在 finger millet (Eleusine coracana (L.) Gaertn.) 中挖掘 sHSP20（小热休克蛋白）基因家族：结构、进化及预测的非生物胁迫响应特性

《Journal of Applied Genetics》：Mining the sHSP20 (small heat-shock protein) gene family in finger millet (Eleusine coracana (L.) Gaertn.): structural, evolutionary and predicted abiotic-stress-responsive insights

　　

摘要

小热休克蛋白（sHSPs，属于HSP20家族）是一类不依赖于ATP的分子伴侣蛋白，它们能够在热应激和其他非生物胁迫条件下稳定部分展开的蛋白质底物并保护整个蛋白质组；每个成员都具有一种保守的α-晶体结构域（ACD）。指形粟（Eleusine coracana）是一种耐候性强、富含钙的同源四倍体谷物，主要分布在中亚热带地区，其HSP20基因库此前尚未被系统研究过。本研究是对指形粟染色体尺度参考基因组（NCBI GenBank组装号GCA_032690845.1，品种KNE 796-S）进行的完全基于计算的分析。通过使用ACD结构域特征（Pfam PF00011）对预测的蛋白质组进行筛选，并通过NCBI CD-search进行验证，最终发现了76个不重复的含有ACD结构的HSP20基因（EcHSP20-1–EcHSP20-76）。根据系统发育关系和TargetP预测的定位结果，这些基因被分为十个亚家族：七个细胞质/核蛋白家族（C-I至C-VII，共60个成员），以及叶绿体蛋白家族（11个）、线粒体蛋白家族（3个）和内质网蛋白家族（2个）。这些蛋白质的氨基酸序列长度在110到355个之间（分子量范围为12.1–39.2 kDa），理论等电点为4.85–9.69。这76个基因位点分布在18条染色体中的14条上，明显缺失于8A、8B、9A和9B染色体上，而在1、2、3和6染色体上呈聚集分布。重复序列分析共检测到149对基因拷贝（其中49对为同源拷贝，80对为片段性/分散分布，18对为串联分布）；在可以计算替换率的148对基因中，有147对的Ka/Ks比值小于1（平均值为0.20），这表明在这些基因经历全基因组或同源多倍体复制后经历了强烈的纯化选择。启动子分析（PlantCARE）显示这些基因富含响应脱落酸的ABRE元件、与干旱相关的MYB/MYC元件、STRE元件、DRE元件以及低温响应的LTR元件和甲基茉莉酸/水杨酸响应元件，但未检测到经典的热休克响应元件（HSE）。通过与公共干旱转录组（SRP081350）的表达谱对比发现，大约一半的基因（76个中的39个）在叶片组织中表达，其中以细胞质中的C-I类蛋白为主。这份首个指形粟HSP20基因目录提供了一个经过验证且可重复使用的框架，并为后续关于谷物耐热性功能的研究提供了基于计算预测的候选基因。