甜菜M14品系BvM14-STPK基因的生物信息学分析及响应盐胁迫的表达分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700382

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (1): 35-42.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20190700382

所属专题：生物技术；园艺

甜菜M14品系BvM14-STPK基因的生物信息学分析及响应盐胁迫的表达分析

赵冬美¹^,², 张咏雪¹^,², 李海英¹^,²()

¹ 黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心,哈尔滨 150500;
² 黑龙江大学生命科学学院黑龙江省普通高校分子生物学重点实验室,哈尔滨 150080

收稿日期:2019-07-04 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-01-05 发布日期:2020-01-07
通讯作者: 李海英
作者简介:赵冬美,女,1993年出生,黑龙江肇东人,硕士,研究方向：寒区植物遗传与功能基因组。通信地址：150080 黑龙江省哈尔滨市学府路74号黑龙江大学,E-mail：1205988197@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目“甜菜M14品系抗氧化酶系统响应盐胁迫应答过程的研究”(31471552);黑龙江省高校创新团队建设计划项目“寒区植物重要基因资源的挖掘与种质创新”(2014TD004)

Bioinformatics Analysis of BvM14-STPK Gene of Sugar Beet M14 Line and Expression Analysis of Its Response to Salt Stress

Zhao Dongmei¹^,², Zhang Yongxue¹^,², Li Haiying¹^,²()

¹ Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology, Ministry of Education, Heilongjiang University, Harbin 150500;
² Key Laboratory of Molecular Biology, College of Heilongjiang Province, School of Life Sciences, Heilongjiang University, Harbin 150080

Received:2019-07-04 Revised:2019-07-29 Online:2020-01-05 Published:2020-01-07
Contact: Li Haiying

摘要/Abstract

摘要：

旨在进一步研究BvM14-STPK蛋白激酶对盐胁迫的应答反应,本研究以甜菜M14品系为材料,使用特异性引物通过聚合酶链式反应进行扩增,获得BvM14-STPK基因cDNA全长,并进行生物信息学分析,采用荧光定量PCR探究该基因响应盐胁迫的表达分析。生物信息学分析结果表明,BvM14-STPK基因cDNA全长1668 bp,包含1527 bp的最大ORF,编码508个氨基酸;BvM14-STPK蛋白激酶具有典型的蛋白激酶保守结构域。实时荧光定量PCR结果表明,BvM14-STPK基因在甜菜M14品系叶、根中均有广泛表达,叶中的表达量高于根中。该基因在200、400 mmol/L NaCl处理下,在叶片和根中呈现不同的表达状态,表明该基因可以应答盐胁迫,但在不同组织中应答盐胁迫的表达量存在差异。本项研究在挖掘甜菜M14品系优质基因和提高栽培甜菜抗逆性等方面具有重要指导意义,为进一步开展甜菜遗传改良工作奠定基础。

关键词: 甜菜M14品系, BvM14-STPK, 生物信息学分析, 荧光定量PCR, 盐胁迫

Abstract:

We aim to study the BvM14-STPK protein kinase in response to salt stress. Sugar beet M14 line was used as material, the full length cDNA of BvM14-STPK gene was amplified by RT-PCR with specific primers. Bioinformatics was used to analyze the full-length cDNA sequence and real-time fluorescence quantitative PCR was carried out to determine the expression patterns of BvM14-STPK in the sugar beet M14 line in response to salt stress. The results of bioinformatics analysis showed that the full-length of BvM14-STPK had 1668 bp with a 1527 bp ORF, and encoded 508 amino acids. The BvM14-STPK contained a typical protein kinase conserved domain. The results of real-time fluorescence quantitative PCR showed that the BvM14-STPK gene was expressed in the leaves and roots, and the expression in leaves were higher than that of root. Under the 200 and 400 mmol/L NaCl stress, the gene showed different expression patterns in leaves and roots, indicating that the gene could answer salt stress, but the expressed quantity was different in different organs under salt stresses. This study is significant to improving quality genes of sugar beet M14 line and enhancing crop salt-stress tolerance, and could lay a foundation for further studying genetic engineering of sugar beet.

Key words: sugar beet M14 line, BvM14-STPK, bioinformatics analysis, fluorescence quantitative PCR, salt stress

中图分类号:

S566.3

赵冬美, 张咏雪, 李海英. 甜菜M14品系BvM14-STPK基因的生物信息学分析及响应盐胁迫的表达分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(1): 35-42.

Zhao Dongmei, Zhang Yongxue, Li Haiying. Bioinformatics Analysis of BvM14-STPK Gene of Sugar Beet M14 Line and Expression Analysis of Its Response to Salt Stress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(1): 35-42.

图/表 12

引物名称	序列
S	5'-GGGTTTTGTTGAAGTGGCT-3'
AS	5'-AGCAAATTGTGATGGTCGAA-3'
YGS	5'-GTTACTGTGCTCCTGAATATG-3'
YGAS	5'-TGCCCGAGTGTTATCAATGG-3'
18S-F	5'-CCCCAATGGATCCGTTA-3'
18S-R	5'-TGACGGAGAATTAGGGTTCG-3'

表1. 试验中用到的所有引物

图1. 不同浓度 NaCl处理下甜菜M14品系叶片和根部总RNA 的1%琼脂糖凝胶电泳图

图2. BvM14-STPK基因全长PCR产物的1%琼脂糖凝胶电泳图 M：DL 2000 DNA Marker;1、2、3：BvM14-STPK基因的cDNA全长

图3. BvM14-STPK 基因cDNA 全长的开放阅读框分析

图4. BvM14-STPK氨基酸序列的亲水性/疏水性预测

图5. BvM14-STPK蛋白保守结构域预测分析

图6. BvM14-STPK蛋白的二级结构预测蓝色h代表α螺旋,红色e代表延伸链,黄色c代表无规卷曲,绿色t代表β-转角

图7. BvM14-STPK蛋白的三级结构预测

图8. BvM14-STPK蛋白多重序列比对

图9. BvM14-STPK蛋白的系统发育树

图10. 甜菜M14品系叶、根中BvM14-STPK基因的特异性表达

图11. 甜菜M14品系叶、根中BvM14-STPK基因应答盐胁迫的定量分析 (a)不同浓度NaCl处理下,叶中BvM14-STPK基因应答盐胁迫的相对表达量;(b)不同浓度NaCl处理下,根中BvM14-STPK基因应答盐胁迫的相对表达量

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