小麥類病變LSD基因全基因組鑒定與轉(zhuǎn)錄組分析

盧晨 牛紅莉 何小行 尹軍良 馬東方

摘要 ：類病變（lesion simulating disease，LSD）基因編碼鋅指蛋白家族，在細(xì)胞程序性死亡（PCD）和其他生物過程中發(fā)揮作用。本研究鑒定了普通小麥Triticum aestivum和其3種亞基因組供體烏拉爾圖小麥T.urartu、野生二粒小麥T.dicoccoides和節(jié)節(jié)麥Aegilops tauschii中LSD基因家族。結(jié)果表明，普通小麥、烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥中分別含有24、4、10個(gè)和5個(gè)LSD基因;同源性分析表明，普通小麥相關(guān)的同源物共70對，有38對旁系同源物（54%）。蛋白質(zhì)特征顯示，13個(gè)（54%）TaLSD基因含有3個(gè)zf-LSD1結(jié)構(gòu)域，大部分TaLSD為堿性蛋白質(zhì)、不穩(wěn)定蛋白質(zhì)和非親水蛋白質(zhì);轉(zhuǎn)錄組分析表明，小麥LSD基因的表達(dá)量與禾谷鐮刀菌、白粉菌和條銹菌的侵染緊密相連。

關(guān)鍵詞 ：類病變; 小麥; 同源性分析; 蛋白特征; 轉(zhuǎn)錄組分析

中圖分類號(hào)：

S 184; S512

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020403

Genome-wide identification and transcriptome analysis of lesion simulating disease （LSD） gene family in wheat

LU Chen1， NIU Hongli1， HE Xiaohang1，2， YIN Junliang1， MA Dongfang1，2*

（1.Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry， Engineering Research Center of Wetland Ecology

and Agricultural Use， Ministry of Education， College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 434025， China;

2.State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant

Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China）

Abstract

The lesion simulating disease （LSD） genes encode a family of zinc finger proteins that play a role in programmed cell death （PCD） and other biological processes.In this study， we identified the LSD gene family in common wheat Triticum aestivum and three sub-genome donor species （T.urartu， T.dicoccoides and Aegilops tauschii）.The results showed that the numbers of LSD genes were 24， 4， 10， and 5 in T.aestivum， T.urartu， T.dicoccoides and A.tauschii， respectively.Homology analysis showed that there were 70 pairs of homologues in wheat， and 38 （54%） pairs of paralogs.Protein characterization showed that there were 13 TaLSD genes （54%） containing three zf-LSD1 domains， most of which were basic proteins， unstable proteins and non-hydrophilic proteins.Transcriptome analysis showed that the expression level of wheat LSD genes was closely related to the infection by Fusarium graminearum， Blumeria graminis f.sp.tritici and Puccinia striiformis f.sp.tritici.

Key words

lesion simulating disease; wheat; homology analysis; protein characteristics; transcriptome analysis

植物能夠根據(jù)環(huán)境的變化來調(diào)整自身的代謝過程。在引起轉(zhuǎn)錄組、細(xì)胞和生理水平變化的應(yīng)激反應(yīng)的信號(hào)傳遞過程中[1]，一種特征性反應(yīng)被稱為超敏反應(yīng)（HR），它觸發(fā)了程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD）[2]。PCD在損傷的初始部位和周圍細(xì)胞中調(diào)節(jié)損傷的生長和擴(kuò)散[34]。在研究擬南芥Arabidopsis thaliana中介導(dǎo)PCD過程的相關(guān)基因時(shí)，人們首次發(fā)現(xiàn)了類病變（lesion simulating disease，LSD）蛋白家族[5]。擬南芥中LSD家族最初發(fā)現(xiàn)于自發(fā)形成壞死病變的植株中[5]，該家族的基因在應(yīng)激條件下負(fù)調(diào)控植物中的PCD[67]。擬南芥LSD1基因（AtLSD1）是這一家族中具有典型特征的成員，在氧化應(yīng)激反應(yīng)中起中心作用[8]。該基因增強(qiáng)了與氧化應(yīng)激相關(guān)的信號(hào)通路中的活性氧清除能力[910]。AtLSD1與EDS1（enhanced disease susceptibility 1增強(qiáng)的疾病敏感性1）和PAD4（植物抗毒素缺乏4）一起充當(dāng)ROS/乙烯穩(wěn)態(tài)開關(guān)，控制光適應(yīng)和病原體防御[11]。研究發(fā)現(xiàn)，AtLSD1調(diào)節(jié)擬南芥對過量激發(fā)能量的適應(yīng)[12]、冷應(yīng)激反應(yīng)[13]以及缺氧條件下賴氨酸通氣組織的形成[14]。最近有報(bào)道顯示AtLSD1在調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)穩(wěn)態(tài)、光合作用、提高水分利用率和種子產(chǎn)量中發(fā)揮重要作用[15]。AtLSD1在小麥Triticum aestivum中的同源基因?yàn)門aLSD1 （GenBank登錄號(hào)ABQ23215.1），在本文中命名為TaLSD4.1（TraesCS1D02G278800.1）。TaLSD1對植物超敏細(xì)胞死亡具有負(fù)調(diào)控作用，并參與小麥對條銹病的抗病性[16]。此外，水稻Oryza sativa的OsLSD1參與調(diào)控水稻PCD和愈傷組織分化[17];OsLOL2（LSD1 like 2）與水稻生長和抗病性有關(guān)[1819];在大豆Glycine max中，GmLSD1被GmLSD8（甘氨酸最大LSD）調(diào)節(jié)以響應(yīng)真菌和脫水脅迫[20]。

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾淖魑镏唬彩侨藗兊闹饕澄飦碓粗籟21]。小麥在生長發(fā)育過程中生物脅迫和非生物脅迫經(jīng)常影響小麥的質(zhì)量和產(chǎn)量[2223]。為全面解析小麥LSD轉(zhuǎn)錄因子家族信息，本研究利用生物信息學(xué)方法對小麥LSD基因家族進(jìn)行鑒定，并對其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、蛋白質(zhì)特征、基因結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子、染色體分布特點(diǎn)，及其在生物脅迫中的轉(zhuǎn)錄組表達(dá)情況和與3種亞基因組供體小麥（烏拉爾圖小麥，野生二粒小麥，節(jié)節(jié)麥）中LSD基因的同源性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究LSD基因的功能特性和小麥的遺傳改良提供新的線索。

1 材料與方法

1.1 小麥LSD基因的鑒定和系統(tǒng)發(fā)育

首先，從Pfam（http：∥pfam.xfam.org/）下載隱馬爾可夫模型的種子序列PF06943（zf-LSD1）作為查詢序列。其次，以已知的LSD蛋白序列，包括來自擬南芥的12個(gè)LSD （AtLSD， TAIR10， http：∥www.arabidopsis.org/index.jsp）[24]，來自玉米Zea mays的20個(gè)LSD（ZmLSD， maizeGDB， https：∥www.maizegdb.org/）[25]，來自水稻的12個(gè)LSD （OsLSD， RGAP， http：∥rice.plantbiology.msu.edu/index.shtml）[26]作為查詢序列，使用蛋白蛋白基本局部比對搜索工具（Basic Local Alignment Search Tool， BLASTp）進(jìn)行分析（閾值E<1×10-10，匹配度>80%），利用Pfam（http： ∥pfam.sanger.ac.uk/search）刪除不含有PF06943（zf-LSD1）結(jié)構(gòu)域的序列，并最終確定小麥LSD基因家族成員。利用ClustalW2比對所有氨基酸序列[27]，然后利用MEGA 7.0最大似然法ML（maximum likelihood）生成系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[2829]。通過IToL（http：∥itol.embl.de）繪制系統(tǒng)發(fā)育樹。

1.2 TaLSD蛋白特性預(yù)測

使用蛋白質(zhì)分析工具ExPASy Server 10 （SIB Bioinformatics Resource Portal， https：∥prosite.expasy.org/PS50011）[30]預(yù)測小麥LSD（TaLSD）蛋白質(zhì)的共同特征，包括蛋白質(zhì)長度，分子量（MW），等電點(diǎn)（pI），穩(wěn)定性和親水性的均值（GRAVY）。利用Pfam（http： ∥pfam.sanger.ac.uk/search）查看TaLSD蛋白中zf-LSD1的個(gè)數(shù)，并通過網(wǎng)站Plant-mPLoc（http：∥www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）和WoLF PSORT（https：∥wolfpsort.hgc.jp/）進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測。

1.3 TaLSD的系統(tǒng)發(fā)育、基序（motifs）和基因結(jié)構(gòu)

通過IToL繪制系統(tǒng)發(fā)育樹，使用MEME 4.9.1 （http：∥meme-suite.org/index.html）[31]和Smart Motif（http：∥smart.embl-heidelberg.de/）[32]搜索工具鑒定保守的TaLSD蛋白基序。以已知的AtLSD、OsLSD和ZmLSD蛋白序列為參考序列。TaLSD保守蛋白基序通過以下標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別：1）每條序列可以包含位置不重疊的多個(gè)基序;2）最多20個(gè)不同的基序;3）基序長度為6～50 aa。TBtools（v 0.6699）軟件展示保守基序圖。根據(jù)TaLSD基因組注釋信息，使用GSDS 2.0 （http：∥gsds.cbi.pku.edu.cn/index.php）[3334]繪制基因（外顯子內(nèi)含子）結(jié)構(gòu)。

1.4 TaLSD的多條件轉(zhuǎn)錄組分析

本實(shí)驗(yàn)室前期從NCBI的SRA數(shù)據(jù)庫收集小麥多條件轉(zhuǎn)錄組分析的原始RNA-seq，通過SRAtoolkit子例程fastq-dump將獲得的SRA格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為fastq格式，通過Trimmomatic過濾低質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過Trinity（v 2.0.6）進(jìn)行從頭組裝，通過TransDecoder（v 5.3.0）進(jìn)行開放閱讀框預(yù)測，最后通過RSEM（v 1.2.19）計(jì)算轉(zhuǎn)錄本表達(dá)水平，所有程序均使用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算?；虮磉_(dá)水平通過片段按每百萬堿基對外顯子每千克堿基數(shù)（FPKM）模型進(jìn)行歸一化[35]。然后利用R軟件包pheatmap，根據(jù)FPKM值繪制熱圖。

1.5 TaLSD的染色體定位

從基因組參考GFF3文件中提取TaLSD的基因注釋。用BLASTp（閾值E<1×10-10，匹配度>80%）比對出同源性關(guān)系，然后通過MapInspect軟件繪制TaLSD染色體的物理圖譜[36]。

1.6 普通小麥、烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥的LSD基因家族的系統(tǒng)發(fā)育樹和同源性分析

按照1.1的方法（本地BLASTp）確定烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥的LSD基因家族成員，使用本地BLASTp搜索烏拉爾圖小麥（v 1.43）、野生二粒小麥（v 1.0.43）和節(jié)節(jié)麥（v 4.0.43）數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)來自于EnsemblPlants（http：∥plants.ensembl.org/index.html），閾值E<1×10-10，匹配度>80%。Pfam檢驗(yàn)是否含有PF06943（zf-LSD1）結(jié)構(gòu)域以確定是否是LSD基因家族成員。用BLASTp（閾值E<1×10-10，匹配度>80%）比對確定普通小麥和3種亞基因組供體小麥的同源性關(guān)系，刪除重復(fù)項(xiàng)，R包“circlize”繪制同源關(guān)系圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥基因組LSD的鑒定及系統(tǒng)發(fā)育分析

為鑒定小麥基因組中的TaLSD基因，收集44個(gè)已知的LSD蛋白，包括12個(gè)AtLSD（去除可變剪切后剩3個(gè)）、20個(gè)ZmLSD（去除可變剪切后剩6個(gè)）和12個(gè)OsLSD（去除可變剪切后剩6個(gè)）作為查詢序列，使用BLASTp進(jìn)行分析（閾值E<1×10-10， 匹配度>80%），Pfam（PF05687 LSD-N）進(jìn)一步篩選候選序列，去除沒有LSD特異性蛋白活性區(qū)的序列，最后確定小麥基因組中有24個(gè)可靠的TaLSD基因，并利用MEGA 7.0最大似然（ML）方法建立了多物種系統(tǒng)進(jìn)化樹（圖1）。根據(jù)序列的分布、聚類樹和基因結(jié)構(gòu)的差異（圖2）分為4組，各組小麥、水稻、玉米和擬南芥LSD基因數(shù)量：Group 1分別為2、1、2個(gè)和0個(gè)，Group 2分別為9、2、2個(gè)和1個(gè)、Group 3分別為5、2、1個(gè)和1個(gè)，Group 4分別為8、1、1個(gè)和1個(gè)。其中Group 2含有的LSD基因最多（14個(gè)），Group 1含有的LSD基因最少（5個(gè)）。

2.2 TaLSD的蛋白序列特征

為進(jìn)一步了解TaLSD，筆者使用Expasy server 10檢測了24個(gè)TaLSD的蛋白質(zhì)特性（表1）。24個(gè)TaLSD的平均長度為304 aa（107～903 aa）;平均分子量為31.82 kDa（11.08～94.13 kDa）;平均等電點(diǎn)為7.6（4.41～9.45），表明大部分TaLSD為堿性蛋白質(zhì);不穩(wěn)定指數(shù)平均值為55.44（31.6～80.46），大于40，表明大部分TaLSD屬于不穩(wěn)定蛋白質(zhì);親水性的平均值為0.09（-0.319～0.499），基本上大于0，說明大部分TaLSD都是非親水性蛋白質(zhì)。多網(wǎng)站預(yù)測亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示，TaLSD蛋白在細(xì)胞膜和細(xì)胞核內(nèi)都有分布，其中大部分分布于細(xì)胞膜。TaLSD所含zf-LSD1數(shù)量分別為，Group 1的2個(gè)TaLSD各含有2個(gè)zf-LSD1，Group 2的9個(gè)TaLSD每個(gè)都含有3個(gè)zf-LSD1，Group 3中除了TaLSD3.2含有2個(gè)zf-LSD1，其余都只含有1個(gè)zf-LSD1，Group 4中TaLSD4.1、TaLSD4.2、TaLSD4.3和TaLSD4.5含有2個(gè)zf-LSD1，其他TaLSD含有3個(gè)zf-LSD1。

2.3 TaLSD的系統(tǒng)發(fā)育樹、基序（motifs）和基因結(jié)構(gòu)

通過IToL繪制系統(tǒng)發(fā)育樹（圖2a），采用小麥的GFF3注釋對TaLSD基因的外顯子內(nèi)含子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（圖2b）。除TaLSD2.1基因兩端不含有非編碼區(qū)外，其他的TaLSD兩端都含有非編碼區(qū)，TaLSD4.3和TaLSD4.8的5′端含有非編碼區(qū)，3′端不含有非編碼區(qū)。所有的TaLSD都含有2段或多段內(nèi)含子。從小麥LSD家族基因結(jié)構(gòu)（圖2b）和相同組內(nèi)基因motif的相似性高（圖2c）進(jìn)一步說明分組的準(zhǔn)確性，以及TaLSD家族的高保守性。

2.4 TaLSD基因的表達(dá)分析

本實(shí)驗(yàn)室前期從NCBI的SRA數(shù)據(jù)庫收集小麥多條件轉(zhuǎn)錄組分析的原始RNA-seq，按照1.4方法計(jì)算出FPKM值，利用R軟件包pheatmap繪制熱圖。按病害分為禾谷鐮刀菌處理下的TaLSD基因的熱圖（圖3a）和白粉菌和條銹菌處理下的TaLSD基因的熱圖（圖3b）。如圖3a所示，禾谷鐮刀菌處理開花期小麥‘NIL51’和‘NIL38’，TaLSD4.4、TaLSD4.6和TaLSD4.7在對照組和處理組都高度表達(dá)，基本沒有差異，其功能與禾谷鐮刀菌的侵染無關(guān);病原菌接種后3、6、12、24、36 h和48 h TaLSD2.1、TaLSD2.2、TaLSD2.3、TaLSD2.5、TaLSD2.6、TaLSD2.9、TaLSD4.1和TaLSD4.2在對照組和處理組中均有表達(dá)，但表達(dá)量存在一定差異;TaLSD4.1和TaLSD4.2在對照組中的表達(dá)量高于接菌處理，其功能與禾谷鐮刀菌的侵染有關(guān)。

如圖3b所示，白粉菌處理下TaLSD1.1、TaLSD1.2、TaLSD2.1、TaLSD2.2、TaLSD2.3、TaLSD2.5、TaLSD2.6、TaLSD2.9、TaLSD4.1、TaLSD4.2、TaLSD4.4、TaLSD4.6和TaLSD4.7在對照組和處理組均有表達(dá)。白粉菌E09處理成株期小麥‘N9134’ 7 d后的葉片，TaLSD1.1、TaLSD1.2、TaLSD2.1、TaLSD2.2、TaLSD2.3、TaLSD2.5、TaLSD2.6和TaLSD2.9在接菌處理中表達(dá)量明顯高于對照，說明其功能與白粉菌E09侵染小麥‘N9134’有關(guān)。

如圖3b所示，條銹菌CYR31處理成株期小麥‘N9134’ 7 d后的葉片，TaLSD1.1、TaLSD1.2、TaLSD2.1、TaLSD2.3和TaLSD2.6在接菌處理中表達(dá)量低于對照;TaLSD4.2在處理中表達(dá)量明顯高于對照，說明其功能與條銹菌CYR31侵染小麥‘N9134’有關(guān)。

2.5 TaLSD的染色體定位

利用小麥全基因組的GFF3文件，并根據(jù)基因ID提取出mRNA染色體信息，確定TaLSD基因在染色體上的位置。利用Mapinspect軟件構(gòu)建小麥TaLSD的染色體圖譜，在小麥染色體上的TaLSD基因圖譜見圖4。位于chrom 1A、chrom 5A、chrom 7A、chrom 1B、chrom 3B、chrom 5B、chrom 1D、chrom 3D、chrom 5D和chrom 7D染色體上的小麥LSD成員數(shù)量分別為3、2、1、3、3、3、2、2、4個(gè)和1個(gè)。在小麥LSD基因中共找到38組基因重復(fù)，其中29組為片段復(fù)制（表2），9組為串聯(lián)重復(fù)（表3）。

2.6 LSD基因家族在普通小麥、烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥的系統(tǒng)發(fā)育樹和同源性分析

經(jīng)鑒定TaLSD基因在普通小麥、烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥基因家族中的數(shù)量為24、4、10個(gè)和5個(gè)。利用MEGA 7.0最大似然（ML）方法建立系統(tǒng)發(fā)育樹（圖5）。LSD蛋白可分為4組，Group 1、Group 2、Group 3和Group 4的蛋白數(shù)目普通小麥分別為2、9、5個(gè)和8個(gè)，烏拉爾圖小麥分別為1、2、1個(gè)和0個(gè)，野生二粒小麥分別為2、4、3個(gè)和1個(gè)，節(jié)節(jié)麥分別為2、2、1個(gè)和1個(gè)。

通過R包“circlize”繪制同源關(guān)系圖譜。共鑒定出82對同源基因（圖6），直系同源（orthologous）指的是不同物種之間的某一部分具有的同源性，不是整個(gè)物種之間的對比，只是其中的某些基因序列，例如，蛋白質(zhì)的同源性和DNA序列的同源性。旁系同源（paralogs）是那些在一定物種中的來源于基因復(fù)制的蛋白，可能會(huì)進(jìn)化出新的與原來有關(guān)的功能，用來描述在同一物種內(nèi)由于基因復(fù)制而分離的同源基因。與普通小麥相關(guān)的同源物共70對，有38對旁系同源物和32對直系同源物，與烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥分別有16、5對和11對直系同源物。與烏拉爾圖小麥相關(guān)的同源物共19對，沒有旁系同源物，與普通小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥分別有16、1對和2對直系同源物。與野生二粒小麥相關(guān)的同源物共8對，有1對旁系同源物，與普通小麥、烏拉爾圖小麥和節(jié)節(jié)麥分別有5、1對和1對直系同源物。與節(jié)節(jié)麥相關(guān)的同源物共12對，沒有旁系同源物，與普通小麥、烏拉爾圖小麥和野生二粒小麥分別有11、0對和1對直系同源物。

3 討論

異源六倍體小麥?zhǔn)且环N古老的多倍體，至少經(jīng)歷兩輪全基因組復(fù)制（WGD）事件，這導(dǎo)致小麥基因組包含超過85%的重復(fù)基因[37]。重復(fù)基因的存在可以通過新功能化、亞功能化和非功能化為基因進(jìn)化提供更多機(jī)會(huì)[38]。在這項(xiàng)研究中，六倍體普通小麥的LSD基因數(shù)量（24個(gè)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于四倍體野生二粒小麥和二倍體節(jié)節(jié)麥（5個(gè)）和烏拉爾圖小麥（4個(gè)）。同源性分析中，共鑒定出82對同源基因（圖6）。普通小麥相關(guān)的同源物共70對，其中有38對旁系同源物（54%），與小麥LSD基因家族中38組基因重復(fù)數(shù)量一致。小麥與烏拉爾圖小麥、野生二粒小麥和節(jié)節(jié)麥的直系同源物分別有16對（23%）、5對（7%）和11對（16%），共32對（46%）。普通小麥的LSD基因的復(fù)制，54%來源于自身的復(fù)制，46%來源于3種亞基因組供體。

3個(gè)LSD結(jié)構(gòu)域組成的基因結(jié)構(gòu)代表了祖先的狀態(tài)，雖然大多數(shù)LSD基因都有3個(gè)LSD結(jié)構(gòu)域，但對1個(gè)或2個(gè)LSD結(jié)構(gòu)域的基因的鑒定表明，這些結(jié)構(gòu)在進(jìn)化過程中也同樣保守，LSD結(jié)構(gòu)域數(shù)目對LSD基因功能的影響尚不清楚，LSD結(jié)構(gòu)域的丟失和獲得支持了植物基因組經(jīng)過動(dòng)態(tài)和漸進(jìn)進(jìn)化的理論[39]。在我們對小麥LSD基因的分析中，LSD基因家族是特征鋅指蛋白，如圖2所示，其結(jié)構(gòu)高度保守，包含保守的zf-LSD1結(jié)構(gòu)域CxxCRxxLMYxxGASxVxCxxC[6]。如表1所示，24個(gè)小麥的LSD基因中，13個(gè)（占54%）LSD基因含有3個(gè)zf-LSD1結(jié)構(gòu)域，7個(gè)（29%）LSD基因含有2個(gè)zf-LSD1結(jié)構(gòu)域，4個(gè)（17%）LSD基因含有1個(gè)zf-LSD1結(jié)構(gòu)域。對LSD基因分布的分析表明（圖4），小麥的LSD基因在A、B和D染色體上都有分布，分別為6、9、9個(gè)，數(shù)量較為接近。

在轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析中，不同的基因表達(dá)水平有顯著差異?？傮w來看TaLSD2.4、TaLSD2.7、TaLSD2.8、TaLSD3.1、TaLSD3.2、TaLSD3.3、TaLSD3.4、TaLSD3.5、TaLSD4.5和TaLSD4.8在禾谷鐮刀菌、白粉菌和條銹菌處理下對照和處理表達(dá)量極少或都不表達(dá)，表明該部分TaLSD基因的功能與禾谷鐮刀菌、白粉菌和條銹菌侵染無關(guān)，與其他致病菌的侵染有無關(guān)系，仍需要進(jìn)一步證明。如圖3所示，總結(jié)上述對照和處理的差異：禾谷鐮刀菌侵染小穗開花期的小麥‘NIL51’和小麥‘NIL38’抑制了TaLSD4.1和TaLSD4.2的表達(dá);白粉菌E09侵染小麥‘N9134’ 7d的葉片促進(jìn)了TaLSD1.1、TaLSD1.2、TaLSD2.1、TaLSD2.2、TaLSD2.3、TaLSD2.5、TaLSD2.6和TaLSD2.9的表達(dá);條銹菌CYR31侵染小麥‘N9134’葉片抑制了TaLSD1.1、TaLSD1.2、TaLSD2.1、TaLSD2.3和TaLSD2.6的表達(dá)，促進(jìn)TaLSD4.2的表達(dá)。結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1），發(fā)現(xiàn)進(jìn)化關(guān)系接近的同組LSD基因?qū)坦如牭毒?、白粉菌和條銹菌的侵染，表達(dá)量相似，由此說明進(jìn)化接近的小麥LSD基因?qū)Σ糠种虏【目共⌒韵嗨啤?/p>

綜上所述，本研究首次對小麥及亞基因組供體小麥中的LSD基因家族進(jìn)行了系統(tǒng)的鑒定和分類，包括系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、motif分析和染色體定位，并對生物脅迫下的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析。此外，本研究發(fā)現(xiàn)小麥LSD基因的表達(dá)量與禾谷鐮刀菌、白粉菌和條銹菌的侵染緊密相連。通過與3種亞基因組供體小麥聯(lián)合分析初步得到TaLSD基因家族進(jìn)化關(guān)系。下一步，還需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)來確定這些基因的具體生物學(xué)功能，同時(shí)也需要對功能基因進(jìn)行鑒定和檢驗(yàn)，為進(jìn)一步研究LSD基因的功能特性和小麥的遺傳改良提供新的線索。

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（責(zé)任編輯：田 喆）