甘蔗属割手密与热带种PEBP基因家族的鉴定及其开花调控功能分析OA

【目的】磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)是调控植物开花的关键因子,通过协调光周期、植物激素等信号精确调控开花时间。以甘蔗原始亲本割手密(Saccharum spontaneum)和热带种(Saccharum officinarum)为材料,系统鉴定PEBP基因家族成员,分析其基本结构、进化特征与表达模式,验证关键基因功能,为解析甘蔗开花调控机制及分子育种提供理论依据。【方法】基于拟南芥和水稻PEBP基因家族成员的蛋白序列,对割手密和热带种基因组数据进行比对分析,并结合PEBP基因对应的隐马尔可夫模型文件PF01161进行筛选,最终鉴定PEBP基因家族成员;利用MEGA-X、TBtools等软件进行系统进化、基因结构、保守基序和共线性分析;通过PlantCARE数据库预测启动子顺式作用元件;结合转录组数据和qRT-PCR结果分析基因表达模式;构建FT3和TFL1过表达载体并转化拟南芥,从而验证其功能。【结果】割手密和热带种分别含有23和20个PEBP基因,均分为FT-like、TFL1-like和MFT-like3个亚家族。蛋白理化性状分析表明,割手密PEBP蛋白(151—364 aa,17.1—40.4 kDa)的变异范围显著大于热带种(170—191 aa,19.2—20.8 kDa),但均以亲水性碱性蛋白为主。保守基序分析揭示,TFL1-like亚家族高度保守,MFT-like则呈现显著多样性,其中,割手密SspMFT1.1/1.2/1.3具有独特的结构域延长。基因结构显示,FT-like外显子数目变异最大(2—5个),高于TFL1-like(3—4个)和MFT-like(4个)。进化研究发现,PEBP基因主要通过全基因组复制和片段复制扩张,热带种串联复制频率(8%)显著高于割手密(1%)。共线性分析表明,部分基因对(如SspFT5.1/SspFT5.2和SoFT12.1/SoFT12.2)显示出物种特异性复制特征,割手密PEBP基因家族成员与高粱保守性更高。启动子分析显示,割手密和热带种PEBP基因均富含光响应和激素响应元件,其中,茉莉酸和脱落酸响应元件占比最高。表达分析鉴定出FT3和TFL12个关键基因,前者表达持续上调且光周期敏感,后者呈先降后升趋势,且不受光周期调控。转基因分析证实SspFT3和SoFT3促进拟南芥开花(提前约19 d),而SspTFL1和SoTFL1则抑制开花。【结论】在割手密和热带种中分别鉴定了23和20个PEBP基因,分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚家族,各亚家族在基因结构和蛋白特性方面呈现明显分化。FT3和TFL1在开花进程中呈现相反的表达模式,其中,FT3对光周期响应敏感,且在热带种中表达量显著低于割手密。FT3具有促进开花的典型功能,而TFL1抑制开花。