CDPK	CL5176.Contig7_All	CDPK5	拟南芥A. thaliana
CDPK	Unigene12783_All	CDPK6	拟南芥A. thaliana
CK	Unigene2819_All	CKI	拟南芥A. thaliana