绿豆乙醇脱氢酶基因生物信息学分析及其在镉胁迫下的表达特性变化

基于绿豆〔Vigna radiata(Linn.)R.Wilczek〕基因组注释文件鉴定乙醇脱氢酶基因(ADHs),并采用生物信息学方法分析了绿豆ADHs基因结构及其编码的氨基酸序列的理化特性和系统关系;运用转录组和酶学方法分析了Cd胁迫条件下绿豆幼苗根、茎和叶片中ADHs基因的表达量和ADH酶活性的变化.结果表明:绿豆基因组含有15个ADHs基因,依次命名为VrADH1至VrADH15;15个VrADHs基因的序列长度为237～1603 bp,其中,仅VrADH10基因包含2个内含子和2个外显子,其他VrADHs基因分别包含7～9个内含子和7～10个外显子.15个VrADHs的氨基酸序列中,除VrADH1和VrADH10外,其他VrADHs均含有10个motif.15个VrADHs的氨基酸残基数为78～444,相对分子质量8840～48390,等电点pI 4.83～pI 8.22,亲水性系数-0.259～0.090;其中,仅VrADH10属于短链脱氢酶,其他VrADHs均属于中、长链脱氢酶;仅VrADH10含有ADH_N结构域,其他VrADHs均含有ADH_N和ADH_zinc_N结构域,且VrADH1还含有ADH_zinc_N_2结构域.NJ系统发育树将15个VrADHs及大豆〔Glycine max(Linn.)Merr.〕的31个GmADHs和拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕的8个AtADHs分为3个分支,其中绿豆与大豆的ADHs亲缘关系更近.转录组和酶活性分析结果显示:VrADH7、VrADH8和VrADH10基因在根、茎和叶片中均未表达,而其他VrADHs基因均不同程度表达,且表达水平随生长时间而异;在根、茎和叶片中相对表达量最高的基因分别为VrADH1、VrADH3和VrADH14.经100μmol·L-1 Cd胁迫处理后,多数VrADHs基因的相对表达量较对照上调,且部分基因的相对表达量与对照差异显著(P<0.05).经Cd胁迫处理后绿豆幼苗根、茎和叶片中ADH酶活性总体上均高于对照.综合分析结果表明:绿豆幼苗根、茎和叶片中VrADHs基因的表达特性存在明显差异,部分VrADHs基因的表达呈现组织特异性;Cd胁迫处理后绿豆幼苗ADH酶活性的升高与某些VrADHs基因的表达水平上调有关,表明这些VrADHs基因参与了绿豆对Cd胁迫的响应过程.