在Cicer arietinum中对该SULTR基因家族进行的全基因组特征分析及表达研究：该基因家族在缺硫条件下调控硫酸盐的转运与吸收过程

《BMC Plant Biology》：Genome-wide characterization and expression analysis of the SULTR gene family in Cicer arietinum: regulates the sulfate transport/assimilation under sulfur starvation

　　

摘要

背景

鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）是一种主要的豆类作物；然而，由于其含硫氨基酸水平较低，其蛋白质质量较差。农业土壤中的硫缺乏问题亟需提高硫酸盐的吸收和同化效率。尽管在理解植物硫酸盐转运蛋白（SULTRs）方面取得了进展，但这些转运蛋白在豆科植物中的分子复杂性和功能作用仍不明确。

结果

共鉴定出15个CaSULTR基因，这些基因编码含有保守的Sulfate_transp（PF00916）和STAS（PF01740）结构域的蛋白质。根据系统发育、基因复制和基因共线性分析，将这些基因分为四组。它们的扩增主要受到选择压力的驱动，同时涉及分散性基因复制和全基因组复制。启动子分析显示存在响应胁迫、激素、生长发育和光照的顺式作用元件，表明其调控机制较为复杂。计算机模拟分析发现不同组织中CaSULTR的表达模式存在差异：CaSULTR2在根部表达强烈，而CaSULTR8则主要在茎部表达。在对硫充足（2 mM SO4^2?）和缺硫（0 mM SO4^2?）条件下生长的幼苗进行比较生理学分析后发现，高硫利用效率的品种（PUSA256和PUSA1003）表现出更好的生物量、根系结构以及更高的酶活性（SERAT和OASTL），同时SULTR基因表达也增强（见图7、8和9）。相反，PUSA3022的生长状况较差，其转录反应也较弱。

结论

本研究全面探讨了CaSULTR基因在硫酸盐转运和同化中的进化、调控及其功能作用。生理学和表达分析表明，增强SULTR活性和硫同化能力可提高耐硫鹰嘴豆品种的硫利用效率，这些候选基因及其相关生理特性可作为改进鹰嘴豆育种计划的潜在目标。

背景

鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）是一种主要的豆类作物；然而，由于其含硫氨基酸水平较低，其蛋白质质量较差。农业土壤中的硫缺乏问题亟需提高硫酸盐的吸收和同化效率。尽管在理解植物硫酸盐转运蛋白（SULTRs）方面取得了进展，但这些转运蛋白在豆科植物中的分子复杂性和功能作用仍不明确。

结果

共鉴定出15个CaSULTR基因，这些基因编码含有保守的Sulfate_transp（PF00916）和STAS（PF01740）结构域的蛋白质。根据系统发育、基因复制和基因共线性分析，将这些基因分为四组。它们的扩增主要受到选择压力的驱动，同时涉及分散性基因复制和全基因组复制。启动子分析显示存在响应胁迫、激素、生长发育和光照的顺式作用元件，表明其调控机制较为复杂。计算机模拟分析发现不同组织中CaSULTR的表达模式存在差异：CaSULTR2在根部表达强烈，而CaSULTR8则主要在茎部表达。在对硫充足（2 mM SO4^2?）和缺硫（0 mM SO4^2?）条件下生长的幼苗进行比较生理学分析后发现，高硫利用效率的品种（PUSA256和PUSA1003）表现出更好的生物量、根系结构以及更高的酶活性（SERAT和OASTL），同时SULTR基因表达也增强（见图7、8和9）。相反，PUSA3022的生长状况较差，其转录反应也较弱。

结论

本研究全面探讨了CaSULTR基因在硫酸盐转运和同化中的进化、调控及其功能作用。生理学和表达分析表明，增强SULTR活性和硫同化能力可提高耐硫鹰嘴豆品种的硫利用效率，这些候选基因及其相关生理特性可作为改进鹰嘴豆育种计划的潜在目标。