2024年1月4日的IJMS在线发表了一篇名为“基因家族分析SCI服务”的文章，主要研究了在西瓜（Citrullus lanatus [Thunb.]）中几丁质酶基因的全基因组鉴定和同源性分析。几丁质酶催化几丁质的水解，几丁质是真菌细胞壁的主要成分，对植物的防御反应、共生关系、生长和逆境耐受性起到关键作用。研究在西瓜中鉴定了23个几丁质酶基因，并将它们分类为五个类别，通过同源性搜索和系统发育分析。基因的启动子区域中鉴定出植物激素、逆境和植物发育的响应元件。组织特异性表达分析显示，ClChi基因主要在根、叶片和花朵中表达。qRT-PCR结果表明ClChis在植物/环境相互作用中扮演多方面角色。Fusarium oxysporum f. sp. niveum的诱导更多ClChi成员表达，并在接种后7天表达水平较高，表明这些基因在西瓜对枯萎病的抗性中起关键作用。整体而言，这些结果提高了对西瓜物种几丁质酶基因家族的了解，并有助于阐明几丁质酶在西瓜对各种逆境响应中的角色。

2.1. ClChi基因全基因组鉴定与同源性分析

通过探索西瓜全基因组序列以及拟南芥中几丁质酶的同源序列，共在西瓜中鉴定出了23个可能的几丁质酶基因，命名为ClChi1到ClChi23。基因被物理定位在西瓜的染色体上，其中第1号染色体包含了八个ClChi基因。编码区序列长度从828 bp到2061 bp不等，推测肽段长度范围从276到687个氨基酸，分子量范围从29.47到75.71 kDa不等。理论等电点（pI）范围从4.46到9.81。预测分析显示，23个ClChi中有16个含有信号肽，亚细胞定位预测表明ClChi成员具有多种功能。

2.2. ClChi基因系统发育和保守结构域分析

使用邻接法（NJ）方法建立了一个无根的系统发育树，包括拟南芥、黄瓜和西瓜的几丁质酶蛋白，检查ClChi基因的进化起源和潜在功能。这些几丁质酶成员被分为GH18和GH19糖苷水解酶家族，根据系统发育和序列同源性，分为五个分类群。大部分ClChi序列在其催化结构域中含有活性位点，识别结构域标记，保守的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点预测显示在催化结构域中。为了确定ClChi成员的保守模体，对它们的序列进行了分析，确定与进化关系一致的保守模体的组成。ClChi成员中发现了共15个保守模体，具有相似的保守结构域。

2.3. ClChi基因结构特征及其Cis-作用调节元件预测

基于系统发育关系，利用全长CDS和相应的基因组DNA序列对该基因的外显子-内含子结构进行了表征。GH18亚家族中的13个ClChi成员中有8个只有一个外显子。在ClChi基因起始密码子上游1.5 kb的区域内发现的序列被提交到PlantCARE服务器分析启动子中的Cis-作用元素。在ClChis的启动子区域中鉴定了具有超过19种不同功能的Cis-作用元素，涉及植物激素反应、防御应答、植物生长和发育过程。具体地，与植物激素反应有关的Cis-作用元素包括脱落酸响应元素、生长素响应元素、水杨酸响应元素、茉莉酸响应元素和赤霉素响应元素。预测的与应激相关的Cis-作用元素包括缺氧诱导、低温响应元素、参与防御和应激响应的元素以及植物不同生长和发育过程的元素。

2.4. ClChi基因在不同组织中的表达谱

通过实时定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)分析，收集根、茎、叶、卷须、女花和雄花进行研究。ClChi基因的表达水平在大多数选择的器官中检测到，但其转录水平有所不同。有12个主要在根中表达，其他器官中的mRNA积累较少。ClChi12只在茎中积累了更多的mRNA。ClChi11和17在叶片中的表达水平较高，可能在叶片中起到重要作用。有五个成员特异性地在雄花中表达。这些结果表明不同的ClChi基因成员参与了西瓜在不同组织或器官中的不同生理和发育过程。

2.5. ClChi基因在非生物胁迫下的表达模式

研究了ClChi基因在干旱、盐胁迫和低温胁迫下的表达模式。在干旱处理中，16个成员的表达水平随着干旱处理时间的增加而上调。相反，4个ClChi基因的转录在早期轻微上升，然后降低。ClChi12、15和16在干旱应答中持续低水平表达。在冷胁迫下，11个ClChi基因立即诱导上调，在处理后6小时内一直上调。在盐胁迫下，11个ClChi基因成员在初始阶段降低了其表达水平，其中8个成员在处理期间始终表达不足。这些在各种非生物胁迫下的表达结果表明ClChi基因作为重要的植物调节因子。

2.6. ClChi基因在激素处理下的表达模式

探索了ClChi基因对西瓜中植物激素的响应机制。ABA处理后1小时内，除了ClChi7、13和22外，ClChi成员的表达被下调。然而，随着处理的进行，大多数ClChi成员在ABA的诱导下逐渐积累转录本。ClChi1、2、12、18和19的表达水平在整个ABA处理过程中降低。值得注意的是，观察到6个ClChi成员的表达水平显著上调。ETH处理后，大多数ClChi基因成员的转录被高水平诱导，特别是8个成员。SA和MeJA处理下，ClChi基因成员表现出类似或对比的表达模式，这表明植物中存在着复杂的调节机制来调控几丁质酶基因的表达水平。

2.7. ClChi基因在感染Fon后的表达模式

选取西瓜栽培品种“M08”，通过感染水瓜枯萎病的病原菌Fusarium oxysporum f. sp. niveum（Fon）进行实验。在感染后的0 dpt时观察到9个ClChi成员和2个ClChi成员的转录上调。在感染后的3 dpt，只有ClChi1和ClChi2积累了mRNA，而其他成员的表达被下调。在感染了R1和R2的西瓜植株中，分别在7 dpt时观察到10个和21个ClChi成员的表达水平增加。8个ClChi基因成员在Fon感染的7 dpt时显著上调。因此，ClChi基因在对不同Fon菌株感染的响应中表达差异，暗示这些基因在西瓜对病原体的抗性中可能起着重要作用。

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文章来源：天狐定制

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