热带作物学报

甘蔗CesA7基因的生物信息学分析及功能预测

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匡博文 ¹^,² , 赵极瀚 ¹^,² , 李思程 ¹^,² , 韦妳 ¹^,² , 冯梦凡 ¹^,² , 杨细平 ¹^,²^,^*

热带作物学报 | 组学与生物技术 2023,44(7): 1337-1347

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热带作物学报 | 组学与生物技术 2023, 44(7): 1337-1347

甘蔗CesA7基因的生物信息学分析及功能预测

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匡博文¹^,², 赵极瀚¹^,², 李思程¹^,², 韦妳¹^,², 冯梦凡¹^,², 杨细平¹^,²^,^*

作者信息

^1.广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/广西甘蔗生物学重点实验室，广西南宁　530004

^2.广西大学农学院植物科学国家级实验教学示范中心，广西南宁　530004

匡博文（1997—），男，硕士研究生，研究方向：甘蔗分子标记开发。

通讯作者:

^* 杨细平（YANG Xiping），E-mail: xipingyang@gxu.edu.cn。

Bioinformatics Analysis and Function Prediction of CesA7 Gene in Sugarcane

Bowen KUANG¹^,², Jihan ZHAO¹^,², Sicheng LI¹^,², Ni WEI¹^,², Mengfan FENG¹^,², Xiping YANG¹^,²^,^*

Affiliations

^1.State Key Laboratory of Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Biology, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China

^2.National Demonstration Center for Experimental Plant Science Education, College of Agriculture, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China

出版时间: 2023-07-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.004

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摘要

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纤维素是植物根系的主要成分之一，在植物抗倒伏中起到关键作用。CesA7是控制纤维素合成的重要基因，在甘蔗中的功能未知。以水稻OsCesA7基因为参考序列，在甘蔗割手密（Saccharum spontaneum）、甘蔗杂交栽培品种（Saccharum spp. hybrid）、甘蔗热带种（S. officinarum）3个基因组中进行同源分析及功能预测。基于该基因及其同源基因的进化分析显示杂交栽培品种的CesA7基因和热带种的CesA7基因更为接近，禾本科植物有明显的聚类，但不能区分草本植物和木本植物。甘蔗CesA7基因的启动子区域含有大量的光反应和茉莉酸甲酯元件，说明该基因可能参与植株的光形态建成和甘蔗抗逆反应。启动子和蛋白互作预测表明CesA7基因与MYB转录因子存在互作，说明其在作物生长发育和胁迫响应中起到一定作用。此外，水稻和高粱中CesA蛋白的功能预测显示，其参与调控了纤维素合成和木质素降解过程。通过对7个甘蔗及其近缘属代表种质的苗期根和叶的转录组数据分析，发现CesA7基因在根中表达量远高于叶，推测该基因参与调控甘蔗根系的发育。在甘蔗及近缘属不同种质中对该基因进行SNP变异检测，发现在割手密中核苷酸多态性最高。外显子区域的核苷酸多态性明显高于内含子区域，在基因第4个外显子（2000 bp左右）区域的多态性最高，推测在该位点可能经受平衡选择造成不同等位基因的功能分化。借助多序列比对结合重测序数据分析，本研究挖掘了2个可区分割手密和热带种的潜在分子标记。该研究结果对进一步研究和利用CesA7基因改良甘蔗品种提供理论指导。

关键词

甘蔗 / 纤维素 / CesA7基因 / 进化分析

Abstract

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Cellulose is one of the main components of plant roots, and plays a key role in lodging resistance. CesA7 is for cellulose synthesis, but its function is unknown in sugarcane. Rice OsCesA7 gene was used as the reference sequence to conduct homology analysis and functional prediction in the genomes of Sacchrum spontaneum, S. hybrid and S. officinarum. Phylogenetic analysis showed that CesA7 in S. hybrid was closer to that in S. officinarum, and grasses were clustered together, but herbs and woody plants could not be separated clearly. The promoter region of the sugarcane CesA7 genes had abundant light-responsive elements and methyl jasmonate element, indicating that the gene may be involved in the photomorphogenesis and the stress resistance response in sugarcane. Interaction prediction of the protein and analysis of the promoter indicated that CesA7 had interaction with MYB transcription factor, suggesting that CesA7 played a role in crop growth and development and stress response. In addition, functional predictions of CesA proteins in rice and sorghum showed involvement in regulating cellulose synthesis and lignin degradation processes. Transcriptomic analysis of roots and leaves of seven representative species of sugarcane at seedling stage revealed that CesA7 expression level in roots was much higher than that in leaves, suggesting that CesA7 might regulate sugarcane root development. The SNP variation of the gene was detected in the germplasm of sugarcane, and the nucleotide diversity was the highest in S. spontaneum. The nucleotide diversity in the exon region was significantly higher than that in the intron region, and the highest diversity was found in the region of exon 4 (about 2000 bp) of the gene. It is speculated that the functional differentiation of different alleles are caused by the balancing selection of this locus. After multiple sequence alignment combined with resequencing data analysis, two potential molecular markers were identified, which could distinguish S. spontaneum and S. officinarum samples. The study would provide theoretical guidance for subsequent research and use of CesA7 gene to improve sugarcane variety.

Key words

sugarcane / cellulose / CesA7 genes / evolutionary analysis

引用本文

匡博文, 赵极瀚, 李思程, 韦妳, 冯梦凡, 杨细平. 甘蔗CesA7基因的生物信息学分析及功能预测. 热带作物学报, 2023 , 44 (7) : 1337 -1347 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.004

Bowen KUANG, Jihan ZHAO, Sicheng LI, Ni WEI, Mengfan FENG, Xiping YANG. Bioinformatics Analysis and Function Prediction of CesA7 Gene in Sugarcane[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2023 , 44 (7) : 1337 -1347 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.004

基金

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广西自然科学基金项目(桂科 AD20297064)
广西高校引进海外高层次人才“百人计划”项目

参考文献

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2023年第44卷第7期

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doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.004

接收时间：2022-09-09
首发时间：2026-03-05
出版时间：2023-07-25

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作者

出版历史

收稿日期：2022-09-09
修回日期：2022-10-08

基金

广西自然科学基金项目(桂科 AD20297064)

广西高校引进海外高层次人才“百人计划”项目

作者信息

^1.广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/广西甘蔗生物学重点实验室，广西南宁　530004

^2.广西大学农学院植物科学国家级实验教学示范中心，广西南宁　530004

通讯作者:

^* 杨细平（YANG Xiping），E-mail: xipingyang@gxu.edu.cn。

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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