甜瓜CmSULTR基因家族的全基因組鑒定與表達分析

摘" " 要：硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白（SULTR）作為主動轉(zhuǎn)運硫酸鹽時需要的載體蛋白，是植物負責硫酸鹽吸收和轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵蛋白。以甜瓜基因組數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用生物信息學方法，對甜瓜CmSULTR基因家族成員進行鑒定，并對其理化性質(zhì)、染色體位置、亞細胞定位、保守基序、順式作用元件、基因結(jié)構(gòu)、跨膜結(jié)構(gòu)及表達模式進行了分析，在感硫材料和耐硫材料中進行qRT-PCR驗證及分析。結(jié)果表明，在甜瓜中共鑒定到 11個SULTR基因家族成員，10個都具有完整的保守基序，具有高度保守性?；蚪Y(jié)構(gòu)中具有8～12個跨膜結(jié)構(gòu)，順式作用元件包含大量激素響應(yīng)元件、抗逆響應(yīng)元件。硫脅迫處理后，CmSULTR8、CmSULTR11在感硫材料M446中的相對表達量顯著高于耐硫材料M531，推測CmSULTR8、CmSULTR11可能通過負調(diào)控參與甜瓜的耐硫過程。CmSULTR基因家族成員在不同組織中的表達模式具有差異性，協(xié)同調(diào)控了甜瓜硫酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)運，其中CmSULTR1、CmSULTR6、CmSULTR8、CmSULTR11可能是硫酸鹽吸收和轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵基因。以上結(jié)果為后續(xù)深入研究SULTR基因家族在甜瓜生長發(fā)育和硫酸鹽轉(zhuǎn)運中的作用機制提供參考。

關(guān)鍵詞：甜瓜；硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白（SULTR）；基因家族；生物信息學分析

中圖分類號：S652 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）03-027-10

Genome-wide identification and expression analysis of the CmSULTR gene family in melon

Mairebaike·Muhamaitihan1， 2， Saierlan·Jianaerbieke2， WEI Zhiqiang2， WANG Chaonan2

（1. Anhui Province Watermelon and Melon Biological Breeding Engineering Research Center/Huaibei Normal University， Huaibei 235000， Anhui， China; 2. College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， Xinjiang， China）

Abstract： Sulfate transporter protein（SULTR）， as a carrier protein required for active sulfate transport， is a key protein responsible for sulfate absorption and transport in plants. Based on the genomic and transcriptome sequencing data of cantaloupe， the members of the cantaloupe CmSULTR gene family were identified by bioinformatics methods， and their physicochemical" properties， chromosome position， subcellular localization， conserved motifs， cis acting elements， gene structure， trans-membrane structure， and expression patterns were analyzed. qRT-PCR validation and analysis were performed in sulfur sensitive and sulfur tolerant materials. A total of 11 SURTR family genes were identified in cantaloupe， and all 10 members of the CmSURTR gene family have complete conserved motifs， indicating high conservation. There are 8-12 trans-membrane structures in the gene structure， and cis acting elements include many hormone responsive elements and stress responsive elements. After sulfur stress treatment， the relative expression level of CmSULTR8 and CmSULTR11 in sulfur sensitive material M446 were significantly higher than those in sulfur tolerant material M531， suggesting that CmSULTR8 and CmSULTR11 may participate in the sulfur tolerance process of melon through negative regulation. The expression patterns of CmSULTR gene family members vary in different tissues， and they synergistically regulate the absorption and transport of sulfate in melon. Among them， CmSULTR1， CmSULTR6， CmSULTR8， and CmSULTR11 may be key genes for sulfate absorption and transport. The above results provide reference for further in-depth research on the SULTR gene family in the growth and development of melon and the mechanism of sulfate transport.

Key words： Melon; Sulfate transporter（SULTR）; Gene families; Bioinformatics analysis

硫作為植物所需的6種大量營養(yǎng)元素的重要組成部分，約占植株干質(zhì)量的0.1%，在植物細胞的結(jié)構(gòu)性中發(fā)揮極其重要的功能[1]，對植物蛋白質(zhì)、油脂、維生素以及某些酶的合成起重要作用。此外，硫還能提高作物的抗寒性、抗旱性，缺硫不僅降低作物產(chǎn)量，而且還會降低產(chǎn)品品質(zhì)[2]。硫通常以硫酸鹽（SO42-）的形式存在于土壤中，經(jīng)植物根系吸收后，轉(zhuǎn)運至植物不同的組織和部位，最終為作物同化和利用[3]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含硫肥料的減少及氮肥施用量的增加，作物與土壤缺硫的報道逐年增多[4]，缺硫已成為某些國家或地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物產(chǎn)量進一步提高的限制因素之一[5]。而硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白（SULTR）是負責硫酸鹽吸收和轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵蛋白，是主動轉(zhuǎn)運硫酸鹽時需要的載體蛋白，也是植物吸收運輸硫的必需蛋白[6]。SULTR蛋白包括位于N端的12個跨膜結(jié)構(gòu)域TMDs（membrane-spanning domain）、N端的硫轉(zhuǎn)運（sulfate_transp）結(jié)構(gòu)域和一個位于C基末端區(qū)域的 STAS（sulfate transporter and anti-sigma antagonist）結(jié)構(gòu)域，他們能直接參與硫酸鹽的結(jié)合、跨膜轉(zhuǎn)運和負責維系 SULTR 蛋白的活性及穩(wěn)定性[7]。目前已鑒定出擬南芥12個SULTR基因家族成員[8]、黃瓜10個SULTR基因家族成員 [9]、番茄15個SULTR基因家族成員[10]、馬鈴薯12個SULTR基因家族成員[11]，多種植物的SULTR基因已經(jīng)得到鑒定和生物信息學分析，其中部分SULTR基因家族成員被克隆，并進行了功能鑒定[12-13]。目前關(guān)于甜瓜SULTR基因家族的系統(tǒng)鑒定與分析尚未見報道。筆者擬通過生物信息學方法鑒定出甜瓜SULTR基因家族成員，并對其基因結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、系統(tǒng)進化關(guān)系、保守基序、染色體定位、共線性分析、啟動子元件、跨膜結(jié)構(gòu)進行分析，利用已有的組織特異性轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和果實發(fā)育轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行表達模式分析，并采用qRT-PCR進行驗證。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇新疆農(nóng)業(yè)大學園藝學院西瓜甜瓜課題組保存的M446（感硫）和M531（耐硫）兩種甜瓜為試驗材料，于2024年5－6月在新疆農(nóng)業(yè)大學智能溫室種植，使用8 cm×8 cm的圓形花盆進行盆栽試驗，草炭、珍珠巖、蛭石體積配比為2∶1∶1。待甜瓜長至4葉1心期，經(jīng)硫脅迫（12.5 mmol·L-1硫黃水溶液）48 h后對葉片取樣，液氮保存后提取RNA。

1.2 方法

1.2.1 甜瓜CmSULTR基因家族鑒定及理化性質(zhì)分析 利用TAIR擬南芥數(shù)據(jù)庫（http：//www.arabidopsis.org/）和葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫（http：//cucurbitgenomics.org）分別下載擬南芥（Araport11）基因組數(shù)據(jù)和甜瓜（Harukei-3）v1.41基因組數(shù)據(jù)，在NCBI（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/）查找擬南芥的SULTR基因家族成員序列并利用TBtools軟件將其與甜瓜（Harukei-3）v1.41基因組數(shù)據(jù)進行blast比對，尋找甜瓜的SULTR基因家族候選基因。利用CDD（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd）和PFAM（http：//pfam.xfam.org）在線網(wǎng)站對候選基因序列進行分析，排除不包含保守結(jié)構(gòu)域的基因，確定甜瓜SULTR基因家族成員。通過TBtools軟件對蛋白質(zhì)序列進行分析，預(yù)測氨基酸長度、分子質(zhì)量、理論等電點（pI）和總的親水性平均值。采用WoLF PSORT（https：//wolfpsort.hgc.jp/）對蛋白序列進行亞細胞定位預(yù)測[14-16]。

1.2.2 甜瓜、擬南芥SULTR基因家族多序列比對及系統(tǒng)進化分析 利用MEGA 11軟件中AligninMUSCLE比對方式對甜瓜的CmSULTR蛋白序列進行多序列比對并利用ESPript 3.0[ ESPript 3.x / ENDscript 2.x （ibcp.fr）]進行美化。利用MEGA 11軟件中的鄰接法對甜瓜和擬南芥SULTR基因家族構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，選擇Complete Deletion和P-distance模式，Bootstrap設(shè)置為1000次[17-18]。并利用ITOL網(wǎng)站[iTOL： Interactive Tree of Life（embl.de）]進行美化。

1.2.3 甜瓜CmSULTR基因家族基因結(jié)構(gòu)、蛋白保守基序分析 通過在線網(wǎng)站GSDS 2.0（http：//gsds.cbi.pku.edu.cn）對甜瓜CmSULTR家族基因組序列以及CDS序列進行基因結(jié)構(gòu)分析。利用MEME（http：//meme-suite.org/）對甜瓜CmSULTR家族蛋白序列保守基序進行分析，基序長度范圍設(shè)置為1～50個氨基酸，motif數(shù)目設(shè)置為15，使用TBtools軟件進行可視化作圖[19-20]。

1.2.4 甜瓜CmSULTR基因家族在染色體的定位分析 從葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫（http：//cucurbitgenomics.org/v2/organism/23）下載甜瓜CmSULTR基因在相關(guān)染色體的位置信息和染色體長度信息，并使用TBtools軟件進行可視化作圖。

1.2.5 甜瓜CmSULTR基因家族共線性分析 從葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫和TAIR擬南芥數(shù)據(jù)庫分別下載甜瓜和擬南芥的基因注釋文件gff和基因組文件fasta，使用TBtools工具對共線性結(jié)果進行可視化分析。

1.2.6 甜瓜CmSULTR基因家族順式作用元件分析 首先，從葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫下載CmSULTRGFF文件；然后使用TBtools gff序列提取工具提取基因起始密碼子上游2000 bp區(qū)域的序列；接著將獲得的序列上傳至在線網(wǎng)站PlantCare （http：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools），預(yù)測啟動子區(qū)域的順式作用元件，最后利用TBtools軟件繪制啟動子順式作用元件圖[21]。

1.2.7 甜瓜CmSULTR基因家族跨膜結(jié)構(gòu)分析 從葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫（http：//cucurbitgenomics.org）下載甜瓜CmSULTR基因家族序列，利用TMHMM網(wǎng)站對CmSULTR基因家族進行跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測[22]。

1.2.8 甜瓜CmSULTR基因家族表達模式分析 根據(jù)葫蘆科轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中不同組織轉(zhuǎn)錄組（PRJNA603204、SRP0663371）的CmSULTR基因家族成員的表達量，利用TBtools制作差異表達熱圖并進行分析。

1.2.9 甜瓜CmSULTR基因家族GO富集分析 從葫蘆科基因組數(shù)據(jù)庫下載CmSULTR基因ID及GO富集數(shù)據(jù)，利用TBtoolsGO提取工具提取基因GO數(shù)據(jù)，利用TBtoolsGO繪制GO富集圖，最后利用Adobe Illustrator 2024軟件繪制美化的GO富集圖。

1.2.10 甜瓜CmSULTR基因家族成員qRT-PCR驗證及分析 利用天根生化科技（北京）有限公司的RNA-prep純植物試劑盒（DP441）提取總RNA，再用HiScript IV 1st Strand cDNA Synthesis Kit（+gDNA wiper）反轉(zhuǎn)錄試劑盒（諾唯贊）進行反轉(zhuǎn)錄，獲得cDNA。利用Primer3Plus網(wǎng)站設(shè)計CmSULTR基因家族成員的qRT-PCR引物（表1）。引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。qRT-PCR反應(yīng)體系（20 μL）包含：10 μL 2xSG Fast SYBR Mixture（生工）、7.2 μL ddH2O、上下游引物各0.4 μL、2 μL cDNA模板。qRT-PCR程序為：94 ℃預(yù)變性180 s，94 ℃變性5 s，60 ℃退火，延伸20 s，40個循環(huán)。以甜瓜Actin4為內(nèi)參基因，3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用GraphPad.Prism 9.5軟件進行數(shù)據(jù)分析及繪制柱狀圖，數(shù)據(jù)采用2-??Ct值并對其進行T檢驗分析，差異顯著性為plt; 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜CmSULTR基因家族成員鑒定

以擬南芥與甜瓜SULTR基因相應(yīng)的蛋白序列為準，與甜瓜全基因組進行比對，篩選出同擬南芥AtSULTR與甜瓜CmSULTR兩種基因高度相似的序列（E值lt;0.001），結(jié)果在甜瓜中鑒定到11個SULTR基因，命名為CmSULTR1～CmSULTR11。

使用在線網(wǎng)站W(wǎng)oLF PSORT和TBtools軟件對CmSULTR基因家族成員進行理化性質(zhì)分析和亞細胞定位預(yù)測（表2）。結(jié)果顯示，11個CmSULTR基因家族成員編碼的蛋白質(zhì)均為偏堿性氨基酸；分子質(zhì)量為70 016.74～91 592.88 Da。除CmSULTR2和CmSULTR10外，其余CmSULTR基因家族成員編碼的蛋白不穩(wěn)定指數(shù)均小于40，說明CmSULTR基因家族成員穩(wěn)定；CmSULTR蛋白的親水性平均系數(shù)為0.216～0.569，均為疏水蛋白，且全部被定位到質(zhì)膜上。

2.2 甜瓜CmSULTR基因家族的進化分析

為了深入了解甜瓜SULTR基因家族蛋白的進化關(guān)系，使用MEGA11軟件中的鄰接法對甜瓜的SULTR基因家族和擬南芥SULTR基因家族構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果如圖1-A所示，SULTR蛋白家族可以分為3個高度保守的進化分支（I～Ⅲ），其中Class I分支是甜瓜和擬南芥中數(shù)量最多的一組，含有AtSULTR3.5、AtSULTR1.2、CmSULTR8、CmSULTR6、CmSULTR11、AtSULTR1.1、AtSULTR3.2、CmSULTR5、AtSULTR3.1、AtSULTR4.2。Class Ⅱ分支中含有CmSULTR2、CmSULTR3、CmSULTR7、CmSULTR10、AtSULTR1.3、AtSULTR2.1、AtSULTR2.2、AtSULTR3.3。Class Ⅲ分支含有的SULTR基因數(shù)量最少，包括AtSULTR4.1、CmSULTR1、CmSULTR4、CmSULTR9。

為了進一步了解甜瓜CmSULTR基因在不同植物間的進化關(guān)系，對甜瓜的SULTR 基因家族和黃瓜、擬南芥的SULTR基因家族進行了物種間共線性分析。在甜瓜和黃瓜之間鑒定了10個直系同源基因?qū)?，在甜瓜和擬南芥之間鑒定了1個直系同源基因?qū)?，甜瓜和黃瓜、擬南芥之間的SULTR基因家族具有同源關(guān)系（圖1-B）。利用TBtools軟件將11個CmSULTR基因定位到12條甜瓜染色體上，結(jié)果如圖1-C所示，CmSULTR基因家族成員不均勻分布在6條染色體上，其中9號染色體包含3個CmSULTR基因家族成員，1號染色體包含3個CmSULTR基因家族成員，7號染色體包含2個CmSULTR基因家族成員，2號、6號、10號染色體各包含1個CmSULTR基因家族成員。同時還發(fā)現(xiàn)9號染色體上CmSULTR7、CmSULTR9位置相近，表明他們可能是通過片段復(fù)制（segmental duplication）事件產(chǎn)生的同源基因。

使用MEGA X軟件對甜瓜的SULTR蛋白全長序列進行多序列比對，發(fā)現(xiàn)CmSULTR基因家族所有成員都有SX、LXE、XDXNXEX4G、XNX2GS、XSXYX、XG、XSX2AVNX、XGX、X3SX2VX、X4L、X2P、X2L、IX3AX3LX2、X4KD、DFX4、GX5、XP、X2G、A、X3N、X5RX5等多個一致或相似氨基酸序列（圖1-D）。表明CmSULTR基因家族所有成員在進化過程中高度保守，CmSULTR5、CmSULTR10、CmSULTR11等3個基因的功能可能具有關(guān)聯(lián)性和相似性。

2.3 甜瓜CmSULTR基因家族的基因結(jié)構(gòu)

通過在線網(wǎng)站GSDS2.0，對甜瓜CmSULTR家族成員進行基因結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，CmSULTR基因家族成員的編碼區(qū)域均不連續(xù)（圖2-A）。4個CmSULTR基因（CmSULTR5、CmSULT7、CmSULTR10、CmSULTR11）分別有12個外顯子和11個內(nèi)含子，3個CmSULTR基因（CmSULTR1、CmSULTR3、CmSULTR8）有13個外顯子和12個內(nèi)含子，CmSULTR9有10個外顯子和9個內(nèi)含子，CmSULTR4有11個外顯子和10個內(nèi)含子，CmSULTR2有15個外顯子和14個內(nèi)含子，CmSULTR6則有17個外顯子和16個內(nèi)含子。CmSULTR基因家族成員都有非編碼區(qū)域，表明CmSULTR基因家族成員在進化過程中基因結(jié)構(gòu)始終保持較高的一致性。

利用MEME網(wǎng)站分析CmSULTR基因家族成員的蛋白保守基序，發(fā)現(xiàn)CmSULTR基因家族成員的蛋白保守基序差異較小，10個CmSULTR蛋白具有完整的15個保守基序（圖2-D），只有CmSULTR2缺少Motif11（圖2-B）。利用TBtools分析CmSULTR基因家族成員的蛋白結(jié)構(gòu)及利用NCBI數(shù)據(jù)庫的Batch Web CD.Search工具分析CmSULTR基因家族成員的保守基序，結(jié)果顯示（圖2-C），CmSULTR基因家族成員的蛋白結(jié)構(gòu)差異較小，均具有完整的suIP保守基序，說明CmSULTR基因家族成員均參與硫酸鹽的轉(zhuǎn)運過程。

2.4 甜瓜CmSULTR基因家族的功能預(yù)測

對甜瓜CmSULTR基因家族成員進行GO富集分析，結(jié)果顯示（圖3-A），CmSULTR基因家族成員在硫酸鹽跨膜轉(zhuǎn)運蛋白活性和無機分子實體跨膜轉(zhuǎn)運蛋白活性等方面富集。說明CmSULTR基因家族可能參與甜瓜的生長發(fā)育過程。

利用PlantCARE網(wǎng)站以及TBtools軟件對CmSULTR基因家族成員啟動子區(qū)域進行順式作用元件分析，結(jié)果顯示（圖3-B），在11個CmSULTR基因家族啟動子區(qū)域中包含大量激素響應(yīng)元件，如赤霉素（GA）響應(yīng)元件、茉莉酸甲酯（MeJA）響應(yīng)元件、脫落酸（ABA）響應(yīng)元件、生長素（IAA）響應(yīng)元件、水楊酸響應(yīng)元件等，其中MeJA響應(yīng)元件的數(shù)量最多，說明CmSULTR基因家族可能通過響應(yīng)MeJA響應(yīng)元件，參與植物的逆境脅迫。此外，部分CmSULTR基因家族成員啟動子區(qū)域存在防御和脅迫響應(yīng)元件和參與干旱誘導(dǎo)性的MYB結(jié)合位點，大部分CmSULTR基因家族成員啟動子上都存在大量光響應(yīng)元件，進一步說明CmSULTR基因家族成員響應(yīng)植物激素和參與植物的抗逆反應(yīng)。

利用跨膜結(jié)構(gòu)分析程序TMHMM進行跨膜結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果顯示（圖3-C），CmSULTR基因家族成員跨膜結(jié)構(gòu)在8～12個之間，差異較小，其中CmSULTR4、CmSULTR7、CmSULTR10均有8個跨膜結(jié)構(gòu)，CmSULTR2、CmSULTR8、CmSULTR9均有9個跨膜結(jié)構(gòu)，CmSULTR1、CmSULTR3、CmSULTR11均有10個跨膜結(jié)構(gòu)，CmSULTR5和CmSULTR6均有12個跨膜結(jié)構(gòu)，符合硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白具有跨膜結(jié)構(gòu)的特點。

2.5 甜瓜CmSULTR基因家族的表達模式

利用葫蘆科轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中不同組織的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（PRJNA603204、SRP066337），采用TBtools制作CmSULTR基因家族成員的表達量熱圖并進行分析。結(jié)果顯示（圖4-A），CmSULTR基因家族成員在不同組織之間的表達量有所差異，CmSULTR3、CmSULTR4、CmSULTR6、CmSULTR11在（PRJNA603204）收獲后第1、3、4周的外果皮組織中有較高表達，其中CmSULTR11在所有組織（花藥除外）中都有較高表達。CmSULTR8在（SRP066337）收獲后1～4周的果肉、收獲后1、3、4周的外果皮、吸水后1、3 d的種子及吸水7 d后的幼苗子葉、下胚軸和根系等組織中有表達，其中在吸水7 d后幼苗下胚軸中有較高表達。CmSULTR1在幼苗吸水7 d后的根系中有較高表達，CmSULTR2在花藥中有較高表達。CmSULTR基因家族成員在不同組織之間的表達量有所差異，CmSULTR11在所有組織中都有表達。CmSULTR8在（SRP066337）KM和NW基因型樣本的果實、根、雄花、雌花和KM基因型樣本的葉等組織中都有表達，其中在KM和NW基因型樣本的果實和NW基因型樣本的根部都有較高表達。CmSULTR1只在NW基因型樣本的根部有較高表達（圖4-B）。

2.6 甜瓜CmSULTR基因家族成員在硫脅迫下的表達分析

根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，挑選了2個表達量較高的基因（CmSULTR8、CmSULTR11）通過qRT-PCR進行驗證。結(jié)果顯示（圖5），受到硫脅迫48 h 后，CmSULTR8、CmSULTR11在感硫材料M446中的表達量均顯著高于耐硫材料M531，推測CmSULTR8、CmSULTR11可能通過硫元素的負調(diào)控運輸，參與甜瓜的耐硫過程。

3 討論與結(jié)論

3.1 甜瓜CmSULTR基因家族的鑒定及功能預(yù)測

筆者采用生物信息學方法，鑒定出甜瓜的11個CmSULTR基因家族成員。這些成員并不均勻地分布在甜瓜的6條染色體上，這一分布模式可能與其在甜瓜生長和發(fā)育過程中的特定功能有關(guān)。值得注意的是，甜瓜中CmSULTR基因家族成員的數(shù)量與高粱相同[23]，而與其他物種有所差異，如擬南芥[8]、黃瓜[9]、番茄[10]、馬鈴薯[11]、和茶樹[24]，分別含有12、10、15、12和8個SULTR基因。這一差異可能反映了不同物種在適應(yīng)環(huán)境壓力和維持硫元素平衡方面的不同策略。進一步的分析顯示，甜瓜CmSULTR基因家族成員編碼蛋白的理化性質(zhì)具有一定的共性，所有CmSULTR蛋白的等電點都大于7，表明它們呈堿性。這一特性與番茄[10]、馬鈴薯[11]、茶樹[24]等其他物種的SULTR基因家族相似，暗示了CmSULTR基因家族成員在堿性條件下可能發(fā)揮其對硫的吸收和轉(zhuǎn)運功能。此外，亞細胞定位預(yù)測結(jié)果顯示，所有CmSULTR基因家族成員都定位于細胞質(zhì)內(nèi)膜上。這一發(fā)現(xiàn)與茶樹[24]、番茄[10]等物種的SULTR基因家族成員主要定位于質(zhì)膜上的研究結(jié)果一致，進一步支持了SULTR基因家族成員在質(zhì)膜中發(fā)揮轉(zhuǎn)運功能的假設(shè)。利用NCBI數(shù)據(jù)庫的Batch Web CD-Search工具分析CmSULTR基因家族成員的保守基序，結(jié)果顯示，CmSULTR蛋白結(jié)構(gòu)差異較小，所有成員均具有完整的SuIP保守基序。高親和力硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白SuIP家族是一個大型且無處不在的家族，有超過30個來自細菌、真菌、植物和動物的測序成員。許多生物包括枯草芽孢桿菌、集胞藻、釀酒酵母、擬南芥和秀麗小桿線蟲具有多種SuIP家族的旁系物。其中許多蛋白具有功能特性，并且都是硫酸鹽攝取轉(zhuǎn)運蛋白，有些以高親和力運輸?shù)孜?，而另一些則以相對較低的親和力運輸?shù)孜颷25]。利用MEME網(wǎng)站進行保守基序分析，結(jié)果顯示，CmSULTR基因家族的成員具有完整的14個保守基序，相比茶樹、番茄等物種先前報道的保守基序多出5～6個[10，24]。

為了深入了解CmSULTR基因家族的功能，對其進行了GO富集、啟動子順式作用元件和跨膜結(jié)構(gòu)分析。CmSULTR基因家族成員主要在硫酸鹽跨膜轉(zhuǎn)運蛋白活性和無機分子實體跨膜轉(zhuǎn)運蛋白活性等方面富集，CmSULTR基因家族順式作用元件包括光響應(yīng)元件、生長素響應(yīng)元件、脫落酸響應(yīng)元件、茉莉酸甲酯（MeJA）響應(yīng)元件等，在CmSULTR基因家族成員的啟動子中分布較為廣泛。這與前人的研究結(jié)果一致，在番茄SULTR基因家族成員啟動子中也包含大量激素響應(yīng)和抗逆反應(yīng)作用元件[10]。其中MeJA是一種重要的植物激素，大量存在于植物體中，可以參與植物開花、結(jié)果、衰老等生理過程[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，外源施用MeJA可以參與植物的防御反應(yīng)[27]，這表明CmSULTR基因可能參與植物的激素響應(yīng)和抗逆反應(yīng)。特別是MeJA響應(yīng)元件的存在，暗示著CmSULTR基因在植物的防御和脅迫反應(yīng)中可能發(fā)揮重要作用，這一發(fā)現(xiàn)為進一步研究CmSULTR基因在植物抗逆反應(yīng)中的功能提供了重要線索。CmSULTR基因家族成員跨膜結(jié)構(gòu)在8～12個之間，差異較小，符合硫酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白具有跨膜結(jié)構(gòu)的特點。以上功能預(yù)測分析結(jié)果，進一步說明CmSULTR基因家族參與了硫酸鹽吸收和轉(zhuǎn)運。

3.2 甜瓜CmSULTR基因家族的表達模式

分析葫蘆科轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中不同組織的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，CmSULTR8、CmSULTR11在大部分組織中都有較高表達，CmSULTR1在根部有較高表達，這與大麥TaeSULTR1;1在根部優(yōu)勢表達的結(jié)果一致[3]。CmSULTR基因家族不同的表達模式暗示著CmSULTR基因家族成員功能發(fā)生了變化，在不同器官或組織中控制著硫酸鹽吸收與轉(zhuǎn)運。

綜上所述，在甜瓜中共鑒定到 11個SULTR家族基因，10個CmSULTR基因家族成員都具有15個完整的保守基序，具有高度保守性?；蚪Y(jié)構(gòu)有所不同，具有8～12個跨膜結(jié)構(gòu)，順式作用元件包含大量激素響應(yīng)元件、抗逆響應(yīng)元件。CmSULTR8、CmSULTR11在感硫材料M446中的相對表達量顯著高于耐硫材料M531，推測其負調(diào)控硫運輸，參與抗硫過程。CmSULTR基因家族成員在不同組織的表達模式具有差異性，協(xié)同調(diào)控甜瓜硫酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)運，其中CmSULTR1、CmSULTR6、CmSULTR8、CmSULTR11可能是硫酸鹽吸收和轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵基因。

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