玉米 ZmSPLs 基因家族的基因组范围分析、进化动态及胁迫响应表达谱研究

《BMC Genomics》：Comprehensive identification, characterization, and stress response analysis of the ZmSPL gene family in maize (Zea mays L.)

　　

摘要

背景

玉米（Zea mays L.）是一种全球重要的粮食作物。环境压力会显著降低其农业产量和谷物品质。SPL（SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN–LIKE）基因家族是一类植物特异性的转录因子，在调控侧枝发育、生长阶段转换、开花时间和应激反应中起着关键作用。然而，对ZmSPLs的全面研究尚未开展。本研究在最新的玉米参考基因组中系统地鉴定了该基因家族，并分析了它们的表达谱。

结果

基于序列同源性，在新组装的B73玉米参考基因组（RefGen_v5, Zm–B73–REFERENCE–NAM–5.0）中鉴定了36个ZmSPLs。这些基因在十个玉米染色体上的分布并不均匀。最大似然系统发育分析将36个ZmSPLs分为五个不同的支系，不同子组之间的大小存在显著差异。比较分析显示，属于同一支系的ZmSPLs具有高度保守的基因结构和蛋白质基序特征。共线性分析表明,ZmSPLs在进化过程中经历了纯化选择，片段复制是其扩增的主要驱动力；此外，ZmSPL基因与水稻同类基因在基因组上具有保守性对应关系。36个ZmSPLs的启动子区域含有光响应元件、应激响应元件、激素响应元件和发育相关元件。RNA-seq数据结合RT-qPCR分析结果显示，六个ZmSPLs（ZmSPL3/8/14/18/22/30）在多种组织中高表达，并且在盐度和温度胁迫下其表达显著增加或减少；这表明它们在玉米的生长、发育和应激响应途径中具有多种功能，可能是进一步功能研究的主要靶点。然而，这些基因的具体生物学功能仍有待实验验证。

结论

总体而言，我们对ZmSPLs的基因组范围分析为理解其进化动态和基因间关系提供了新的视角，为未来的功能研究奠定了基础。