下载:
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优化植物株型已被证明是提高作物种植密度、抗逆性和整体生产力的最佳方法之一[1]。 随着基因组学的发展，科学家们发现了被命名为IGT的保守基因家族，与植物分枝角度调控密切相关[2]。这个基因家族拥有1个保守的结构域[GϕL(A/T)IGT]，包含着LAZY和TILLER ANGLE CONTROL (TAC)基因。这些基因在植物侧枝的遗传控制中扮演着重要角色[3]。
近几十年来的研究已经确认，LAZY基因在植物根部的向地生长和茎部的背地生长中起到了重要的调节作用。“LAZY”这个术语来源于被认为是“懒惰”的经典水稻Oryza sativa和玉米Zea mays植株，它们的特点在水稻中表现为分蘖扩散，而在玉米中表现为平卧[4−5]。LI等[6]通过研究水稻LAZY变异体，成功克隆了1个名为LAZY1的基因，该基因调控着分蘖角度。拟南芥Arabidopsis thaliana中也发现存在LAZY1突变体，被命名为AtLAZY1。拟南芥分枝朝外生长，并且比野生型植株的分枝角度更宽[3]。LAZY基因还被命名为其他名称，如DEEPER ROOTING(DRO)。水稻基因组携带有4个LAZY基因，分别是LAZY1、DRO1、DRO1-like 1(qSOR1, DRL1)和DRO1-like 2(DRL2)[7]。DRO1和DRL1的自然突变以及DRL2的CRISPR/Cas9技术产生的敲除突变都导致根部重力性反应受损，根系结构也发生改变，甚至出现裸露在地面的根[8]。GE等[9]在拟南芥中发现了3个类似DRO1的基因：AtDRO1(AtNGR2和At1g72490)、AtDRO2(AtNGR3和At1g19115)及AtDRO3(AtNGR1和At1g17400)。这3个基因都具有最保守的LAZY1结构域Ⅴ，即EAR基序，因而它们又分别被命名为AtLAZY4、AtLAZY3、AtLAZY2；相应地，At3g24750和At3g27025分别被命名为AtLAZY5和AtLAZY6。它们分别在根尖、根和叶柄中表达[10]。YU等[11]以水稻‘IR24’和‘Asominori’杂交，获得‘IL55’紧凑型杂交系，并成功定位克隆到水稻分蘖角度控制基因TAC1(TILLER ANGLE CONTROLLING)。TAC1基因增加了分枝角度，与LAZY1基因突变植物表型相反。研究表明：AtTAC1的表达具有光依赖性[12]，并且在拟南芥中，几个LAZY基因的缺失导致其无法调整枝条角度以响应光照[13]。这些研究表明：IGT基因家族在响应光和重力刺激的植物株型调节中发挥作用。
大豆Glycine max是重要的粮食和油料作物，营养成分丰富。当前，大豆为全球供应了71%的植物蛋白和29%的植物油脂[14−16]。然而2022年中国进口大豆数量达9 108万t，对外依存度高达80%以上，大豆产需缺口高达9 000万t。因此，优化大豆株型对提高中国大豆种植密度以及提升中国大豆产量有着重要意义。IGT基因家族作为株型调控的潜在基因，在大豆中的系统鉴定和功能尚不明确。本研究利用生物信息学方法对大豆IGT基因家族(GmIGTs)进行全基因组水平鉴定，并对IGT基因家族成员进化关系、基因结构、保守基序、顺式作用元件、共线性关系及组织表达量等进行分析，以期为深入探究IGT基因家族在大豆生长发育过程中的作用机制奠定理论基础。
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在Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )和美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov )对大豆‘天隆1号’‘Tianlong 1’ IGT基因家族氨基酸序列与拟南芥进行BLAST比对，确认大豆IGT基因家族成员，收集大豆基因组数据(www.soybase.org)中的大豆IGT基因家族成员遗传信息，并利用蛋白质数据库分析大豆IGT基因家族成员基本信息。在Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )下载拟南芥以及大豆IGT基因家族氨基酸序列，对氨基酸序列进行多重比对。采用最大似然法构建进化树(MEGA 5.0软件)。 -
下载大豆基因组Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )，使用TBtools 对IGT基因家族外显子-内含子结构分析，并绘制可视化图。同时，对大豆IGT基因家族进行蛋白质保守基序研究(MEME)，利用TBtools进行可视化绘图。 -
提取大豆IGT基因家族上游2 000 bp序列，并利用PlantCARE数据库对启动子区域的顺式作用元件进行分析。随后，使用在线工具GSDS (
http://gsds.gao-lab.org/ )对结果进行可视化处理。 -
通过Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )下载大豆的全基因组文件，利用 TBtools软件进行共线性分析，并进一步可视化。 -
通过从Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )数据库下载的大豆在不同组织的基因表达数据，选择分生组织、根、茎、叶、花、荚、种子和根瘤等8个组织的基因表达数据进行热图分析，分析IGT基因家族在大豆中的表达情况。采用TBtools 热图软件进行数据可视化处理。采用TransZol Up Plus RNA Kit (ER501，Transgene)提取大豆的根、茎、叶、叶柄、花、果荚、种子、根瘤各部位RNA，采用Hifair® Ⅲ 1 st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR (11141ES60, 翌圣)进行反转录合成 cDNA，所得的cDNA用于检测GmIGT基因的表达水平。在Phytozome (
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )上检索获得IGT基因的序列，以大豆cons4为内参基因，使用Snap Gene软件设计跨内含子的上下游引物(表1)，由擎科生物技术有限公司(杭州)合成。将大豆不同组织(根、茎、叶、叶柄、花、果荚、种子、根瘤)的cDNA质量浓度定量至50 mg·L−1，按照Hieff UNICON® qPCR SYBR Green Master Mix (抗体法，No Rox，11198ES08, 翌圣)操作说明进行实时荧光定量PCR(RT-qPCR)。每个样品含3个生物学重复。利用$2^{-\Delta \Delta C{{t}}} $法计算表达水平[17]。表 1 用于RT-qPCR的引物序列
Table 1. Primer sequences for RT-qPCR
引物名称 引物序列(5′→3′) 引物名称 引物序列(5′→3′) IGT1-qRT-F TTGGTCATTGGGAATTCTTGCAA IGT9-qRT-R CAATCGCTGAATTCTTCCCT IGT1-qRT-R CTTCTACACCAGCAAAAGAGT IGT10-qRT-F GAAAGATGGGTTTGCTACAAAC IGT2-qRT-F ATGCAATTCCTCAGCTGGA IGT10-qRT-R CCGAGAGTGCCAATGGTT IGT2-qRT-R TGCTAGTAAACCATCAGGC IGT11-qRT-F TTCACACTTGGAAACCCTTGTA IGT3-qRT-F AAGTTCCTCAGCTGGATG IGT11-qRT-R CAACCCAGAGTAAGATGTTTGA IGT3-qRT-R GGCCAATCGCTGAATTC IGT12-qRT-F ATGCAGATTCTTCAATGGATCTCC IGT4-qRT-F CTGAAAGATGGGTTTGCTTCA IGT12-qRT-R CCTCCCTTCGATTGTCTTT IGT4-qRT-R GATCATAGCCAAGAGTGCCAA IGT13-qRT-F CAGTGAACAAAATGAAGGGAAAG IGT5-qRT-F TCAGTGGGAAAGAGGTAAATC IGT13-qRT-R GTTGAGGGTGCTGTAAAAGAA IGT5-qRT-R CTGAACATTAAAACCTTTCTTCCA IGT14-qRT-F CTTGGTCATTGGGAATTCTTGC IGT6-qRT-F GAATGGAAAAGATTTTGAGGGCAATAC IGT14-qRT-R CCAGCAAAAGAGTTTCTAAGGT IGT6-qRT-R AAGCTCCTCTTCATCATCATC IGT15-qRT-F GATTTCACACTTGGAAATCCCTG IGT7-qRT-F TTGATCATCGGAGGGAATTCTT IGT15-qRT-R CCCAGAGTAAGATGTTTGATTTTCC IGT7-qRT-R CTGAATCTTCCTCATACTCATCATG IGT16-qRT-F AAATGATCATGAAATAGGCCGG IGT8-qRT-F CAACTACCCATTACATGAGGC IGT16-qRT-R TCCTCCCTTCGATTGTCTTT IGT8-qRT-R GCGTGGTTACTCCTTCCA IGT17-qRT-F TTGATCATCGGAGGAGGGA IGT9-qRT-F CAATGAAGTTCCTCAGCTGGAT IGT17-qRT-R CTTCCTCATACTCATCATGATCC -
将大豆基因组数据库与拟南芥序列进行比对，识别大豆中的同源基因。获得比对结果后，删除重复序列，以确保结果的准确性和可靠性。随后，对筛选后的序列进行Pfam分析，进一步验证其作为大豆IGT基因家族的潜在候选。最终成功鉴定出17个大豆IGT基因，并按照其在染色体上的顺序命名为GmIGT1~GmIGT17(图1，表2)。
图 1 大豆IGT基因家族的染色体定位
Figure 1. Chromosome mapping of soybean IGT gene family
表 2 大豆IGT基因家族成员特征
Table 2. Properties of members of the IGT gene family in soybean
基因名称 序列号 染色体 位置 碱基对/bp 预测蛋白质长度/个 理论等电点 分子量/Da 亚细胞定位 GmIGT1 Glyma.02G097100 Chr02 8677685~8680757 1 101 367 6.91 40 326.05 细胞核 GmIGT2 Glyma.03G264200 Chr03 46860193~46864806 822 274 5.52 31 485.80 细胞核 GmIGT3 Glyma.07G040800 Chr07 3391340~3394088 846 282 7.58 32 278.71 叶绿体 GmIGT4 Glyma.07G052500 Chr07 4555925~4560419 858 286 5.45 32 189.21 细胞核 GmIGT5 Glyma.08G356200 Chr08 46252966~46256085 852 284 10.03 32 316.57 细胞核 GmIGT6 Glyma.09G071100 Chr09 7218596~7221206 789 263 5.11 29 050.36 细胞核 GmIGT7 Glyma.10G298100 Chr10 51546352~51548699 1068 356 5.96 39 907.67 细胞质 GmIGT8 Glyma.15G179200 Chr15 17222927~17225610 789 263 5.12 29 253.52 细胞核 GmIGT9 Glyma.16G009400 Chr16 842813~845650 855 285 8.03 32 507.05 细胞核 GmIGT10 Glyma.16G021400 Chr16 2005820~2009925 870 290 5.45 32 743.91 细胞质 GmIGT11 Glyma.16G054300 Chr16 5286678~5290902 1 149 383 6.65 43 362.59 叶绿体 GmIGT12 Glyma.16G094000 Chr16 15479890~15482382 786 262 9.67 30 379.48 细胞核 GmIGT13 Glyma.18G173300 Chr18 41543428~41546170 861 287 9.92 32 629.87 细胞核 GmIGT14 Glyma.18G284400 Chr18 56775415~56778618 1 098 366 6.91 40 390.19 细胞核 GmIGT15 Glyma.19G094600 Chr19 33952844~33956542 1 149 383 7.18 43 382.51 细胞核 GmIGT16 Glyma.19G263200 Chr19 51104292~51108788 807 269 5.68 30 957.17 细胞核 GmIGT17 Glyma.20G249200 Chr20 47749661~47752260 1 080 360 5.87 40 051.88 细胞核 GmIGT的cDNA长度为786~1 149 bp，有明显差异。它们所编码的蛋白质长度为263~384个氨基酸，其理论等电点为5.11~10.03。在这些蛋白质中，有6个的等电点超过7，11个的等电点低于7。这表明该基因家族具有多样性。亚细胞定位进一步揭示了这些蛋白的潜在功能。预测发现：GmIGT3与GmIGT11位于叶绿体，GmIGT10定位于细胞质，其余14个GmIGTs均定位于细胞核(表2)。
GmIGT的17个成员分布在11条染色体上，分别为Chr02、Chr03、Chr07、Chr08、Chr09、Chr10、Chr15、Chr16、Chr18、Chr19、Chr20，其中有4个成员位于Chr16上(图1)。
由IGT基因家族鉴定与理化性质分析及染色体位置分析可知：IGT基因家族在序列长度、氨基酸个数、等电点、亚细胞定位与染色体分布各方面均有差异。
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对大豆IGT基因家族进行系统进化树分析，结果(图2)显示：IGT基因家族可以分为4个进化枝，即TAC进化枝、IGT-like进化枝、DRO进化枝、LAZY进化枝。每个进化枝包含了2~6个大豆IGT基因家族成员。GmIGT4/10与AtTAC1同源，属于TAC进化枝；GmIGT5/12/13与AtLAZY5同源，属于功能未知的进化枝；GmIGT2/3/6/8/9/16与AtLAZY2/3/4同源，属于DRO进化枝；GmIGT1/4/7/11/15/17与AtLAZY1同源，属于主要调节向地性的进化枝。该结果表明：IGT基因家族成员可能在进化上存在功能分化。
图 2 IGT基因家族系统进化树分析
Figure 2. Phylogenetic tree analysis of the IGT gene family
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为了进一步探究大豆IGT基因家族功能，绘制了IGT基因家族的结构模型(图3)。由图3可知：GmIGT基因家族成员基因结构简单，其外显子数目仅3~5个，这表明该基因家族在基因结构上具有一定的保守性。尽管在结构上存在保守性，但也存在长度上的差异，这些差异可能源于基因组中的多态性和突变，也可能反映了这些基因在进化过程中的功能细分。此外，家族中有3个基因不存在UTR区域。这些结构上的差异可能暗示GmIGT基因成员在功能或表达调控上存在差异，为进一步的功能试验和机制研究提供了方向。大豆IGT基因家族展现出高度保守的基因结构，这表明了IGT基因家族在功能上的相似性较高，仅功能细分上存在差异。
图 3 GmIGT基因的结构分析
Figure 3. Structure analysis of the GmIGT genes
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为了深入了解GmIGT成员蛋白保守基序组成，通过MEME软件对其保守基序进行预测(图4)。大豆IGT基因家族包含10个保守基序，Motif 3含有家族特有的GφL(A/T)IGT序列，该序列在除GmIGT4/5/10/12/13以外的所有GmIGT蛋白中都存在。所有GmIGT的N末端都含有Motif 2。属于LAZY进化枝的GmIGT1/7/11/14/15/17，都具有Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4、Motif 5、Motif 6、Motif 8、Motif 9，其中GmIGT1/11/14/15具有特异性的Motif 10；属于IGT-like进化枝的GmIGT5/12/13，都具有Motif 1、Motif 2、Motif 9，其中GmIGT5/13具有特异性的Motif 8；属于DRO进化枝的GmIGT2/3/6/8/9/16，都具有Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4、Motif 5、Motif 6，其中GmIGT2/3/9/16具有特异性的Motif 7；属于TAC进化枝的GmIGT4/10，都具有Motif 1、Motif 2、Motif 6。
图 4 不同GmIGT蛋白质之间的保守基序分析
Figure 4. Analysis of conserved motifs occurring in different GmIGT proteins
结果表明：大豆IGT基因家族保守基序分布、基因结构和系统发育有相关性。相比基因结构，GmIGT的保守基序的相似度比较小，但同属同一进化枝的保守基序的相似度高，除了TAC进化枝，LAZY、IGT-like、DRO进化枝的成员并不都具有完全相同的Motif，这可能意味着其进化枝上的基因在功能上存在差异。这种基序的差异可能反映了这些进化枝在生物学功能或调控机制上的不同。
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为了进一步了解大豆IGT基因家族的潜在功能和调控机制，使用PlantCARE对翻译起始位点上游近2 000 bp的序列区域进行顺式作用元件分析。结果显示：几乎所有的IGT基因家族成员在启动子区域都有至少3个以上顺式作用元件，GmIGT4含有的元件数最多，为32个，其次是GmIGT2，含有 29个顺式作用元件，GmIGT16仅包含3个顺式作用元件(图5)。共检测到15种顺式调控元件，将它们分为4个大类：光响应、生理响应、植物激素响应和胁迫响应。第 1 类是光响应元件，包括光响应与MYB结合位点参与光响应。第2类是生理响应元件，包括分生组织表达、昼夜节律调控、胚乳表达等。第3类是植物激素响应元件，由茉莉酸甲酯反应、脱落酸反应等组成，其中脱落酸反应元件是在GmIGT基因成员启动子中最丰富的顺式作用元件，而GmIGT4与茉莉酸甲酯、脱落酸、生长素、赤霉素响应有关。推测GmIGT4可能参与多种激素响应。第4类是非生物与生物胁迫相关的顺式作用元件，包括防御胁迫反应、低温反应等，值得注意的是，GmIGT8/13/16基因中不包含任何与非生物或生物胁迫相关的元件。在4类顺式作用元件中，激素响应元件最多，占比74.12%，光响应元件排第2位(11.47%)，胁迫响应元件为9.41%，参与植物生理响应最少，占5.00%(图6)。这些结果表明：GmIGT基因可能与光响应、生长发育、激素和胁迫响应有关。
图 5 GmIGT基因启动子区域顺式作用元件分析
Figure 5. Analysis of cis-elements in the promoters of the GmIGT genes
图 6 GmIGT基因启动子区域顺式作用元件数量统计分析
Figure 6. Statistical analysis of number of cis-acting elements in the promoters of the GmIGT genes
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GmIGT基因遍布于11条染色体上(图1)。为了解其扩增机制，基因共线性分析揭示：除了GmIGT4/9/10以外，其余GmIGT基因均参与了片段复制事件(图7)。其中有14条片段复制事件(GmIGT1-GmIGT14、GmIGT2-GmIGT3/12/16、GmIGT3-GmIGT6/8/12/16、GmIGT5-GmIGT13、GmIGT6-GmIGT8/12、GmIGT7-GmIGT17、GmIGT8-GmIGT12、GmIGT11-GmIGT15)，GmIGT2、GmIGT3、GmIGT6、GmIGT8、GmIGT12、GmIGT16之间存在1个或多个共同的复制源 。这表明染色体或基因组经历了多次或层叠的片段复制事件，导致产生特定基因或基因区域的多重复制品。
图 7 GmIGT基因共线性分析
Figure 7. Collinearity analysis of the GmIGT genes
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为探索GmIGT基因在不同时期以及组织部位的表达模式，借助大豆Phytozome(
https://phytozome-next.jgi.doe.gov/ )数据，对17个GmIGTs在大豆的分生组织、根、茎、叶、花、荚、种子与根瘤的表达量进行计算机分析。结果表明：GmIGTs基因在这8个组织中显示出特异性的表达模式。具体而言，GmIGT5和GmIGT13在不同组织中都表现出较高的表达水平。在分生组织中，GmIGT5的表达高；在根中，GmIGT5和GmIGT13表现出高表达水平；在茎中，GmIGT4、GmIGT7、GmIGT10、GmIGT14与GmIGT17的表达高；在叶中，GmIGT13的表达量高；在花中，GmIGT17的表达水平高；而在荚中，GmIGT10表达水平高；在种子中，GmIGT8和GmIGT5的表达高；在根瘤中，GmIGT1、GmIGT14、GmIGT5和GmIGT13具有高表达(图8)。IGT基因家族在大豆不同组织中的表达差异较大，说明IGT基因家族可能多方面参与大豆生长发育调控。
图 8 GmIGT在不同组织中表达模式的计算机分析
Figure 8. In silico analysis of expression patterns of different GmIGT genes in different tissues
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为了进一步验证GmIGT在大豆中的时空表达模式，对17个GmIGTs在大豆不同组织中的表达量进行RT-qPCR分析 (图9)。结果显示：GmIGTs基因在8个组织中表现出特异性的表达模式。具体而言，GmIGT4在除根瘤外的其他组织中都表现出较高的表达水平。在根中，GmIGT6的相对表达量最高；在茎中，GmIGT4、GmIGT10、GmIGT14与GmIGT17的相对表达量较高；在叶柄中，GmIGT4、GmIGT7、GmIGT10与GmIGT17的相对表达量较高；在叶中，GmIGT5的表达量高；在花中，GmIGT4与GmIGT6的表达水平高；在荚中，GmIGT4与GmIGT6表达水平高；在种子中，GmIGT4、GmIGT5、GmIGT13和GmIGT17的表达高；在根瘤中，GmIGT5和GmIGT13具有高表达。GmIGT4、GmIGT10与GmIGT17均在茎与叶柄中高度表达，说明其可能在塑造大豆株型中发挥作用。综上所述，IGT基因家族可能在多方面参与大豆生长发育调控，并且与生物信息学预测基本一致。
图 9 GmIGT基因家族成员在不同组织中的相对表达水平
Figure 9. Relative expression levels of members of the GmIGT gene family in different tissues of soybean
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IGT基因家族在重力感应中起着关键作用，因此推测该基因家族参与植物株型的调控。IGT基因家族广泛存在于植物基因组中，且在不同物种中的数量差距较大。目前，已在水稻、玉米、油菜Brassica campestris和苹果Malus domestica中分别鉴定出4、2、27和4个IGT基因家族成员[1，18−20]。本研究在深入分析大豆基因组基础上，鉴定得到17个大豆IGT基因家族成员，它们不均匀分布在11条染色体上。其基因总数与其他物种中IGT基因家族成员数目有所差异，这可能与不同物种间基因组大小、基因扩张程度不同有关。基因组内共线性分结果表明：GmIGT复制类型主要为片段性复制，有14条片段复制事件，这说明片段性复制在GmIGT基因扩张中起了至关重要的作用。这些家族成员的扩增可能会导致不同成员产生功能冗余性或专化性，从而为生物过程的精细调控提供基础。
在拟南芥中，IGT基因家族存在5个较短的保守结构域和1个独特的内含子排列[1]，GmIGT基因中也出现了类似的内含子排列。外显子和内含子排列可在一定程度上解释该基因家族的进化史。在很多情况下，不同物种中具有相似基因结构和保守基序的同源蛋白可能具有相同或相似的功能。由此推测，犹如拟南芥AtIGT基因，大豆GmIGT可能参与大豆的重力传感和植物株型的形成。
前人研究表明：LAZY基因往往在拟南芥、水稻、蒺藜Tribulus terrestris和日本百里香Thymus vulgaris等高等植物中形成1个小基因家族[3, 21]。在拟南芥中，该基因家族有6个成员，不同成员在不同器官中的功能可能存在差异，已知AtLAZY1调节芽和花序茎的向地性[3, 10]，但AtLAZY5、AtLAZY6在向地性方面的功能尚未见报道。在许多植物中，TAC在调节分枝角度方面起着重要作用，OsTAC1参与水稻分蘖角度的调节，并影响内源生长素的含量[22]。在玉米中，ZmTAC1的表达水平与叶片角度呈正相关，该基因在叶片发育中起着重要的调控作用[23]。系统发育分析显示：IGT基因家族在大豆中可以分为4个进化枝，TAC、IGT-like、DRO以及LAZY进化枝。同时，LAZY、IGT-like、DRO进化枝的成员并不都具有完全相同的Motif，这可能意味着其进化枝上的基因在功能上存在差异，这种基序的差异可能反映了这些进化枝在生物学功能或调控机制上的不同。因此，根据聚类结果，大豆的IGT基因家族可能在不同的器官中起着不同的作用，但其作用有待进一步研究。
根据启动子预测结果，IGT基因家族存在光响应、生长发育、激素响应及胁迫响应元件，表明其可能受到光照、植物激素的调控诱导或参与其信号反应途径，同时还可能参与大豆生长发育的某些过程以及参与胁迫过程中的抗逆调控。
通过数据库预测，GmIGT基因成员在不同的组织和器官中显示出特异性的表达模式， RT-qPCR分析结果与这些基因表达模式的预测结果基本一致。组织特异性表达分析发现：整体相对表达量最高的为GmIGT4，推测该基因可能在很多组织、器官中发挥作用；GmIGT4、GmIGT10和GmIGT17在茎和叶柄中的相对表达量显著高于其他组织，推测其可能在大豆株型调控方面发挥重要作用。不同IGT基因家族成员在大豆不同组织中表达模式的差异暗示了其可能在根的向地性调节、茎的生长发育等方面存在功能上的分化，这为进一步解析GmIGT基因在大豆生长发育和株型形成中的作用奠定基础。
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本研究对大豆IGT基因家族从全基因组层面进行了全面的生物信息学分析，共鉴定出17个GmIGT，分为TAC、IGT-like、DRO以及LAZY等4个进化枝。表达模式分析显示：GmIGT基因成员在大豆不同组织中表达模式具有差异性，GmIGT4、GmIGT10和GmIGT17可能在塑造大豆株型中发挥主要作用。该结果为进一步了解GmIGT基因在塑造植物株型中的生物学功能提供了理论基础。
Genome-wide identification and tissue expression analysis of IGT gene family in soybean
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摘要:
目的 利用生物信息学方法对大豆‘天隆1号’Glycine max‘Tianlong 1’ IGT基因家族进行全基因组鉴定，探究IGT基因家族在大豆中的潜在功能。 方法 通过对大豆‘天隆1号’IGT蛋白结构域进行BLASTP搜索，确定GmIGTs；以生物信息学方法分析其进化关系、基因结构、保守基序、顺式作用元件、共线性关系，以及在不同组织部位表达模式。 结果 共鉴定出17个GmIGT基因，并根据其系统发育关系将其分为4个分支：TAC、IGT-like、DRO和LAZY。蛋白质保守基序分析发现： ‘天隆1号’IGT蛋白均含有Motif2。染色体定位和共线性分析显示：GmIGT不均匀地定位在11条染色体上，并且片段复制可能在GmIGT基因的扩张中发挥了重要作用。顺式作用元件分析表明：GmIGT的表达可能与光响应、生理响应、植物激素响应和胁迫等相关。此外，实时荧光定量聚合酶链式反应分析表明：GmIGT基因具有明显的组织特异表达特点，GmIGT4在所有组织中表达量都相对较高，GmIGT4、GmIGT10与GmIGT17在茎与叶柄中高度表达。 结论 GmIGT基因可能在塑造大豆‘天隆1号’株型中发挥某些潜在作用，GmIGT4、GmIGT10与GmIGT17可能为该过程中的核心基因。图9表2参23 Abstract:Objective This study aims to employ bioinformatics methods to perform a comprehensive genome-wide identification of the soybean IGT gene family and explore the potential functions of IGT gene family in soybean. Method Soybean cultivar Glycine max ‘Tianlong 1’ was selected and GmIGTs were identified by BLASTP search of IGT protein domain. The evolutionary relationships, gene structure, conserved motifs, cis-acting elements, and collinearity relationships were analyzed by bioinformatics methods. The expression patterns of GmIGTs in different tissue parts were analyzed. Result A total of 17 GmIGT genes were identified and classified into 4 branches based on their phylogenetic relationships: TAC, IGT-like, DRO, and LAZY. Protein conserved motif analysis revealed that all IGT proteins contained Motif2. Chromosomal localization and collinearity analysis showed that GmIGT genes were unevenly distributed on 11 chromosomes, and segmental duplication might have played a significant role in the expansion of GmIGT gene. Cis-acting element analysis indicated that GmIGT expression might be associated with light response, physiological response, plant hormone response and stress. RT-qPCR analysis demonstrated that GmIGT gene had obvious tissue-specific expression characteristics. Among them, GmIGT5 exhibited relatively high expression levels in all tissues, while GmIGT4 and GmIGT10 were highly expressed in stems and petioles. Conclusion GmIGT gene may play a potential role in shaping soybean plant architecture, and GmIGT4 and GmIGT10 may be the core genes involved in this process. [Ch, 9 fig. 2 tab. 23 ref.] -
密码子承担着生物体内遗传信息传递的重要功能，是DNA转录与翻译、蛋白质合成与表达过程中的关键单元。在生物体共用的一套密码子中，终止密码子不编码氨基酸，甲硫氨酸(Met)和色氨酸(Trp)分别由1种密码子编码。其余59个密码子具有简并性，即1种氨基酸可由2~6个密码子对应编码，编码相同氨基酸的密码子即为同义密码子[1]。基因并非完全随机地使用同义密码子，而是存在一定的偏好性。特定的密码子偏好性是生物体长期适应性进化的结果，能够反映生物对环境的分子适应机制[2]。分析密码子偏好性及其影响因素，对生物遗传育种、进化基因组学以及系统发育学研究具有深远的意义。1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco酶)是植物叶绿体基质中参与光合作用的关键酶，约占可溶性蛋白质总量的50%[3]。Rubisco酶具有催化1,5-二磷酸核酮糖(Ribulose-1,5-disphosphate, RuBP)与二氧化碳(CO2)羧化反应和光呼吸中RuBP与氧气(O2)加氧反应的双重活性，对净光合率有决定性影响[4]。Rubisco酶由8个大亚基(催化亚基)和8个小亚基(调节亚基)组成，前者是固定CO2的活性位点和催化位点，由叶绿体基因组大单拷贝区的rbcL基因编码[5-6]。环境的变化会导致rbcL基因产生适应性进化，从而影响植物光合效率[7]。因此，研究rbcL基因的密码子使用模式有利于理解高等植物对环境的适应机制。千屈菜科Lythraceae包括许多重要的园林植物，具有重要的观赏价值和经济价值[8]。目前，rbcL基因在千屈菜科中的研究应用仅局限于系统发育[9-10]，对于该科密码子使用偏好性的相关研究尚未见报道。本研究选取了千屈菜科具有代表性的10属20种植物，分析rbcL基因的碱基组成、密码子使用偏好性及其影响因素，并与模式物种进行比较，为该科物种rbcL基因异源高效表达提供理论基础。
1. 材料与方法
1.1 基因序列和密码子使用频率数据获取
20条rbcL基因全长编码区序列(CDS)数据来源于美国国家生物技术信息中心(NCBI)的GenBank数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)，详见表1。
表 1 20种千屈菜科植物rbcL基因信息Table 1 Information of rbcL genes from 20 Lythraceae species物种 GenBank登录号 CDS位置 物种 GenBank登录号 CDS位置 萼距花 Cuphea hyssopifolia MN833211 58955~60382 南洋紫薇 Lagerstroemia siamica MK881628 55129~56556 八宝树 Duabanga grandiflora MK881638 56823~58250 绒毛紫薇 Lagerstroemia tomentosa MK881632 54873~56300 黄薇 Heimia myrtifolia MG921615 58612~60039 西双紫薇 Lagerstroemia venusta MK881630 55159~56586 副萼紫薇 Lagerstroemia calyculata MK881636 54873~56300 散沫花 Lawsonia inermis MK881631 58836~60263 川黔紫薇 Lagerstroemia excelsa MK881635 54910~56337 千屈菜 Lythrum salicaria MK881629 59099~60526 屋久岛紫薇 Lagerstroemia fauriei NC_029808 54810~56237 石榴 Punica granatum NC_035240 59017~60444 多花紫薇 Lagerstroemia floribunda NC_031825 54776~56203 圆叶节节菜 Rotala rotundifolia MK881626 58835~60262 桂林紫薇 Lagerstroemia guilinensis NC_029885 54697~56124 细果野菱 Trapa maximowiczii NC_037023 58322~59770 云南紫薇 Lagerstroemia intermedia NC_034662 54948~56375 欧菱 Trapa natans MK881634 58387~59814 福建紫薇 Lagerstroemia limii MK881627 54830~56257 虾子花 Woodfordia fruticosa MK881637 59444~60871 1.2 CDS碱基组成和密码子使用偏好性参数统计
通过CodonW 1.4.4软件和在线工具EMBOSS explorer(http://emboss.toulouse.inra.fr./)中的CUSP和CHIPS程序，统计rbcL基因密码子末端各类型碱基含量(A3s、T3s、C3s和T3s)、GC总含量(GC)、密码子各位点GC含量(GC1s、GC2s和GC3s)、有效密码子数(ENC)和密码子适应指数(CAI)。利用SPSS 22.0软件，选用皮尔森相关系数评估碱基组成和密码子偏好性相关显著水平[11]。
1.3 同义密码子相对使用度统计与分析
同义密码子相对使用度(RSCU)是同义密码子的实际使用频次与无使用偏好性时期望频次的比率，去除了碱基成分对密码子使用产生的影响。RSCU＞1，表示该密码子在同义密码子中使用相对较多；RSCU=1，表示该密码子在同义密码子中使用无偏好性；RSCU＜1表示该密码子在同义密码子中使用相对较少[12]。通过CodonW 1.4.4软件计算千屈菜科植物的RSCU，并利用TBtools 0.6软件绘图。
1.4 ENC绘图分析
以GC3s和ENC为横、纵坐标，通过Origin 9.1绘制ENC-GC3s散点图。标准曲线为ENC期望值，即NENC=2+MGC3s+29/[MGC3s2+(1−MGC3s)2]，其中NENC表示有效密码子数，MGC3s表示密码子第3位碱基平均GC含量，该公式的成立表示密码子的偏好性仅受突变压力约束[13]，此条件下，散点应位于标准曲线上部或紧贴标准曲线下部；当散点分布于曲线下方较远距离的区域时，表明除突变压力作用外，选择压力对偏好性产生主要影响。
1.5 中性绘图分析
以GC3s为横坐标，密码子第1、2位点GC含量平均值(GC12)为纵坐标，利用Origin 9.1绘制散点图并做线性回归分析，分析密码子不同位点碱基组成差异性[14]。当回归曲线斜率趋近1时，密码子各位点碱基成分差异不大，偏好性主要受到突变的影响；当斜率趋近0时，密码子第3位点和第1、2位点碱基变异模式差异较大，偏好性主要受到选择压力影响。
1.6 奇偶偏差(PR2)分析
奇偶偏差分析可评估密码子第3位点嘌呤和嘧啶组成偏差对密码子使用偏好性的影响[15]。以G3s/(G3s+C3s)和A3s/(A3s+T3s)为横、纵坐标，利用Origin 9.1绘制奇偶偏差图，交点(0.50, 0.50)表示无碱基突变和选择压力下，A=T且G=C。
1.7 基于RSCU和CDS的聚类分析
参照巫伟峰等[16]方法，以59个密码子(去除AUG、UGG和3个终止密码子UAA、UAG、UGA)的RSCU为变量，20条CDS为个体，通过SPSS进行系统聚类，类间距离为组内联接法，基因间距离为平方欧式距离。分别利用DAMBE 5.2.73和MEGA-X软件对CDS进行碱基替换饱和度检测和总体平均距离(d)计算，同时满足替换饱和度指数(Iss)小于饱和度标准指数(Iss.c)，即Iss＜Iss.c，表明碱基替换未饱和，且P=0.000和0＜d＜1后，通过MEGA-X软件邻接法(NJ)构建系统发生树，重复1 000次。
1.8 密码子使用频率比较分析
密码子相对使用频率比值是评估不同生物密码子使用偏好性差异程度的重要参数。当比值为0.5~2.0时，认为物种密码子偏好性差异较小[17]。拟南芥Arabidopsis thaliana、烟草Nicotiana tabacum、番茄Solanum lycopersicum、大肠埃希菌Escherichia coli和酵母Saccharomyces cerevisiae的基因组密码子使用频率来源于密码子使用数据库(http://www.kazusa.or.jp/codon/)。千屈菜科物种整体密码子平均使用频率通过EMBOSS explorer中CUSP计算获得[18]。利用Origin 9.1进行绘图。
2. 结果与分析
2.1 rbcL基因碱基组成和密码子使用偏好性
从表2可见：GC含量为0.425~0.437，平均为0.431。结合密码子各位点GC含量(GC1s为0.567~0.582，平均0.573；GC2s为0.429~0.437，平均0.432；GC3s为0.275~0.300，平均0.288)，表明rbcL基因CDS在组成上更倾向于使用A/T碱基。第3位点各类型碱基含量从大到小依次为T3s、A3s、C3s、G3s，表明rbcL基因更偏向于使用A/T碱基结尾的密码子。
表 2 20种千屈菜科植物rbcL基因碱基组成和密码子使用特性Table 2 Base composition and codon usage characteristics of rbcL genes from 20 Lythraceae species物种 A3s T3s G3s C3s GC GC1s GC2s GC3s CAI ENC 萼距花 0.376 0.531 0.157 0.173 0.435 0.582 0.437 0.286 0.276 45.392 八宝树 0.380 0.526 0.152 0.180 0.431 0.571 0.433 0.288 0.278 45.942 黄薇 0.390 0.508 0.145 0.194 0.434 0.571 0.433 0.296 0.283 46.540 副萼紫薇 0.377 0.525 0.148 0.186 0.432 0.576 0.429 0.292 0.277 45.635 川黔紫薇 0.376 0.526 0.149 0.187 0.432 0.571 0.431 0.294 0.275 45.743 屋久岛紫薇 0.379 0.529 0.146 0.184 0.431 0.571 0.431 0.290 0.272 45.659 多花紫薇 0.378 0.526 0.148 0.184 0.432 0.576 0.429 0.292 0.276 45.625 桂林紫薇 0.376 0.526 0.149 0.187 0.432 0.571 0.431 0.294 0.275 45.743 云南紫薇 0.379 0.526 0.140 0.191 0.431 0.571 0.431 0.290 0.275 45.340 福建紫薇 0.379 0.531 0.142 0.184 0.430 0.571 0.431 0.288 0.274 45.564 南洋紫薇 0.379 0.526 0.140 0.191 0.431 0.571 0.431 0.290 0.275 45.340 绒毛紫薇 0.377 0.525 0.148 0.186 0.432 0.576 0.429 0.292 0.277 45.635 西双紫薇 0.379 0.526 0.140 0.191 0.431 0.571 0.431 0.290 0.275 45.340 散沫花 0.379 0.536 0.151 0.171 0.429 0.569 0.435 0.282 0.276 45.264 千屈菜 0.389 0.535 0.138 0.173 0.428 0.576 0.433 0.275 0.285 45.007 石榴 0.381 0.518 0.153 0.184 0.436 0.578 0.437 0.294 0.275 46.153 圆叶节节菜 0.379 0.536 0.151 0.171 0.429 0.569 0.435 0.282 0.276 45.264 细果野菱 0.387 0.532 0.154 0.165 0.425 0.567 0.431 0.277 0.274 44.181 欧菱 0.387 0.532 0.154 0.165 0.426 0.569 0.431 0.277 0.274 44.029 虾子花 0.376 0.516 0.163 0.184 0.437 0.576 0.435 0.300 0.270 46.458 ENC和CAI是衡量密码子使用偏好性程度的主要指标。ENC从20(氨基酸只由1种同义密码子编码)至61(同义密码子的使用没有偏好性)，越接近20偏好性越强。一般认为，ENC＜35表示密码子的使用偏好性较强[19]。20种千屈菜科植物ENC为44.029~46.540，平均45.493，分布范围较小且均远大于35，表明rbcL基因整体偏好性不强。CAI取值0~1，越接近1密码子偏好性越强[20]。20种植物CAI为0.270~0.285，平均0.276，同样说明偏好性强度不大。一般情况下，基因的密码子使用偏好性越强，在生物体内的表达水平越高[21]，可推测rbcL基因在千屈菜科植物中表达水平较低。
2.2 rbcL基因同义密码子相对使用度分析
图1显示：在25个高频密码子(RSCU＞1)中，23个以A/U结尾，仅2个由C(AUC和AGC)结尾。其中RSCU最高的5个密码子(RSCU＞2)末尾均为U碱基，表明rbcL基因CDS对于末端A/U(T)密码子具有的使用偏好性。
2.3 密码子碱基组成和使用偏好相关分析
相关分析(表3)表明：ENC和GC、GC3s在0.01水平上显著相关(Pearson相关系数分别为0.855和0.856)，表明碱基组成，尤其是密码子第3位点碱基类型对千屈菜科rbcL基因的密码子偏好性有明显影响。GC3s和GC12相关不显著，说明不同位点组成上关联不大，碱基变异模式存在差异，rbcL基因较保守，突变偏性较小。
表 3 碱基组成与密码子使用偏好相关性Table 3 Correlation between base composition and codon usage bias参数 CAI ENC GC GC1s GC2s GC3s ENC 0.062 GC − 0.136 0.855** GC1s 0.138 0.403 0.712** GC2s 0.029 0.229 0.348 0.314 GC3s − 0.264 0.856** 0.846** 0.324 − 0.074 GC12 0.112 0.403 0.684** 0.869** 0.743** 0.190 说明：**表示在0.01水平上显著相关(双尾) 2.4 ENC绘图分析
图2显示了rbcL基因ENC和GC3s的关系。所有散点分布在标准曲线下方一定距离处，表明千屈菜科植物rbcL基因的密码子偏好性除了受到碱基突变压力外，更主要受自然选择压力的约束；散点集中分布在较小范围内说明自然选择压力强度相近。
2.5 中性绘图分析
中性分析结果(图3)显示：所有散点均落在直线y=x(GC12)上方。GC3s与GC12的回归曲线(斜率为0.069 4，R2=0.036 1)近似平行于X轴，表明千屈菜科植物rbcL基因密码子第1、2位点与第3位点碱基类型相差较大。结合表3，GC3s与GC12相关性较低(Pearson相关系数为0.190)，说明碱基突变对于密码子第3位点的作用比第1、2位点弱，密码子偏好性主要受自然选择压力的作用，受突变压力的影响则较小。
2.6 奇偶偏差(PR2)分析
图4显示：当密码子偏好性只受碱基突变影响时，密码子第3位点上嘌呤和嘧啶含量应相同，即A3s=T3s或C3s=G3s[22]。所有散点均明显偏离交点(0.50, 0.50)，且都分布在左下象限[G3s/(G3s+C3s)＜0.5，A3s/(A3s+T3s)＜0.5]，密码子第3位点上嘧啶含量高于嘌呤[(A3s+G3s)＜(T3s+C3s)]。4种碱基在密码子第3位点上分布不均匀，说明相较于碱基突变压力，自然选择压力对rbcL密码子偏好性有更强的影响。
2.7 基于RSCU和CDS的聚类分析
20条CDS碱基替换未饱和(Iss=0.025 3，Iss.c=0.785 2，P=0.000)，总体平均遗传距离为0.2。系统聚类树状图和邻接树均将20种千屈菜科植物聚成了4~5个支系(图5)，说明不同支系的植物密码子使用特性存在一定区别。虽然两者在部分支系的内部结构上存在较大矛盾，但在支系水平(属)上，两者对10个紫薇属Lagerstroemia植物、散沫花和圆叶节节菜以及2个菱属Trapa植物之间的聚类结果相对一致，说明基于密码子RSCU的系统聚类能在某种程度上反映千屈菜科植物属间水平的亲缘关系，即不同植物密码子的使用偏好性与亲缘关系存在局部对应。
图 5 基于rbcL基因CDS的邻接树(左)和基于59个密码子RSCU的聚类树状图(右)Figure 5 NJ tree based on CDS of rbcL genes (left) and cluster dendrogram based on RSCU of 59 codons (right)2.8 千屈菜科植物与模式物种密码子使用频率比较分析
从图6可以看出：与千屈菜科植物rbcL基因密码子平均使用频率相比，大肠埃希菌有28个密码子相差较大，最大值5.76(AGA)；酵母有26个密码子相差较大，最大值4.33(CGU)，说明酵母更适合作为千屈菜科植物rbcL基因异源表达的受体。拟南芥、烟草和番茄分别存在20、19和17个使用频率相差较大的密码子，且最大值均出现在CGU，初步说明相较于拟南芥和烟草，番茄更适合作为千屈菜科植物rbcL基因遗传转化的受体。
图 6 千屈菜科植物与模式生物密码子使用频率比值Figure 6 Ratios of codon usage frequency of Lythraceae species to model organisms3. 结论与讨论
特定的密码子使用偏好性是生物对环境变化适应性的体现，不同物种、不同功能基因的密码子偏好性存在明显差异。大部分双子叶植物密码子偏好A/T碱基结尾，单子叶植物则偏好G/C结尾[23]，与本研究中千屈菜科植物rbcL基因密码子A3s+T3s远远大于G3s+C3s的偏好性结果一致。李国灵等[13]对红藻门Rhodophyta植物rbcL基因密码子偏好性研究也得到了类似结果，虽然红藻科和千屈菜科植物生活型、生理特性等相差较大，但千屈菜科也包括许多水生或湿生植物。两者研究结果显示：植物从水生向陆生过渡过程中，rbcL基因密码子使用偏好性的变化可能较为稳定，这也许是rbcL基因受到强烈自然选择作用的结果。生物体内高表达的基因，其密码子偏好性也相对较强，反之亦然[24]。千屈菜科植物rbcL基因ENC较高，CAI较低，说明千屈菜科植物rbcL基因整体的密码子使用偏好性不强，在植物体内表达水平也不高。但仍存在CGU、CCU、ACU等13个偏好性相对较强的密码子(RSCU＞1.5)，其在氨基酸中残基含量也相对丰富。
密码子使用偏好性的影响因素包括碱基组成、突变、自然选择、漂变、基因长度、tRNA丰度以及基因表达水平的高低等，但最主要的压力来自于突变和自然选择[25]。本研究中，千屈菜科植物rbcL基因GC3s和GC、ENC的相关性显著，表明密码子偏好性在一定程度上受到了碱基组成的影响，之前的研究也证明GC3s和GC含量之间存在明显的线性关系[26]。但GC3s与GC12相关程度较低，且GC3s集中分布在0.275~0.300内，KAWABE等[23]研究表明：密码子使用偏好性主要受自然选择的影响，而碱基突变的影响则较小，ENC分析、中性分析、奇偶偏差分析也得出相同的结论。这可能是由于rbcL基因本身为叶绿体基因，分子进化速率相较于核基因更慢，且编码的二磷酸核酮糖羧化酶是参与光合作用的关键蛋白，相对比较保守，所以突变压力对其密码子使用偏好性的作用相对较弱；而正选择、协同进化等作用在陆生植物的rbcL基因中被证明广泛存在，也表明rbcL基因密码子使用偏好性可能广泛受到选择约束[27-28]。
与RSCU聚类分析结果相比，基于CDS的邻接树在理论上更接近真实的物种系统发育关系。两者相对一致的部分说明千屈菜科植物rbcL基因密码子使用特性与属间亲缘关系存在一定程度的对应；两者之间较为矛盾的分支可能是系统聚类仅选取单一RSCU数据分析导致的，结合密码子偏好性的其他参数，或许能获得更加一致的结果。由于单基因建树也可能会受到旁系同源基因干扰、水平基因转移等多种因素影响产生误差[29]，因此基于密码子偏好性的聚类分析也可对系统发生的研究内容进行一定补充。
转基因过程中，选择密码子使用偏好性相近的物种作为异源表达受体，有利于外源基因的高效表达[30]。千屈菜科植物多数都是木本植物，遗传转化体系尚未成熟，由于受限于同源物种生活史长、生长速度慢等因素，其基因功能研究十分依赖模式物种。通过与模式物种密码子使用频率的初步比较，酵母更适合作为千屈菜科植物rbcL基因的异源表达受体；与拟南芥、烟草相比，番茄的密码子使用频率与千屈菜科植物rbcL基因差异性最小，更适合作为rbcL基因功能验证的理想受体材料。但相对于番茄，拟南芥和烟草遗传转化体系建立相对较早，发展较为完善，已实现了多种木本植物叶绿体基因的遗传转化，积累的技术经验较多，遗传转化的难度也相对较小[31]。在观赏植物研究中，番茄更多作为植物呈色相关基因的遗传转化受体，验证其在色素积累与代谢中的调控作用[32]。因此，密码子使用频率的比较结果仅能为千屈菜科植物rbcL基因异源表达受体选择提供初步的预测，受限于该科木本植物当前采样难度较大，且遗传转化体系尚未成熟建立等因素，最适的异源表达受体仍须在进一步的实验中进行深入研究和严格筛选。
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图 4 不同GmIGT蛋白质之间的保守基序分析
Figure 4 Analysis of conserved motifs occurring in different GmIGT proteins
图 5 GmIGT基因启动子区域顺式作用元件分析
Figure 5 Analysis of cis-elements in the promoters of the GmIGT genes
图 6 GmIGT基因启动子区域顺式作用元件数量统计分析
Figure 6 Statistical analysis of number of cis-acting elements in the promoters of the GmIGT genes
图 8 GmIGT在不同组织中表达模式的计算机分析
Figure 8 In silico analysis of expression patterns of different GmIGT genes in different tissues
图 9 GmIGT基因家族成员在不同组织中的相对表达水平
Figure 9 Relative expression levels of members of the GmIGT gene family in different tissues of soybean
表 1 用于RT-qPCR的引物序列
Table 1. Primer sequences for RT-qPCR
引物名称 引物序列(5′→3′) 引物名称 引物序列(5′→3′) IGT1-qRT-F TTGGTCATTGGGAATTCTTGCAA IGT9-qRT-R CAATCGCTGAATTCTTCCCT IGT1-qRT-R CTTCTACACCAGCAAAAGAGT IGT10-qRT-F GAAAGATGGGTTTGCTACAAAC IGT2-qRT-F ATGCAATTCCTCAGCTGGA IGT10-qRT-R CCGAGAGTGCCAATGGTT IGT2-qRT-R TGCTAGTAAACCATCAGGC IGT11-qRT-F TTCACACTTGGAAACCCTTGTA IGT3-qRT-F AAGTTCCTCAGCTGGATG IGT11-qRT-R CAACCCAGAGTAAGATGTTTGA IGT3-qRT-R GGCCAATCGCTGAATTC IGT12-qRT-F ATGCAGATTCTTCAATGGATCTCC IGT4-qRT-F CTGAAAGATGGGTTTGCTTCA IGT12-qRT-R CCTCCCTTCGATTGTCTTT IGT4-qRT-R GATCATAGCCAAGAGTGCCAA IGT13-qRT-F CAGTGAACAAAATGAAGGGAAAG IGT5-qRT-F TCAGTGGGAAAGAGGTAAATC IGT13-qRT-R GTTGAGGGTGCTGTAAAAGAA IGT5-qRT-R CTGAACATTAAAACCTTTCTTCCA IGT14-qRT-F CTTGGTCATTGGGAATTCTTGC IGT6-qRT-F GAATGGAAAAGATTTTGAGGGCAATAC IGT14-qRT-R CCAGCAAAAGAGTTTCTAAGGT IGT6-qRT-R AAGCTCCTCTTCATCATCATC IGT15-qRT-F GATTTCACACTTGGAAATCCCTG IGT7-qRT-F TTGATCATCGGAGGGAATTCTT IGT15-qRT-R CCCAGAGTAAGATGTTTGATTTTCC IGT7-qRT-R CTGAATCTTCCTCATACTCATCATG IGT16-qRT-F AAATGATCATGAAATAGGCCGG IGT8-qRT-F CAACTACCCATTACATGAGGC IGT16-qRT-R TCCTCCCTTCGATTGTCTTT IGT8-qRT-R GCGTGGTTACTCCTTCCA IGT17-qRT-F TTGATCATCGGAGGAGGGA IGT9-qRT-F CAATGAAGTTCCTCAGCTGGAT IGT17-qRT-R CTTCCTCATACTCATCATGATCC 
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表 2 大豆IGT基因家族成员特征
Table 2. Properties of members of the IGT gene family in soybean
基因名称 序列号 染色体 位置 碱基对/bp 预测蛋白质长度/个 理论等电点 分子量/Da 亚细胞定位 GmIGT1 Glyma.02G097100 Chr02 8677685~8680757 1 101 367 6.91 40 326.05 细胞核 GmIGT2 Glyma.03G264200 Chr03 46860193~46864806 822 274 5.52 31 485.80 细胞核 GmIGT3 Glyma.07G040800 Chr07 3391340~3394088 846 282 7.58 32 278.71 叶绿体 GmIGT4 Glyma.07G052500 Chr07 4555925~4560419 858 286 5.45 32 189.21 细胞核 GmIGT5 Glyma.08G356200 Chr08 46252966~46256085 852 284 10.03 32 316.57 细胞核 GmIGT6 Glyma.09G071100 Chr09 7218596~7221206 789 263 5.11 29 050.36 细胞核 GmIGT7 Glyma.10G298100 Chr10 51546352~51548699 1068 356 5.96 39 907.67 细胞质 GmIGT8 Glyma.15G179200 Chr15 17222927~17225610 789 263 5.12 29 253.52 细胞核 GmIGT9 Glyma.16G009400 Chr16 842813~845650 855 285 8.03 32 507.05 细胞核 GmIGT10 Glyma.16G021400 Chr16 2005820~2009925 870 290 5.45 32 743.91 细胞质 GmIGT11 Glyma.16G054300 Chr16 5286678~5290902 1 149 383 6.65 43 362.59 叶绿体 GmIGT12 Glyma.16G094000 Chr16 15479890~15482382 786 262 9.67 30 379.48 细胞核 GmIGT13 Glyma.18G173300 Chr18 41543428~41546170 861 287 9.92 32 629.87 细胞核 GmIGT14 Glyma.18G284400 Chr18 56775415~56778618 1 098 366 6.91 40 390.19 细胞核 GmIGT15 Glyma.19G094600 Chr19 33952844~33956542 1 149 383 7.18 43 382.51 细胞核 GmIGT16 Glyma.19G263200 Chr19 51104292~51108788 807 269 5.68 30 957.17 细胞核 GmIGT17 Glyma.20G249200 Chr20 47749661~47752260 1 080 360 5.87 40 051.88 细胞核
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