板栗Hsp90基因家族的鉴定及在胚珠发育过程中的表达分析

  目的  热激蛋白（Hsp90）是一种在细菌、植物、动物中均广泛存在的高度保守的蛋白质分子，在植物应激反应和生长发育等过程中发挥着重要的作用。板栗作为我国重要的坚果树种，雌雄花比例不同、授粉受精困难及胚败育等现象致使板栗单产低，严重制约板栗的产量。近期有研究发现Hsp90基因家族参与植物的胚形成，本研究首次对板栗中Hsp90基因家族进行鉴定及表达分析，旨在揭示Hsp90基因家族的功能及其在授粉受精和胚珠发育过程中的作用，进而为提高板栗产量提供理论依据。  方法  利用生物信息学方法对板栗Hsp90基因家族成员进行了鉴定，分析家族成员的理化性质、基因结构、进化关系、启动子元件。基于转录组数据分析CmHsp90基因在板栗胚珠不同发育时期的表达情况。  结果  本研究在板栗中共鉴定到10个CmHsp90基因，该基因家族成员的编码区（CDS）长度范围是2 112 ~ 2 481 bp，含有4 ~ 22个外显子，编码703 ~ 826个氨基酸，相对分子量范围为80.67 ~ 94.21 kDa，等电点pI范围介于4.81 ~ 5.26；不稳定系数介于36.15 ~ 46.75之间，除CmHsp90-6、CmHsp90-4、CmHsp90-9外，其他基因编码的蛋白质相对比较稳定。对CmHsp90基因家族蛋白进行亚细胞定位预测发现:5个成员（CmHsp90-1、CmHsp90-4、CmHsp90-5、CmHsp90-9、CmHsp90-10）定位到了细胞质上，2个成员（CmHsp90-7、CmHsp90-8）定位到了内质网上，其余3个成员分别定位到细胞核（CmHsp90-3）、线粒体（CmHsp90-2）和叶绿体上（CmHsp90-6）上。对CmHsp90基因家族蛋白信号肽预测发现，仅CmHsp90-7和CmHsp90-8存在潜在的信号肽位点。CmHsp90基因家族蛋白的motif、保守结构域基本一致，均包含Hsp90结构域（PF00183）和HATPase_C结构域（PF02518）。基于系统进化树分析，10个CmHsp90家族蛋白被分为5个组。对CmHsp90基因家族启动子区域进行顺式作用元件预测，发现光响应元件是CmHsp90基因家族启动子上的主要调控元件，其次为ABA响应元件，此外，有4个基因（CmHsp90-1、CmHsp90-5、CmHsp90-7、CmHsp90-8）存在温度响应元件。通过对板栗胚珠不同发育阶段的RNA-seq数据进行分析发现:除CmHsp90-3基因外，其他基因在受精前胚珠中的表达量均高于受精后胚珠；CmHsp90-2、CmHsp90-4、CmHsp90-5、CmHsp90-7、CmHsp90-8、CmHsp90-9、CmHsp90-10基因在发育胚珠中的表达量高于败育胚珠。  结论  CmHsp90基因在胚珠不同发育过程中的表达存在差异，在同一子房内发育胚珠和败育胚珠中的表达情况也不尽相同，研究结果为下一步研究CmHsp90基因在板栗授粉受精以及胚发育过程中的具体作用奠定理论基础。