豆科植物中谷胱甘肽S转移酶超基因家族在胁迫条件下的全基因组鉴定及表达特征

《BMC Plant Biology》：Genome-wide identification and expression characteristics under stress of the Glutathione S-transferase supergene family in Leguminosae

　　

摘要

豆科植物在陆地生态系统中发挥着至关重要的作用，由于其固氮能力和丰富的营养成分，被广泛用于人类食用、饲料生产以及土壤改良。谷胱甘肽S转移酶（GST）是一个普遍存在的蛋白质超家族，参与毒素降解、生长调节以及抵御生物和非生物胁迫。在这项研究中，我们从四个典型的豆科植物物种——紫花苜蓿（Medicago sativa）、截短紫花苜蓿（Medicago truncatula）、大豆（Glycine max）和花生（Arachis hypogaea）中，在全基因组水平上鉴定出了540个GST超家族成员，这些基因的数量与基因组大小和倍性水平呈正相关。系统发育分析将这些成员分为九个亚家族，其中Tau亚家族在所有物种中占主导地位。全基因组复制和片段复制是豆科植物中GST家族扩展的主要驱动力，而整个超家族主要在净化选择的作用下进化，仅有大豆特有的串联重复基因对GmGSTU18/GmGSTU19表现出正向选择。启动子区域包含24个与生长、代谢和胁迫反应相关的顺式作用元件，其中Tau和Phi亚家族的这些元件最为丰富。此外，我们系统分析了豆科植物GST超基因家族在各种胁迫条件下的表达模式，揭示了它们对生物和非生物胁迫、放牧恢复、结瘤以及光诱导的独特响应机制。这些发现为豆科植物GST基因提供了全面的基因组资源，并为豆类作物和饲料的抗逆性遗传改良提供了理论基础。