木豆NADPH氧化酶基因家族对非生物胁迫的响应性

活性氧(reactive oxygen species,ROS)对植物细胞间信号传递起着重要作用,而呼吸爆发氧化酶(respiratory burst oxidase homologue,RBOH,又称NADPH氧化酶)是催化植物产生活性氧的关键酶,广泛参与植物体内的信号传递.木豆(Cajanus cajan)是药食两用的木本豆科植物,具有较强抗逆性.本研究通过生物信息学软件从木豆全基因组中筛选出CcRboh基因家族成员,并进行了染色定位、系统发育树构建、保守结构域分析及启动子元件预测等基本功能分析,同时,利用转录组数据筛选不同组织中CcRboh的表达,并通过qPCR确定Rboh基因在多种非生物胁迫下的响应模式.鉴定得到9个木豆Rboh家族成员,根据在染色体上的位置将其命名为:CcRbohA～CcRbohI,其编码818～940个不等的氨基酸残基,等电点(pI)分布在8.76～9.36.根据核苷酸序列相似性可将其聚类为5个亚族,均含有NADPH氧化酶结构(NADPH_Ox)等4个结构域.亚细胞定位预测表明,CcRboh蛋白主要定位于质膜上.启动子顺式作用元件预测结果显示,CcRboh基因启动子区域包含多种激素及逆境响应元件,普遍存在茉莉酸甲酯响应元件和光响应元件,说明CcRboh基因更易受到茉莉酸和光的诱导.木豆根和叶片的Rboh表达模式数据显示,CcRboh基因在根中有着较高的表达水平,表明其在根中发挥重要作用.茉莉酸处理的转录组数据表明,CcRbohB和CcRbohG有明显上调表达(P＜0.05),且在处理3 h后就上升5倍以上,说明其表达受到茉莉酸诱导.此外,CcRboh对高温胁迫具有很好的响应能力,在处理3 h后显著上调表达(P＜0.05),CcRbohC、CcRbohF、CcRbohG、CcRbohH和 CcRbohI在处理3 h后表达量分别是对照的6.4、22.5、21.0、70.4和15.5倍,其中CcRbohI表达量在12 h后有显著上升(P＜0.05),最高表达量达对照的37.4倍.对于干旱胁迫和盐胁迫,CcRboh在处理6h后受到诱导;其中CcRbohG与CcRbohH在干旱、盐以及高温胁迫下表达显著上调(P＜0.05),是具有很大潜力的抗性候选基因.本研究对NAPDH氧化酶家族基因进行了生物信息学分析及筛选,并获得了响应高温、干旱胁迫等的关键基因CcRbohG与CcRbohH,为改良木豆的抗逆性提供理论依据.