逆境胁迫下山新杨PdbHMGs基因表达模式分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.015

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (6): 932-942.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.015

逆境胁迫下山新杨PdbHMGs基因表达模式分析

王春瑶, 雷晓锦, 刘中原()

林木遗传育种国家重点实验室，东北林业大学，哈尔滨 150040

收稿日期:2022-08-12 出版日期:2023-11-20 发布日期:2023-11-08
通讯作者: 刘中原 E-mail:liuzhongyuan@nefu.edu.cn
作者简介:王春瑶（1997—），女，硕士研究生，主要从事林木抗逆生理及分子调控机制研究。
基金资助:
黑龙江省博士后面上资助项目(LBH-Z21086);黑龙江头雁创新团队计划（林木遗传育种创新研究团队）

Expression Pattern Analysis of PdbHMGs Genes in Populus davidiana×P. bolleana under Abiotic Stress

Chunyao WANG, Xiaojin LEI, Zhongyuan LIU()

State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding，Northeast Forestry University，Harbin 150040

Received:2022-08-12 Online:2023-11-20 Published:2023-11-08
Contact: Zhongyuan LIU E-mail:liuzhongyuan@nefu.edu.cn
About author:WANG Chunyao（1997—），female，postgraduate，mainly engaged in the study of stress resistance physiology and molecular regulation mechanism of forest trees.
Supported by:
Postdoctoral Scientific Research Developmental Fund of Heilongjiang Provincial Government(LBH-Z21086);Heilongjiang Touyan Innovation Team Program（Tree Genetics and Breeding Innovation Team）

摘要/Abstract

摘要：

为了初步探究山新杨HMG（High mobility group proteins）基因在非生物胁迫下的功能，本研究从山新杨（Populus davidiana×P. bolleana）中克隆获得HMGs基因，研究HMGs抗逆功能。利用同源序列比对，在山新杨中找到7条拟南芥（Arabidopsis thaliana）HMGs的同源基因（命名为PdbHMG1~7）。利用生物信息学工具对PdbHMG1~7进行序列分析。此外，通过qRT-PCR探究不同逆境胁迫下PdbHMG1~7基因在山新杨根和叶中的表达模式。PdbHMG1-7 ORF长度为456~2 004 bp，编码氨基酸残基数为151~667，编码蛋白相对分子质量为16.72~75.54 kDa，理论等电点为5.35~9.36，且7个PdbHMG蛋白均为亲水性蛋白。多序列比对与进化树分析结果表明，7个PdbHMGs基因均含有保守的HMG-box结构域，都属于HMGB亚家族。顺式作用元件的分析结果表明，PdbHMGs基因的启动子序列包含多种响应激素和逆境胁迫元件。高盐、干旱、重金属和激素等胁迫处理后表达模式分析结果显示，7个PdbHMGs基因在山新杨根和叶中的表达至少在一个胁迫处理时间点发生了显著变化。在叶片中，PdbHMG2在NaCl、ABA、PEG₆₀₀₀和CdCl₂胁迫下被诱导几乎全部为显著上调表达，而PdbHMG7则全部为下调表达；在NaCl和CdCl₂胁迫下，PdbHMG1、PdbHMG3和PdbHMG6在整个胁迫过程中几乎全部为显著上调表达。在根中，NaCl处理整个过程中PdbHMG3和PdbHMG5的表达趋势全部显著上调，而PdbHMG6在NaCl胁迫过程中除9~12 h无明显表达外，其余胁迫时间点全部为显著下调表达；在ABA处理过程中，PdbHMG6在根中全部为下调表达。7个PdbHMGs基因至少能在1种器官中对1种胁迫处理做出应答，但响应的胁迫类型和机制可能不同。本研究为后续进一步研究山新杨PdbHMGs家族基因的功能提供了参考。

关键词: 高迁移率族蛋白, 山新杨, 非生物胁迫, 表达模式分析

Abstract:

In order to investigate the function of HMG（High mobility group proteins） genes under abiotic stresses in Populus davidiana×P. bolleana， the HMG genes were cloned and the stress tolerant function of HMGs was identified， and the theoretical foundation for using the gene in tree breeding through genetic engineering was laid. Seven homologous genes of ArabidopsisHMGs（named PdbHMG1-7） were found by homologous sequence alignment， and sequence analysis of PdbHMG1-7 was performed using bioinformatics tools respectively， the expression patterns of PdbHMG1-7 gene in leaves and roots of Populus davidiana×P.bolleana under different stresses were investigated by qRT-PCR.Results The ORF length of PdbHMG1-7 were 456-2 004 bp respectively， the amino acid residues encoded by PdbHMG1-7 genes were 151-667 aa， and the molecular weight of the encoded protein were 16.72-75.54 kDa， and the theoretical isoelectric point were 5.35-9.36， and the seven PdbHMG were hydrophilic proteins. The results of multiple sequence alignment and phylogenetic tree analysis showed that all 7 PdbHMG genes contained HMG-box conserved domains and belonged to HMGB subfamily. The analysis results of cis-acting elements contained in the promoter showed that the promoter sequence of PdbHMG genes contained a variety of elements in response to hormones and stress. The expression pattern analysis showed that the expression levels of seven PdbHMGs in roots and leaves under NaCl， PEG₆₀₀₀， ABA and CdCl₂ stress treatment changed in at least one stress treatment time point respectively. In leaves， PdbHMG2 were induced under the stress of NaCl， PEG₆₀₀₀， ABA and CdCl₂， and almost all of them were significantly up-regulated respectively， but PdbHMG7 was down-regulated. Under NaCl and CdCl₂ stress， PdbHMG1， PdbHMG3 and PdbHMG6 were almost significantly up-regulated during the whole stress process respectively. The expressions of PdbHMG3 in leaves were also significantly up-regulated at most time points under NaCl and CdCl₂ stress. In roots， the expression of PdbHMG3 and PdbHMG5 was significantly up-regulated in the whole process of NaCl treatment. However， PdbHMG6 was not significantly expressed during NaCl stress except for 9-12 h， the expression of PdbHMG6 was significantly down-regulated at other stress time points. During ABA treatment， PdbHMG6 was down-regulated in roots. Conclusion The results showed that seven PdbHMG genes could respond to at least one stress treatment in one organ， but the types and mechanisms of involved stress response might be different. This study provided a reference for further studying the function of PdbHMGs family genes in Populus davidiana×P. bolleana.

Key words: HMG, Populus davidiana×P.bolleana, abiotic stress, expression analysis

中图分类号:

Q943.2

王春瑶, 雷晓锦, 刘中原. 逆境胁迫下山新杨PdbHMGs基因表达模式分析[J]. 植物研究, 2023, 43(6): 932-942.

Chunyao WANG, Xiaojin LEI, Zhongyuan LIU. Expression Pattern Analysis of PdbHMGs Genes in Populus davidiana×P. bolleana under Abiotic Stress[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(6): 932-942.

图/表 13

表1

表2

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参考文献 33

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基因 Genes	引物 Primers	序列（5'→3'） Sequences（5'→3'）
PdbHMG1	PdbHMG1-F	GCCTCCTAGTGCTTTCTTT
PdbHMG1	PdbHMG1-R	CATTATCGTCATCGTCACCAT
PdbHMG2	PdbHMG2-F	CAGGAAAGGCAGCTAAGGAT
PdbHMG2	PdbHMG2-R	CTCATATTCAACCTTCCTCT
PdbHMG3	PdbHMG3-F	AGTGTGCCTGCCAACAAT
PdbHMG3	PdbHMG3-R	ATAGCTCACCAATCATCCT
PdbHMG4	PdbHMG4-F	AAGGAAGTGATTACAGCCT
PdbHMG4	PdbHMG4-R	AATGGCACCTTCTTCTAGGGTTGC
PdbHMG5	PdbHMG5-F	ACAACTAACAGGGGTGGT
PdbHMG5	PdbHMG5-R	AGACGGATCAGGACAATCCCT
PdbHMG6	PdbHMG6-F	AGGCAGATGTTGGTGCTGGAGGT
PdbHMG6	PdbHMG6-R	ACAACAAAGGTGTGTGGCT
PdbHMG7	PdbHMG7-F	AGCTGTAGCCTTGATGCTAAGAT
PdbHMG7	PdbHMG7-R	AGAGTCCGGGTTCGCTTCCT
Pdbactin	Pdbactin-F	GCTGAGAGATTCCGTTGCCCTG
Pdbactin	Pdbactin-R	GGCGGTGATCTCCTTGCTCATT

基因名称 Gene name	基因登录号 Gene ID	编码序列 Coding sequence/bp	内含子 Intron	外显子 Exon	氨基酸数 Number of amino acids/aa	相对分子量 Molecular Weight/kDa	理论等电点 Isoelectric point	定位预测 Location prediction
PdbHMG1	ON357372	531	6	7	176	19.90	5.35	细胞核 Nuclear
PdbHMG2	ON357373	456	6	7	151	16.72	6.06	细胞核 Nuclear
PdbHMG3	ON357374	1 404	5	6	467	51.89	8.16	细胞核 Nuclear
PdbHMG4	ON357375	954	5	6	317	35.86	9.36	细胞核 Nuclear
PdbHMG5	ON357376	990	5	6	329	37.71	9.28	细胞核 Nuclear
PdbHMG6	ON357377	2 004	18	19	667	75.54	8.26	细胞质 Cytoplasmic
PdbHMG7	ON357378	588	7	8	196	21.95	6.26	细胞核 Nuclear

基因名称 Gene name	植物激素响应元件 Phytohormone response element							非生物胁迫响应元件 Abiotic stress response element				共计 Amount
基因名称 Gene name	ABRE	TGA-element	TCA-element	CGTCA-motif	TGACG-motif	P-box	ERE	STRE	MBS	ARE	WUN-motif	共计 Amount
共计Amount	14	3	4	9	10	6	10	10	3	15	3	87
PdbHMG1	2	1	1	0	1	0	0	1	0	1	0	7
PdbHMG2	7	1	0	4	4	1	2	1	0	2	1	23
PdbHMG3	2	0	0	0	0	2	2	4	2	2	0	14
PdbHMG4	1	1	2	2	2	1	1	1	0	2	0	13
PdbHMG5	0	0	1	1	1	0	1	0	0	2	1	7
PdbHMG6	1	0	0	0	0	1	0	1	1	1	0	5
PdbHMG7	1	0	0	2	2	1	4	2	0	5	1	18

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逆境胁迫下山新杨PdbHMGs基因表达模式分析

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