陆地棉CRK基因家族的鉴定及其表达分析

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶（CRK）是植物中最大的类受体激酶家族之一，在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析，为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列，应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库，鉴定棉花CRK基因家族；利用Compute pI/Mw tool、SignalP、TMHMM Server V2.0、WoLF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等；用ClustalX1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对，MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系；使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图；应用植物顺式调控元件数据库PlantCARE分析棉花启动子序列；通过植物磷酸化位点数据库PlantPhos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点；从NCBI数据库下载RNA-Seq数据，利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值，通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因，分布于14条染色体，其中52个基因（74.3%）集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体，且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302-901个氨基酸，58个蛋白质（82.9%）具有跨膜结构域，主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明，陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序，包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区（92.9%）至少含有一种逆境激素响应元件，69个基因启动子区（98.6%）至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果，陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型；盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。GhCRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达，在纤维中几乎不表达，ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激GhCRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默GhCRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员，具有保守的基因结构和功能结构域，多样化的组织表达特征，大多数基因受激素和逆境调控。

Identification and Expression Analysis of CRK Gene Family in Upland Cotton