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甘蔗GLY基因家族的鉴定及GLYI-1基因的功能分析OA

Genome-wide Identification of the GLY Gene Family and Functional Characterization of the GLYI-1 Gene in Sugarcane

中文摘要英文摘要

乙二醛酶系统[包括乙二醛酶Ⅰ(glyoxalase system,GLYⅠ)和乙二醛酶Ⅱ(glyoxalase system,GLYⅡ)是植物体内解毒过量甲基乙二醛(methylglyoxal,MG)的关键机制,在响应非生物胁迫与病原菌侵染中发挥重要作用.迄今,GLY 基因家族在甘蔗中的全基因组鉴定和表达分析中尚未见报道.本研究从甘蔗近缘野生种割手密(Saccharum spontaneum)中鉴定获得了 50 个SsGLYI基因和 52 个SsGLYII基因,并对其理化性质、基因结构、启动子顺式作用元件和表达模式等进行系统分析.结果表明:SsGLY基因随机分布在 30 条染色体上,43 个SsGLYI蛋白均拥有一个保守的Motif1(PF00903),所有SsGLYⅡ蛋白均拥有保守的Motif1(PF00753);39 个SsGLYI蛋白含有 4 个金属结合位点(H/Q,L,H,E),除亚家族IV的SsGLYI 8.1~8.4属于Zn2+依赖型SsGLYI蛋白外,其余均是Ni2+依赖型,仅26个SsGLYⅡ蛋白同时具备THxHxDH金属结合域和C/GHT活性位点.共线性分析识别出 41 对共线基因,其中 39 对的Ka/Ks<1,表明SsGLY基因家族在进化过程中主要受纯化选择.在甘蔗响应黑穗病侵染中,SsGLYⅠ基因亚家族V和SsGLYⅡ基因亚家族Ⅲ在病菌胁迫下的表达量均高于其他 4 个亚家族,其中SsGLYI3.4基因随着黑穗病菌侵染时间的延长,其在抗病品种YT93-159和感病品种ROC22中表达模式存在差异.本研究从甘蔗主栽品种YT93-159中克隆获得了SsGLYI3.4的同源基因ScGLYⅠ-1,该基因呈组成型表达,主要定位于叶绿体.同时,ScGLYⅠ-1的表达可被外源水杨酸及黑穗病菌胁迫诱导上调,表明该基因可能在甘蔗应答病原菌胁迫中起重要作用.本研究为深入解析甘蔗乙二醛酶基因功能奠定理论基础.

The glyoxalase system,comprising glyoxalase I(GLYI)and glyoxalase II(GLYⅡ),serves as a key mecha-nism for detoxifying excess methylglyoxal(MG)in plants and plays an important role in responses to abiotic stress and pathogen infection.To date,genome-wide identification and expression analysis of GLY gene family have not been re-ported in sugarcane.In this study,we identified 50 SsGLYI genes and 52 SsGLYⅡ genes from the wild sugarcane Sac-charum spontaneum,and systematically analyzed the physicochemical properties,gene structures,promoter cis-acting elements,and expression patterns.SsGLY genes were randomly distributed across 30 chromosomes.All 43 SsGLYI members contained a conserved Motif1(PF00903),while all SsGLYII proteins possessed a conserved Motif1(PF00753).A total of 39 SsGLYI proteins contained four metal-binding sites(H/Q,L,H,E),except SsGLYII8.1-8.4 from subfamily IV,which were Zn2+-dependent,the remaining SsGLYI proteins were Ni2+-dependent.Only 26 SsGLYI proteins con-tained both the THxHxDH metal-binding domain and the C/GHT active site.Collinearity analysis identified 41 pairs of collinear genes,among which 39 pairs had Ka/Ks values less than 1,indicating that the SsGLY gene family has under-gone predominant purifying selection during evolution.The expression levels of SsGLYI subfamily V and SsGLYⅡsubfamily Ⅲ were higher than those of the other four subfamilies under infection by Sporisorium scitamineum.Notably,the expression of SsGLYI3.4 showed differences in its expression patterns between the resistant genotype YT93-159 and the susceptible genotype ROC22.Furthermore,we cloned the homologous gene ScGLYI-1 of SsGLYI3.4 from YT93-159,which was constitutively expressed and primarily localized to the chloroplast.Meanwhile,the expression of ScGLYI-1 could be up-regulated by exogenous salicylic acid(SA)and smut pathogen stress,indicating that this gene may play a crucial role in response to pathogen stress in sugarcane.This study would provide a theoretical foundation for further elucidating the function of glyoxalase genes in sugarcane.

孙欣路;赵婉莹;林佩霞;崔世江;李振香;王东姣;张媛媛;曾真;阙友雄;吴期滨

热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002热带作物生物育种全国重点实验/中国热带农业科学院热带生物技术研究所/中国热带农业科学院三亚研究院,海南 三亚 572024||福建农林大学农学院/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室,福建 福州 350002

农业科技

甘蔗乙二醛酶基因家族生物信息学甘蔗黑穗病表达模式

sugarcaneglyoxalase gene familybioinformaticssugarcane smutexpression pattern

《热带作物学报》 2026 (1)

17-31,15

热带作物生物育种全国重点实验室创新团队项目(No.NKLTCBCXTD24,No.NKLTCBCXTD38)中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队项目(No.CATASCXTD202402).

10.3969/j.issn.1000-2561.2026.01.003

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