陆地棉GELP家族基因鉴定及其响应胁迫的表达分析

doi:10.13304/j.nykjdb.2021.0389

摘要/Abstract

摘要：

GELP型脂肪酶（GDSL-type esterase/lipase proteins，GELPs）是一类N端含有GDSL-motif的脂质水解酶，在植物生长发育、应激反应及病原菌防御中均发挥非常重要的作用。基于最新发布的陆地棉基因组数据，从全基因组水平上鉴定出210个陆地棉GELP基因，根据系统发育关系将其分为10个亚家族（A～J）。这些GhGELP基因不均匀地分布在26条染色体上，且主要分布在染色体两端。基因结构分析表明，高达66.7%的GhGELP基因被4个内含子打断，其编码区域由5个外显子组成。分析发现，GhGELP基因启动子区域共存在7种激素和逆境胁迫响应元件。最后，利用RNA-seq数据研究了GhGELP基因在黄萎病菌和多种非生物胁迫处理下的表达谱。表达分析显示，大多数GhGELP基因响应黄萎病菌诱导后表达量下调，受非生物胁迫诱导后亦呈下调表达趋势，且一些成员可同时响应多种非生物胁迫。对棉花GELP基因家族进行了鉴定和分析，为后续研究其功能提供了一定的理论依据。

关键词: 陆地棉, GELP基因家族, 基因鉴定, 系统发育分析, 胁迫响应

Abstract:

GDSL-type esterase/lipase proteins （GELPs） belong to lipolytic enzyme， which contain conserved GDSL motif at their N-terminus. GELPs play crucial roles in growth and development， stress responses and pathogen defense. However， the identification and functional analysis of GELP genes are hardly explored in cotton. This study identified 210 GELP genes in the G. hirsutum L genome and they were divided into ten clusters （A～J） by phylogenetic analysis. The GhGELPs were universally and unevenly distributed on all 26 chromosomes， the majority of which were located on chromosome ends. Gene structure analysis revealed that more than 66.7% of GhGELP genes were interrupted by 4 introns and composed of 5 exons in their coding regions. Further， the presence of cis-elements potentially related to the hormonal signal and stresses responses were surveyed， and a total of seven types cis-elements in the promoters were predicted. Finally， RNA-seq data were used to investigate the expression profiles of GhGELP genes under different biotic and abiotic stress treatments. The expression analysis revealed that majority of GhGELPs were down-regulated in response to cold， hot， salt， PEG and Verticilliumdahliae infection. In addition， some members could be simultaneously induced by multiple abiotic stresses. This paper identified the family members of cotton GhGELP genes， which provided theoretical basis for future studies of cotton GELP genes.

Key words: Gossypiumhirsutum L．, GELP gene family, gene identification, phylogenetic analysis, stress response

中图分类号:

S562

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图/表 6

图1 陆地棉和拟南芥GELP家族成员进化分析注：构建拟南芥和陆地棉GELP蛋白系统发育树，将GELP分为10个亚族（A～J）。不同亚族用不同的颜色标注。

Fig.1 Phylogenetic analysis of GELP proteins in cotton and ArabidopsisNote： Phylogenetic tree of GELP proteins from Arabidopsis and G. hirsutum. The GELP members are divided into 10 subfamilies（A～J）. The branches of different subfamilies are marked using different colors.

图2 陆地棉GELP家族成员的染色体分布

Fig.2 Chromosomal location of the 210 GhGELP genes in G．hirsutum L.

图3 陆地棉GELP基因家族成员保守基序分析注：保守氨基酸残基Ser-Gly-Asn-His用红色三角形标记。

Fig.3 Motif logos of four conservative blocks detected in GhGELP proteinsNote： Conservative amino acid residue Ser-Gly-Asn-His is marked by red triangle.

图4 陆地棉GELP基因在黄萎病胁迫下的表达模式注：红色表示表达上调，蓝色表示表达下调。2 h、6 h、 12 h、24 h和48 h代表黄萎病菌胁迫处理时间。

Fig.4 Expression profiles of GhGELPs from upland cotton inoculated with V. dahliaeNote： Red color indicates up-regulation expression. Blue color indicates down-regulation expression. 2 h， 6 h， 12 h， 24 h and 48 h represent the processing time under V.dahliae stress conditions.

图5 陆地棉GELP基因在各种非生物胁迫下的表达模式注：差异表达倍数FC（fold change）代表胁迫处理FPKM与对照FPKM的比值。红色表示表达上调，蓝色表示表达下调。1 h、3 h、6 h、12 h代表盐胁迫、PEG胁迫、热胁迫和冷胁迫处理时间。

Fig.5 Expression profiles of GhGELPs in response to different abiotic stressNote：FC is the ratio of treatment FPKM to control FPKM. Red color indicates up-regulation expression， blue color indicates down-regulation expression. 1 h， 3 h， 6 h， and 12 h represent the processing time under four abiotic stress conditions.

表1 GhGELP基因对不同胁迫处理的响应

Table 1 GhGELP genes response to different abiotic stress

基因名称 Gene name	盐 Salt	PEG	热 Hot	冷 Cold	基因名称 Gene name	盐 Salt	PEG	热 Hot	冷 Cold
GhGELP1	√	√			GhGELP109		√	√
GhGELP2	√	√	√	√	GhGELP114	√	√	√	√
GhGELP5	√	√	√	√	GhGELP115		√	√
GhGELP6		√			GhGELP118	√	√	√	√
GhGELP7		√	√		GhGELP119	√	√	√	√
GhGELP9			√	√	GhGELP120			√
GhGELP10	√		√		GhGELP124		√
GhGELP15			√		GhGELP127	√	√	√
GhGELP26	√	√	√		GhGELP128				√
GhGELP29	√	√	√	√	GhGELP131		√	√
GhGELP30	√	√	√		GhGELP133	√	√	√	√
GhGELP32	√	√		√	GhGELP136			√	√
GhGELP33	√			√	GhGELP137	√	√	√	√
GhGELP37	√	√	√	√	GhGELP138			√	√
GhGELP38			√	√	GhGELP139			√	√
GhGELP41	√	√			GhGELP144	√	√		√
GhGELP42	√	√	√		GhGELP146	√	√
GhGELP43	√	√		√	GhGELP149	√	√	√	√
GhGELP46	√	√	√		GhGELP153	√	√
GhGELP50	√	√			GhGELP154	√	√
GhGELP51	√	√	√	√	GhGELP157	√
GhGELP55		√			GhGELP163		√
GhGELP59	√	√			GhGELP164	√	√
GhGELP60	√	√			GhGELP165	√	√
GhGELP69	√	√	√		GhGELP175	√	√	√
GhGELP71	√		√	√	GhGELP176	√
GhGELP72	√		√	√	GhGELP177	√	√
GhGELP79	√				GhGELP178	√	√
GhGELP81	√	√		√	GhGELP185	√	√	√	√
GhGELP84	√	√			GhGELP186	√	√		√
GhGELP85	√	√		√	GhGELP187		√		√
GhGELP86	√			√	GhGELP190	√	√
GhGELP90	√	√	√	√	GhGELP191	√	√		√
GhGELP92				√	GhGELP192			√	√
GhGELP98	√				GhGELP197	√	√
GhGELP99	√				GhGELP199				√
GhGELP104	√	√	√	√	GhGELP205	√	√		√
GhGELP107	√				GhGELP207	√	√	√
GhGELP108		√			GhGELP208				√

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