南京菊 IQM 家族基因的全基因组鉴定及对非生物胁迫的响应表达谱分析

《Genetica》：Genome-wide identification and expression profiling of IQM family genes in Chrysanthemum nankingense in response to abiotic stresses

　　

摘要

IQM蛋白是植物特有的钙信号核心调节因子，通过结合钙调蛋白协调植物生长、发育和逆境适应，但迄今尚无人对南京蟹爪兰（Chrysanthemum nankingense）中的IQM家族进行系统性鉴定。本研究对CnIQM基因家族进行了全基因组范围内的鉴定，并对其理化特性、染色体分布及系统发育关系进行了系统的生物信息学分析。利用RT-qPCR检测了CnIQM基因对外源植物激素和主要非生物胁迫的转录响应，并通过酵母异源表达实验验证了关键CnIQM候选基因的压力耐受性。共鉴定出九个CnIQM基因。其中大多数编码碱性蛋白，主要定位于细胞核或细胞质。串联重复似乎是CnIQM家族扩展的主要贡献因素，且所有重复基因对均处于强烈的纯化选择之下；C. nankingense与其近缘种紫菊（Chrysanthemum lavandulifolium）之间IQM基因位点表现出高度的共线性保守性。所有CnIQM蛋白均含有典型的保守IQ基序，而部分旁系同源基因则表现出结构变异，具有截短的UTR区域。转录谱分析显示，在植物激素、盐、干旱和低温处理下存在差异性诱导，其中大多数基因在盐胁迫和干旱胁迫下迅速上调。酵母异源表达实验表明，CnIQM5、CnIQM6和CnIQM9能显著提高酵母对盐和干旱的耐受性，但在该异源系统中均未能增强对低温的抗性。本研究阐明了CnIQM家族的进化与功能特征，为菊花未来的功能研究和抗逆分子育种提供了理论参考和极具前景的候选基因。