二倍体和四倍体马铃薯StGAox基因鉴定与比较分析

覃悦; 杨妍; 张磊; 卢丽丽; 李先平; 蒋伟; 《生物技术通报 》 2025 北大核心 CSCD

摘要：【目的】赤霉素氧化酶GAox包括GA20氧化酶（GA20ox）、GA2氧化酶（GA2ox）和GA3氧化酶（GA3ox），是植物体内赤霉素GA生物合成的关键调控酶，与植物的生长发育及对胁迫的响应息息相关。从二倍体和四倍体马铃薯全基因组中鉴定StGAox基因家族成员，比较分析不同倍性的马铃薯中该基因家族的进化模式，为马铃薯StGAox的基因功能研究提供线索。【方法】基于3个二倍体和3个四倍体马铃薯全基因组信息，利用生物信息学方法对StGAox基因家族进行鉴定，比较分析不同倍性的马铃薯中该家族成员的系统发育关系、基因结构、染色体定位、共线性关系、基因复制模式、亚细胞定位、顺式作用元件、匍匐茎中的表达模式。【结果】二倍体马铃薯Solanum tuberosum group Phureja DM1-3 516 R44 (DM)、S. chacoense M6 (M6)和S. tuberosum group Tuberosum RH89-039-16 (RH)分别鉴定到35、26和56个GAox同源基因，四倍体马铃薯品种大西洋（cv. Atlantic,Atl）、合作88 (cv. Cooperation-88,C88)和cv. Otava (Ot)分别鉴定到99、133和105个同源基因，在12或24或48条染色体上呈不均匀分布，其编码蛋白主要定位于细胞核、细胞骨架及叶绿体中；通过对二倍体和四倍体马铃薯、番茄和拟南芥的比较进化分析将其分为3个亚族GA20ox、GA3ox和GA2ox，同一亚族具有相似的蛋白保守基序和基因结构；共线性分析发现6种马铃薯StGAox存在不同程度的易位；在基因复制方面，与二倍体马铃薯DM比较，四倍体马铃薯Atl、C88和Ot中分别有72、117、95个StGAox基因属于共线性基因，二倍体马铃薯M6和RH中分别有21和51个共线性基因；顺式元件分析表明，胁迫相关的CAAT-box、植物生长发育相关的TATA-box、植物激素相关的CGTCA-motif、ERE和TGACG-motif、光反应相关的Box 4和G-box的数量最多；StGAox在匍匐茎中表达模式不同，大多数StGAox基因TPM值均小于20,31个StGAox基因仅在膨大匍匐茎中有表达，12个基因在膨大匍匐茎中的表达量明显高于顶端弯钩状匍匐茎。【结论】二倍体和四倍体马铃薯中共鉴定到454个GAox基因，揭示了不同倍性的马铃薯GAox家族基因结构、基序组成、染色体分布、基因复制模式和匍匐茎中的表达谱。

关键词： 马铃薯 倍性 赤霉素氧化酶 生物信息学分析 基因复制