谷子HAK/KUP/KT钾转运蛋白家族全基因组鉴定及其对低钾和高盐胁迫的响应

作者：代书桃; 朱灿灿; 马小倩; 秦娜; 宋迎辉; 魏昕; 王春义; 李君霞^*

来源：作物学报, 2023, 49(08): 2105-2121.

• 谷子
• 钾转运蛋白
• KT/HAK/KUP家族
• 盐胁迫
• 表达分析

KT/HAK/KUP (HAK)家族是植物中最丰富的钾转运体家族,对植物的生长和环境适应具有重要作用。谷子是抗逆耐瘠研究的模式植物,然而,谷子中HAK家族缺乏系统研究。本研究基于基因组序列信息,鉴定出29个谷子HAK基因(SiHAKs),并对该家族成员的基本特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制、表达模式和逆境响应等方面进行了系统分析。结果显示,(1) SiHAKs分为5个进化簇(Cluster I～Cluster V),成员数量分别为11、9、3、3和3。基因结构和蛋白保守基序分析表明,谷子HAK家族具有较高的保守性,不同Cluster的保守性依次为:ClusterIII=Cluster V> Cluster II> Cluster I> Cluster IV。(2)串联复制是SiHAKs扩增的主要原因, 15个SiHAKs位于串联重复中。(3)171个转录因子可能结合到不同SiHAKs的启动子上,这些转录因子包含ERF、NAC、MYB和WRKY等家族中的大量成员,可能授予了SiHAKs对非生物胁迫多样的响应机制。(4)基因表达聚类将SiHAKs分成3组:GroupI、Group II和Group III,多数SiHAKs在张谷和豫谷1号2个品种中的表达模式具有一致性;不同Cluster表达水平总体表现为:Cluster III> Cluster V> Cluster II> Cluster I> Cluster IV。(5)根系中表达水平较高的11个SiHAKs用来检测对低钾和高盐胁迫的响应。在低钾胁迫后, 8个SiHAKs的表达水平显著升高, 1个SiHAK显著降低, 2个SiHAKs变化不明显;而高盐胁迫后,3个SiHAKs的表达水平显著升高,2个SiHAKs显著降低,其余6个SiHAKs变化不明显。SiHAK15受到低钾和高盐胁迫的响应最为强烈,其表达量分别为对照的151倍和22倍。(6)基因表达谱的差异反映出不同Cluster间SiHAKs的功能差异。ClusterI主要在根系中表达,可能参与谷子根系K+的吸收;ClusterII不具有组织表达特异性,推测其参与K+的吸收、转运和生长发育等多个生物过程; Cluster III受到低钾和高盐2种胁迫的诱导,显示出维持谷子K+/Na+平衡和抵御盐胁迫的潜在作用;ClusterIV在被检测的多个组织中几乎不表达;ClusterV不同成员对低钾和高盐胁迫的响应存在差异,可能发生了功能分化。研究结果不仅为深入解析谷子HAK家族的功能奠定了基础,而且为植物中钾高效利用和耐盐机制的研究提供了重要线索。

• 单位
  河南科技大学; 河南省农业科学院