谷子GRAS转录因子家族的全基因组鉴定、表达分析及标记开发.pdfVIP

核农学报2022,36(9):1723~1737

1723

JournalofNuclearAgriculturalSciences

文章编号(2022)09-1723-15

谷子GRAS转录因子家族的全基因组鉴定、

表达分析及标记开发

王智兰韩康妮杜晓芬李禹欣连世超王军

（山西农业大学谷子研究所/杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室/杂粮种质创新

与分子育种山西省重点实验室，山西长治046011)

摘要：为了鉴定谷子CRAS家族基因并揭示SiGRASs响应外源植物激素和逆境胁迫过程的表达规律，

本研究采用生物信息学方法对谷子GRAS转录因子家族进行全基因组鉴定，利用实时荧光定量PCR

（qRT-PCR）进行4种激素和2种胁迫处理后的表达分析，并根据SiGRAS23序列差异开发分子标记。结

果表明，谷子全基因组共包含52个GRAS转录因子基因，大部分编码亲水性蛋白；82.69%的基因编码

酸性蛋白，长度为362~734aa，分子量为39.81~100.09kDa，等电点为4.85~9.53。系统发育分析将谷

子GRAS家族划分为10个亚家族。组织表达量分析表明，各亚族基因具有明显的组织表达特异性，

LISCL、DELLA和SHR亚族基因分别在叶、茎和根中有较高的表达量,PAT1和HAM亚族大部分基因为

组成型表达，但在叶中的表达量最高。SiGRASs启动子区含有多种植物激素、逆境响应相关的顺式作用

元件；qRT-PCR结果显示，SiGRASs在不同激素和非生物胁迫下的表达水平存在较大差异，其中PAT1亚

族中Seita.2G369400对6种不同的处理响应最为敏感；少数SiGRASs基因在各组织和各种激素和非生

物胁迫处理下，表达量均在极低水平。DELLA亚族中的SiGRAS23在遗传群体AJF，的双亲矮宁黄和晋

谷21号间存在序列差异，据此开发的分子标记D8-1与该群体株高性状紧密连锁。本研究为解析谷子

GRAS家族基因参与激素信号转导及逆境胁迫响应的功能研究奠定了基础，SiGRAS23的分子标记可用

于今后谷子种质资源株高等位变异的筛选。

关键词：谷子；CRAS；全基因组鉴定；表达分析；分子标记

D0I:10.11869/j.issn.100-8551.2022.09.1723

GRAS基因家族编码一类植物特有的转录调控因由400~700个氨基酸组成，其C端序列高度保守，一

子，参与信号转导、胁迫应答、分生组织形成等众多生般由5个典型的结构域组成，即LHRI、VHIID、LHRII、

物学过程，在植物组织的生长发育中发挥重要作PFYRE和SAW基序[6]。相比而言，GRAS蛋白N端

用。谷子作为世界性主要杂粮作物之一，基因组含有不同的固有无序区域，使得该类蛋白可以通过改

小，具有营养价值高、耐逆和高光效等特点，已经成为变N端结构来灵活地特异性识别配体，因此，GRAS家

遗传和分子生物学研究的C,模式作物之一[2]。因族表现出功能多样性[7]，包括参与赤霉素[8]、光信

此，鉴定CRAS家族基因并研究其在不同激素和逆境号[9-11和油菜素内酯[12]等多种信号转导通路，调控腋

胁迫下的表达特性，对利用该家族基因进行谷子株高、

产量和耐逆等性状的遗传改良具有重要意义。

GRAS转录因子家族命名来源于最初发现的3个重金属[24]等非生物胁迫，并参与雄配子的形成过

5]。GRAS蛋白一般

家族成员GAI[3]、RGA[4]和SCR[5]。程[25]。根据N端结构域的差异,GRAS家族蛋白一般

收稿日期：2021-10-26接受日期：2021-12-07

基金项目：山西省农业科学院杂粮分子育种平台专项（YGC2019FZ3），国家青年基金项目，山西省自然基金面上项目

（201901D1114545），山西省农业科学院国家自然科学基金培育项目（YGJPY1906）

作者简介：王智兰，女，主要从事谷子基因组学与新品