栽培番茄与野生番茄NBS-LRR类抗病基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】对栽培番茄和野生番茄NBS-LRR类抗病基因家族进行全基因组鉴定及表达分析，为NBS-LRR类抗病基因功能研究及其在植物抗病育种中的应用提供理论参考。【方法】应用生物信息学和比较基因组学方法，从栽培番茄和野生番茄［潘那利番茄（Solanum pennellii）和醋栗番茄（Solanum pimpinellifolium）］基因组中鉴定出NBS-LRR类抗病基因家族成员，明确其类型，并进行序列特征、染色体定位、系统进化及生物胁迫下表达模式分析。【结果】从栽培番茄、潘那利番茄和醋栗番茄基因组中分别鉴定获得238、202和217个NBS-LRR类抗病基因家族成员，根据这些抗病基因编码的结构域差异，将其分为TNL（TIR-NBS-LRR）、CNL（CC-NBS-LRR）、RNL（RPW8-NBS-LRR）、TN（TIRNBS）、CN（CC-NBS）、RN（RPW8-NBS）、NL（NBS-LRR）和N（NBS）8种类型，其中TNL、CNL和RNL型基因分别为58、87和13个。番茄NBS-LRR类抗病蛋白整体呈弱酸性，具有不稳定性和亲水性，以丝氨酸（Ser）磷酸化为主，二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主，定位于细胞核、细胞质和叶绿体。栽培番茄和野生潘那利番茄的NBS-LRR类抗病基因不均匀地散布在13条染色体（0号虚拟染色体~12号染色体）上，分别有58.47%和52.48%的基因形成多个基因簇，有35.59%和22.77%的基因形成串联重复。栽培番茄和2个野生番茄共477个NBS-LRR类抗病蛋白可聚为十大类群，其中N端为TIR的蛋白基本聚在一起，但N端为CC和RPW8结构域的蛋白未能很好分开，聚在多个类群中；NL和N型基因散布于各类群中。在477个番茄NBS-LRR类抗病基因中共发现115对直系同源基因和8对旁系同源基因，主要分布在4号和5号染色体上，其中51.57%的NBS-LRR类抗病基因以同源基因形式存在，大多数Ka/Ks均小于1，说明其进化中主要受到纯化选择。基于转录组测序数据（RNA-Seq）分析结果表明，多数NBS-LRR类抗病基因能响应不同细菌胁迫。【结论】番茄NBS-LRR类抗病基因具有成簇存在的特点，在进化过程中经重复扩张，已形成大量同源基因，且能响应多种细菌胁迫。

Genome-wide identification and evaluation of NBS-LRR disease-resistant gene family in cultivated tomatoes and wild tomatoes