香蕉PRMT家族全基因组鉴定及PRMT5进化分析

[目的]为探究香蕉中蛋白质精氨酸甲基转移酶(protein arginine methyltransferases,PRMT)的蛋白功能特征、表达模式以及植物PRMT5的进化关系,以便从分子和基因层面揭示香蕉抗逆机理.[方法]利用生物信息学方法对香蕉A(Musa acuminata)、香蕉B(Musa balbisiana)和阿宽蕉(Musa itinerans)PRMT家族进行全基因组鉴定,对其蛋白质理化性质、系统进化树、保守基序、蛋白结构域、启动子响应元件预测、蛋白互作、共线性和低温转录组表达模式进行系统分析,并对30种植物的PRMT5基因进行进化分析.[结果]3种香蕉中均存在8个PRMT家族成员,蛋白结构域和精氨酸甲基化相关,亚细胞定位主要在叶绿体和细胞膜上.系统进化树显示香蕉PRMT分为5个亚族,且与拟南芥和水稻PRMT同源性高;启动子中含有光响应、逆境胁迫响应和植物激素响应元件.香蕉物种内共线性分析结果显示,基因复制事件分别发生1、2、0次,与拟南芥进行物种间共线性分析证明,香蕉A和B之间亲缘关系最近.低温转录组表明香蕉PRMT成员中呈现出两大类不同的表达模式:第Ⅰ类大致在0℃和4℃时表达量高,说明低温促进第Ⅰ类基因表达;第Ⅱ类基因中MiPRMT5、MiPRMT7、MiPRMT3、MiPRMT8和MaPRMT2这5个基因在13℃时表达量最高,其余温度下表达量较低或不表达.PRMT5进化分析结果表明,同科植物在进化过程中基因功能多样化表达,该基因兼具多样性与保守性.[结论]PRMT在香蕉中参与精氨酸甲基化和DNA损伤修复,参与非生物胁迫并响应脱落酸、茉莉酸甲酯、水杨酸等物质的代谢通路,从而发挥逆境防御等功能.结合低温转录组数据,表明不同梯度的低温可能会调控不同的PRMT基因表达,使其适应多种冷胁迫条件,提高自身抗逆性.PRMT5进化分析结果显示,香蕉PRMT5在进化过程中相对独立,与其他植物亲缘关系较远,推测香蕉中该基因编码蛋白在进化过程中出现较大的功能分化.