摘 要: 木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶（Xyloglucan endotransglycosylases/hydrolases,XTH）參與纖維素/木葡聚糖交聯(lián)構(gòu)建和重塑，在植物細(xì)胞壁的可伸展性方面有非常重要的作用。但在工業(yè)大麻（Cannabis sativa）中還未有關(guān)于該酶的報(bào)道。為系統(tǒng)鑒定工業(yè)大麻XTH家族成員，本研究通過生物信息學(xué)手段，鑒定出10個(gè)工業(yè)大麻XTH基因（CsXTH），分別命名為CsXTH1~CsXTH10，分析了其理化性質(zhì)、系統(tǒng)進(jìn)化和不同生長時(shí)期表達(dá)模式等。結(jié)果表明，XTH家族成員相對(duì)分子量在31.14~63.64kD之間。亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，10個(gè)家族成員均定位在細(xì)胞壁上，CsXTH3和CsXTH8也能定位在細(xì)胞質(zhì)中，均屬于親水性蛋白。CsXTH啟動(dòng)子區(qū)存在較多光響應(yīng)、激素響應(yīng)和逆境響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件，表明CsXTH可能參與植物生長發(fā)育及逆境脅迫防御等多種生物學(xué)過程。CsXTH基因的表達(dá)在不同生長時(shí)期存在特異性，CsXTH3，CsXTH5在幼苗期表達(dá)量最高，CsXTH7在工藝成熟期表達(dá)量最高。上述結(jié)果為研究CsXTH家族基因在工業(yè)大麻纖維發(fā)育中的功能提供了參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞: 工業(yè)大麻；XTH基因家族；纖維發(fā)育；生物信息學(xué)分析
木葡聚糖（Xyloglucan,XYG）是大多數(shù)植物初生細(xì)胞壁中含量最多的半纖維素，其合成需要一個(gè)糖苷鍵合酶與多種糖基轉(zhuǎn)移酶，木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖苷酶/水解酶（Xyloglucan endotransglycosylases/hydrolases,XTH）作為糖苷水解酶16（GH16）家族中的一種關(guān)鍵修飾酶，它可以催化XYG分子的裂解和聚合從而修飾細(xì)胞壁的交聯(lián)構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)[1-2]。XTH具有兩種催化功能：一是通過木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)水解酶（Xyloglucan endo-transglycosylase,XEH）催化XYG水解，二是通過木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶（Xyloglucan endo-transglycosylase,XET）催化XYG鏈的切割與重新連接[3]。根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系，一般XTH基因家族成員被分成3個(gè)主要類群，分別為I類、II類和III類，其中III類成員進(jìn)一步又可劃分成IIIA和IIIB，除3個(gè)主要類群外在物種中還存在一個(gè)小祖先類群（Ancestral group）[4]。研究表明，IIIA組的XTH基因主要有XEH活性，而I、II和IIIB組的XTH基因則有XET活性[5]。XTH基因家族成員已在許多物種中被發(fā)現(xiàn)，例如擬南芥（Arabidopsis thaliana）中有33個(gè)成員[6]，煙草（Nicotiana tabacum）中有56個(gè)成員[7]，水稻（Oryza sativa）中有29個(gè)成員[8]，苧麻（Boehmeria nivea）中有19個(gè)成員[9]，陸地棉（Gossypium hirsutum）中有72個(gè)成員[10]，楊樹（Populus trichocarpa）中有43個(gè)成員[11]，鵝掌楸（Liriodendron chinense）中有27個(gè)成員[12]，桂花（Osmanthus fragrans）中有38個(gè)成員[13]，龍眼（Dimocarpus longan）中有25個(gè)成員[14]，花生（Arachis hypogaea）中有58個(gè)成員[15]，大豆（Glycine max）中有61個(gè)成員[16]，桑樹（Morus alba）中有22個(gè)成員[17]，甘薯（Ipomoea batatas）中有36個(gè)成員[18]。在植物生長發(fā)育過程中XTH基因同樣發(fā)揮重要作用。例如，在擬南芥中至少有10個(gè)基因促進(jìn)細(xì)胞伸長、擴(kuò)增和細(xì)胞壁形成[6]。有研究表明棉花細(xì)胞伸長階段XTH活性越高，纖維越長[19]。此外該基因在抵御非生物脅迫方面同樣發(fā)揮作用。例如，在滇水金鳳（Impatiens uliginosa）中IuXTH2基因主要在銅脅迫前期發(fā)揮作用[20]。金魚草（Antirrhinum majus）AmXTH23和AmXTH33可能同時(shí)在抗核盤菌（Sclerotinia sclerotiorum）中發(fā)揮作用[21]。
工業(yè)大麻（Cannabis sativa）又稱線麻、火麻，是原產(chǎn)于中亞地區(qū)的一年生草本植物，在我國具有悠久的栽培歷史[22-23]，自古以來就有使用工業(yè)大麻纖維造紙、紡織等的記載[24]。大麻富含植物纖維，其韌皮纖維是制造高品質(zhì)紡織品的優(yōu)質(zhì)原料，由大麻纖維紡織的物品具有較好的吸濕排汗性、透氣性，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[25-26]。然而目前還未有人對(duì)工業(yè)大麻中XTH基因（CsXTH）家族進(jìn)行研究。本研究通過生物信息學(xué)手段對(duì)CsXTH家族成員進(jìn)行鑒定，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征、蛋白亞細(xì)胞定位及順式作用元件等預(yù)測(cè)分析，以期為研究CsXTH的功能提供新的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步探索工業(yè)大麻纖維發(fā)育奠定基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 工業(yè)大麻 XTH 家族成員基因獲取
通過NCBI網(wǎng)站（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）下載工業(yè)大麻（Cannabis sativa,BioProject:PRJEB29284;Assemblynumber:GCA_900626175.2）、擬南芥（Arabidopsis thaliana,Assemblynumber:GCA_000001735.1）、棉花（Gossypium hirsutum,Assemblynumber:GCA_000327365.1）的全基因組、蛋白組以及注釋文件。以擬南芥AtXTH蛋白作為參考，在NCBI網(wǎng)站進(jìn)行BLAST比對(duì)，進(jìn)而獲得CsXTH家族候選基因蛋白序列。從Pfam數(shù)據(jù)庫（http://pfam.xfam.org/）[27]下載XTH基因XET_C（PF06955）和Glyco_hydro_16（PF00722）兩個(gè)保守結(jié)構(gòu)域HMM文件[28]，通過Hmmersearch軟件做二次比對(duì)（E-value＜1E5）。利用CD Search結(jié)構(gòu)域工具對(duì)兩次獲得的CsXTH家族候選基因進(jìn)行驗(yàn)證，篩選比對(duì)檢索結(jié)果留下同時(shí)包含XET_C和Glyco_hydro_16保守結(jié)構(gòu)域的蛋白序列，手動(dòng)去冗余后得到10個(gè)工業(yè)大麻CsXTH家族成員并命名。
1.2 工業(yè)大麻 XTH 基因家族生物信息學(xué)分析
利用在線網(wǎng)站及軟件進(jìn)行基因家族預(yù)測(cè)：利用ExPASy在線網(wǎng)站進(jìn)行蛋白理化性質(zhì)預(yù)測(cè)（https://web.expasy.org/protparam/）[29]、利用Plant-mPLoc在線網(wǎng)站進(jìn)行蛋白亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)（http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）[30]、利用MEME在線網(wǎng)站進(jìn)行蛋白保守基序分析（http://meme-suite.org/tools/meme）[31]；使用TBtools軟件對(duì)每條基因序列的外顯子及內(nèi)含子、保守結(jié)構(gòu)域、motif進(jìn)行分析和可視化呈現(xiàn)[32]；通過MEGA 11.0軟件中的鄰接法構(gòu)建擬南芥、棉花和工業(yè)大麻系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹[33]；利用TBtools軟件分析工業(yè)大麻、擬南芥及棉花3種作物的共線性關(guān)系并進(jìn)行可視化呈現(xiàn)；通過Plant Care網(wǎng)站（http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）預(yù)測(cè)基因啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件，將結(jié)果進(jìn)行可視化構(gòu)圖，利用在線軟件SWISSMODEL（https://swissmodel.expasy.org/interactive）、SOPMA（https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgibin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html#opennewwindow）、TMHMMServerv2.0（http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）和SignalP-5.0（http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/）進(jìn)行蛋白預(yù)測(cè)[34]。
1.3 CsXTH 基因表達(dá)模式分析
工業(yè)大麻不同發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)由本研究室測(cè)序獲得（PRJNA1191537）。實(shí)驗(yàn)材料為本單位自主選育品種‘龍大麻3號(hào)’，選取幼苗期（I）、快速生長期（II）、現(xiàn)蕾期（III）、工藝成熟期（IV，包含IV♀和IV♂）4個(gè)工業(yè)大麻纖維發(fā)育主要時(shí)期為取樣節(jié)點(diǎn)，每個(gè)時(shí)期取植株地上部主莖中間上下2cm部位，共收集15個(gè)樣本包含3個(gè)生物學(xué)重復(fù)進(jìn)行RNA-seq測(cè)序，根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)計(jì)算基因表達(dá)量并繪制熱圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 工業(yè)大麻 XTH 基因家族成員蛋白理化性質(zhì)及亞細(xì)胞定位分析
全基因組篩選鑒定后共得到10條工業(yè)大麻基因序列作為CsXTH家族成員進(jìn)行研究，分別命名為CsXTH1~CsXTH10。CsXTH家族成員氨基酸數(shù)量在282~570之間，分子量在31.14~63.64kDa之間，不穩(wěn)定系數(shù)在25.25~53.46之間，CsXTH基因家族中大多數(shù)為穩(wěn)定蛋白。除CsXTH2、CsXTH4、CsXTH5這3個(gè)蛋白（33.3%）理論等電點(diǎn)（pI）在7以下，大多數(shù)CsXTH蛋白（66.7%）pI均在7以上，因此CsXTH基因家族為堿性蛋白。CsXTH家族成員疏水性指數(shù)在—0.030~—0.542之間，該家族成員為親水性蛋白。工業(yè)大麻中所有XTH均定位在細(xì)胞壁上，其中CsXTH3和CsXTH8也能定位在細(xì)胞質(zhì)中（表1）。
表1 工業(yè)大麻XTH家族蛋白理化特性
2.2 工業(yè)大麻 XTH 基因家族系統(tǒng)進(jìn)化分析
為進(jìn)一步了解工業(yè)大麻與擬南芥和棉花在XTH基因上的進(jìn)化關(guān)系，將10個(gè)工業(yè)大麻CsXTH蛋白、33個(gè)擬南芥AtXTH蛋白（AtXTH1~AtXTH33）和3個(gè)棉花XTH蛋白（AEW07363.1、ABU41235.1、ABU41232.1）導(dǎo)入MEGA11軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹。結(jié)果如圖1所示，構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹聚為3個(gè)明顯分支，包含4個(gè)亞家族（Ancestral group, Ⅰ/Ⅱ, Ⅲ-A, Ⅲ-B），其中工業(yè)大麻10個(gè)CsXTH成員分布在Ⅲ-B亞家族2個(gè)（CsXTH2、CsXTH10），以及Ⅰ/Ⅱ亞家族8個(gè)。3個(gè)物種同源性較高且存在較近的親緣關(guān)系，表明CsXTH基因在進(jìn)化上相對(duì)保守。
圖1 CsXTH基因家族系統(tǒng)發(fā)育分析
注：紅色-工業(yè)大麻，藍(lán)色-擬南芥，綠色-棉花
2.3 工業(yè)大麻 XTH 基因結(jié)構(gòu)及 Motif 分析
通過TBtools軟件呈現(xiàn)CsXTH基因家族成員的Motif、結(jié)構(gòu)域及基因結(jié)構(gòu)（圖2），結(jié)果顯示，除CsXTH4（無Motif5）外，其余基因均包含Motif1，Motif2，Motif3及Motif4，表明這4個(gè)基序在CsXTH蛋白序列中分布最廣、保守程度最高，每個(gè)CsXTH蛋白均含有4~5個(gè)保守基序，Motif分布的位置與數(shù)量基本相同（圖2A），表明CsXTH家族成員功能單位和結(jié)構(gòu)域基本相似。所有CsXTH蛋白均包含GH16_XET保守結(jié)構(gòu)域（圖2B），其中CsXTH1特異含有RplX結(jié)構(gòu)域，CsXTH4特異含有RNase_H_like superfamily結(jié)構(gòu)域。
為了進(jìn)一步解析CsXTH基因的結(jié)構(gòu)多樣性，對(duì)CsXTH中的內(nèi)含子、外顯子進(jìn)行了研究（圖2C），結(jié)果顯示CsXTH中至少有2個(gè)以上內(nèi)含子，3個(gè)以上外顯子，其中CsXTH6，CsXTH8，CsXTH9有最少的外顯子和內(nèi)含子數(shù)量，其余CsXTH基因外顯子及內(nèi)含子數(shù)量均高于3個(gè)，且內(nèi)含子和外顯子分布結(jié)構(gòu)緊密相連，高度保守。
圖2 CsXTH 家族功能結(jié)構(gòu)域
注：A-保守基序，B-保守結(jié)構(gòu)域，C-基因結(jié)構(gòu)
2.4 工業(yè)大麻 XTH 基因家族染色體定位與共線性分析
根據(jù)工業(yè)大麻基因組數(shù)據(jù)對(duì)CsXTH染色體定位分析，結(jié)果如圖3所示，10個(gè)家族成員共在8條染色體上有分布，其中Chr4染色體上的成員最多（3個(gè)），其余染色體上各有1個(gè)基因分布。
為了闡明不同物種之間的進(jìn)化關(guān)系，以及更深入的探究CsXTH基因的結(jié)構(gòu)和功能之間的相關(guān)性，對(duì)工業(yè)大麻、擬南芥及棉花進(jìn)行共線性分析（圖4）。彩色線代表CsXTH基因與其他物種中的基因具有共線性，其中工業(yè)大麻與擬南芥存在5個(gè)直系同源基因?qū)?，工業(yè)大麻與棉花存在13個(gè)直系同源基因?qū)?，表明工業(yè)大麻和棉花的XTH基因家族具有更近的同源進(jìn)化關(guān)系。
圖3 CsXTH 基因染色體分布情況
圖4 CsXTH 共線性分析
2.5 蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及信號(hào)肽分析
CsXTH家族成員蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果表明，10個(gè)CsXTH蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中無規(guī)則卷曲（Random coil）占比為52.46%~60.45%，除CsXTH4、CsXTH6外，α螺旋占比均少于延長鏈占比。CsXTH1，CsXTH4，CsXTH6，CsXTH10共4個(gè)蛋白無剪切位點(diǎn)。信號(hào)肽預(yù)測(cè)結(jié)果顯示（圖5B）共6個(gè)（CsXTH2，CsXTH3，CsXTH5，CsXTH7，CsXTH8，CsXTH9）成員有信號(hào)肽，信號(hào)肽指數(shù)均大于0.5，其余4個(gè)成員無信號(hào)肽（表2）。
表2 CsXTH 蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)和信號(hào)肽預(yù)測(cè)
圖5 CsXTH 蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)(A)和信號(hào)肽預(yù)測(cè)(B)
2.6 蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域與蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
利用TMHMM2.0預(yù)測(cè)CsXTH蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域，結(jié)果如圖6A所示，CsXTH7，CsXTH8，CsXTH9和CsXTH10含1個(gè)完整的跨膜結(jié)構(gòu)域，且含有相同數(shù)目的氨基酸。該家族10個(gè)成員結(jié)構(gòu)主要包含螺旋和無規(guī)則卷曲（圖6B），與二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)果相一致，這可進(jìn)一步說明CsXTH基因家族具有高度保守性。
圖6 CsXTH蛋白跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（A）和三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（B）
2.7 工業(yè)大麻 XTH 基因啟動(dòng)子順式作用元件預(yù)測(cè)
在植物響應(yīng)脅迫方面轉(zhuǎn)錄因子有非常重要的作用，其中的各種作用元件可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)。為了探索10個(gè)CsXTH基因在工業(yè)大麻中的功能，對(duì)CsXTH基因轉(zhuǎn)錄起始上游2000bp的作用元件分析預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖7所示，CsXTH1，CsXTH4，CsXTH6，CsXTH7及CsXTH10啟動(dòng)子含有干旱誘導(dǎo)的MYB結(jié)合位點(diǎn)，CsXTH1，CsXTH5，CsXTH6，CsXTH8及CsXTH9啟動(dòng)子均含有分生組織表達(dá)調(diào)控順式作用元件，CsXTH4啟動(dòng)子特異含有柵欄葉肉細(xì)胞分化作用元件與蛋白結(jié)合位點(diǎn)，CsXTH1啟動(dòng)子特異含有調(diào)控胚乳表達(dá)的元件，CsXTH10啟動(dòng)子特異含有MYBHv1結(jié)合位點(diǎn)。
所有CsXTH總共包括245個(gè)順式元件（圖8）。它們參與了19個(gè)非生物脅迫，包括光響應(yīng)、生長素響應(yīng)、防御和脅迫響應(yīng)性和低溫響應(yīng)等。其中光響應(yīng)元件占所有順式元件的52.24%，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他元件，其次是脫落酸響應(yīng)元件，占所有順式元件的8.16%。這些結(jié)果可以作為未來預(yù)測(cè)基因響應(yīng)脅迫方面功能的理論基礎(chǔ)。
圖7 CsXTH 順式作用元件分析
圖8 CsXTH 順式作用元件數(shù)量分析
2.8 CsXTH 基因表達(dá)模式分析
為了探究CsXTH基因在工業(yè)大麻不同發(fā)育時(shí)期的表達(dá)模式，對(duì)工業(yè)大麻幼苗期（I）、快速生長期（II）、現(xiàn)蕾期（III）、工藝成熟期雌（IV♀）和工藝成熟期雄（IV♂）的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明同一時(shí)期不同基因表達(dá)存在特異性，同時(shí)存在雌雄差異表達(dá)。在幼苗期CsXTH3和CsXTH5表達(dá)量最高；在快速生長期、現(xiàn)蕾期及工藝成熟期（IV♀）CsXTH5和CsXTH7表達(dá)量最高；在工藝成熟期（IV♂）CsXTH7和CsXTH10表達(dá)量最高。同一基因不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)模式也存在不同，CsXTH3和CsXTH5在發(fā)育前期表達(dá)量較高，隨發(fā)育時(shí)期推進(jìn)，表達(dá)量逐漸降低；而CsXTH7表達(dá)模式相反，在發(fā)育前期表達(dá)量較低，隨發(fā)育時(shí)期推進(jìn)，表達(dá)量逐漸升高。
圖 9 CsXTH 基因表達(dá)模式分析
注：I表示幼苗期、II表示快速生長期、III表示現(xiàn)蕾期、IV（♀）表示工藝成熟期（雌）、IV（♂）表示工藝成熟期（雄）
3 討論
XTH作為重要的細(xì)胞壁修飾酶，通過木葡聚糖的交聯(lián)、構(gòu)建和重組在細(xì)胞壁重塑中發(fā)揮重要作用。本研究在工業(yè)大麻全基因組中共篩選鑒定出10個(gè)CsXTH基因家族成員，與其他植物相比，從工業(yè)大麻中鑒定出的XTH基因數(shù)量少于擬南芥（33個(gè)AtXTH）[6]等，基因復(fù)制事件是基因功能多樣化的來源，有利于基因家族成員數(shù)量的擴(kuò)大，CsXTH基因數(shù)量與其他植物的差異可能與工業(yè)大麻的重復(fù)事件較少有關(guān)[14]。10個(gè)成員蛋白Motif位置和Motif數(shù)目基本一致，各成員之間蛋白長度及分子量方面差異較小，蛋白亞細(xì)胞定位分析顯示均定位于細(xì)胞壁，與在荔枝（Litchi chinensis）[35]、桃（Prunus persica）[36]等中的研究結(jié)果一致。同時(shí)XTH參與調(diào)控XYG的水解和轉(zhuǎn)移，與已有研究結(jié)果中XTHs的功能一致[4]。在有保守基序保障的前提下進(jìn)一步說明CsXTH蛋白是高度保守蛋白。
保守結(jié)構(gòu)域驗(yàn)證是基因家族研究的重要內(nèi)容，通過CD Search比對(duì)和Motif分析，10個(gè)成員均含有Glyco_hydro_16和XET_C結(jié)構(gòu)，結(jié)合進(jìn)化分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，XTH基因家族包含4個(gè)亞家族（Ancestral group, Ⅰ/Ⅱ, Ⅲ-A, Ⅲ-B），CsXTH在Ⅰ/Ⅱ亞家族成員最多，與前人研究結(jié)果類似[36]。結(jié)合與擬南芥構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹分析，聚類關(guān)系越近，說明基因越可能具有相似功能[37]。因此CsXTH基因可能與各亞家族內(nèi)擬南芥已知的XTH基因功能相似。CsXTH1與擬南芥的AtXTH10聚在一起，AtXTH10基因過量表達(dá)可以促進(jìn)根細(xì)胞生長，CsXTH1在基因功能上可能影響植株根生長發(fā)育[38]。CsXTH6和CsXTH8與AtXTH15聚在一起，XET活性顯著下降的同時(shí)伴隨擬南芥根部AtXTH15基因表達(dá)下調(diào)，CsXTH6和CsXTH8在半纖維素合成及其調(diào)控中可能起重要作用[39]。
本研究在CsXTH的啟動(dòng)子序列中鑒定出多個(gè)核心啟動(dòng)子元件，這些元件分別參與脅迫響應(yīng)(干旱、低溫、防御和脅迫)、激素響應(yīng)（脫落酸、水楊酸、茉莉酸甲酯、赤霉素和生長素）、光響應(yīng)和生長發(fā)育等過程，此外還特異存在柵欄葉肉細(xì)胞分化響應(yīng)元件及調(diào)控胚乳表達(dá)的元件等，這些功能元件解釋了為什么XTH基因家族可能通過不同順式作用元件的調(diào)控在生長和抵御外界脅迫中發(fā)揮重要作用。多項(xiàng)研究表明，植物XTH蛋白在植物纖維生長發(fā)育和抗逆性中起著重要作用[40-43]。在CsXTH基因的啟動(dòng)子區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了許多順式元件，這表明工業(yè)大麻中的XTH基因具有適應(yīng)植物中各種修飾的能力，特別是對(duì)幾種激素和許多脅迫響應(yīng)元件（脫落酸、茉莉酸甲酯、厭氧誘導(dǎo)）的響應(yīng)能力。
基因的表達(dá)模式與基因功能關(guān)系密切，本研究通過對(duì)工業(yè)大麻生長發(fā)育不同時(shí)期進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序表明CsXTH3，CsXTH5和CsXTH7在工業(yè)大麻發(fā)育中發(fā)揮主要作用，CsXTH3、CsXTH5在幼苗期表達(dá)量最高，CsXTH7在工藝成熟期表達(dá)量最高。有研究稱不同纖維發(fā)育時(shí)期高表達(dá)的基因有不同作用，如纖維發(fā)育起始期高表達(dá)基因可能參與表皮細(xì)胞突起；纖維發(fā)育伸長期高表達(dá)基因可能促進(jìn)纖維伸長；纖維發(fā)育次生壁加厚期高表達(dá)基因可能影響纖維強(qiáng)度[10]。本研究中CsXTH3、CsXTH5在幼苗期高表達(dá)可能與表皮細(xì)胞形成有關(guān)，CsXTH7在工藝成熟期高表達(dá)可能與纖維強(qiáng)度有關(guān)，目前對(duì)工業(yè)大麻中XTH基因功能研究有限，還需實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，本研究結(jié)果為CsXTH基因在工業(yè)大麻纖維生長發(fā)育中的功能研究提供思路和理論依據(jù)。
4 結(jié)論
通過對(duì)工業(yè)大麻XTH家族的全基因組鑒定，得到了10個(gè)家族成員，劃分為2個(gè)亞家族，均定位于細(xì)胞壁，Motif位置和數(shù)目基本一致，蛋白二、三級(jí)結(jié)構(gòu)均含有較多卷曲與螺旋結(jié)構(gòu)，CsXTH蛋白高度保守，啟動(dòng)子區(qū)除大量光響應(yīng)、脅迫響應(yīng)與激素響應(yīng)元件外，同時(shí)存在分生組織表達(dá)等順式元件。同一時(shí)期不同基因表達(dá)存在特異性，同時(shí)存在雌雄差異表達(dá)。在幼苗期CsXTH3和CsXTH5表達(dá)量最高；在生長后期CsXTH5和CsXTH7表達(dá)量最高。同一基因不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)模式也存在不同，CsXTH3和CsXTH5在發(fā)育前期表達(dá)量較高，而CsXTH7表達(dá)模式相反。研究結(jié)果為CsXTH家族基因潛在功能研究提供參考。
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文章摘自：隋月，閆博巍，張?jiān)埃坑翦?，鄭楠，張明，張利國．工業(yè)大麻XTH基因家族鑒定及不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)模式分析[J/OL]．草地學(xué)報(bào).https://link.cnki.net/urlid/11.3362.S.20250317.1812.002。
