草莓泛素结合酶基因家族鉴定和调控果实成熟的功能初探

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E2泛素结合酶(Ubiquitin conjugating enzyme,UBC)是泛素蛋白酶体系统的重要组成部分,在植物发育、生长和外界胁迫反应中发挥重要作用。近年来,越来越多的研究表明,E2在多种果实成熟过程中起着重要作用,是否调控草莓果实成熟还不清楚。本研究利用生物信息学方法对草莓(Fragaria×ananassa Duch.)的UBC家族成员全基因组进行系统分析,探究其在草莓成熟过程中的基因功能。主要研究结果如下:1、通过隐马尔科夫模型搜索从栽培草莓基因组中共鉴定出191个UBC基因,这些基因在栽培草莓4个亚基因组的28条染色体上分布不均匀,每条染色体有3-11个基因。此外,草莓中FaUBC基因的扩增主要受全基因组重复(Whole genome duplication,WGD)驱动。所有的FaUBC基因被划分为13个组,其中大部分属于Ⅵ组。基因结构分析显示,外显子数量在1-23个之间,基因结构在同一组中差异不大,但在不同组中存在差异。2、通过对该启动子的顺式作用元件的鉴定,发现了响应植物生长发育、响应植物激素以及非生物和生物胁迫的多种调控元件。功能注释数据表明,FaUBC基因在多种生物过程中发挥着作用。RNA-seq数据显示,FaUBC基因在果实成熟过程中表现出不同的表达模式,并分为6个聚类。特别是簇3在果实转红阶段表达突然增加,推测与果实成熟有关。3、采用瞬时过表达法对FaUBC76和FaUBC78进行基因功能分析。结果表明,FaUBC76通过上调草莓果实花青素的积累,对草莓果实的发育和成熟具有积极的促进作用。此外,一些成熟相关基因的表达也显著增加,进一步支持了FaUBC76在果实成熟调控中的作用。相反,过表达FaUBC78显著增加了草莓果实的硬度,说明FaUBC78对草莓果实硬度的下降有积极的抑制作用。本研究不仅为UBC基因的系统进化和功能提供了全面的信息,而且为探索FaUBC基因在草莓成熟调控中的作用提供了新的思路。
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