香蕉HOS15基因的鉴定及枯萎病菌胁迫下的表达分析

王子澍 王明元 陈科霖 贾幸宸 卫瑾怡 荣航 唐易

摘要：为了研究HOS15（HIGH EXPRESSION OF OSMOTICALLY RESPONSIVE GENES 15）是否参与香蕉抗性调控过程，利用拟南芥HOS15蛋白序列，采用多种生物信息学分析工具，对香蕉HOS15（MaHOS15）基因进行鉴定；以高抗品种‘南天黄和易感品种‘威廉斯为试验对象，研究MaHOS15在枯萎病菌胁迫下的表达分析及其调控植物病害的潜在机制。结果表明：MaHOS15蛋白中LisH结构域和WD40重复蛋白序列高度保守；MaHOS15蛋白二级结构具有α螺旋、β折叠、延伸链和无规卷曲结构，且以无规卷曲为主，占比为46.2%；亚细胞定位发现MaHOS15在细胞核内，推测MaHOS15可能在细胞核内参与香蕉枯萎病的调控；MaHOS15可能响应SA信号通路、MeJA信号通路和脱落酸反应；推测MaHOS15是在植物抗病过程中负调控植物对病原体防御的关键基因。

关键词：香蕉；HOS15（MaHOS15）基因；拟南芥HOS15；枯萎病菌；生物信息學；基因表达

中图分类号：S 668.1文献标志码：A

文章编号：1000-5013（2024）03-0351-06

Identification of Banana HOS15 Gene and Expression Analysis Under Stress of Fusarium Wilt

WANG Zishu^1，2，WANG Mingyuan^1，2，CHEN Kelin^1，2，JIA Xingchen^1，2，WEI Jinyi^1，2，RONG Hang^1，2，TANG Yi^1，2

（1. Institute of Horticulture Science and Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China；2. College of Chemical Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

Abstract：In order to study whether HOS15 （HIGH EXPRESSION OF OSMOTICALLY RESPONSIVE GENES 15） is involved in the regulation of banana resistance process，the Arabidopsis HOS15 protein sequence is used to identify banana HOS15 （MaHOS15） gene using various bioinformatics analysis tools，and using the highly resistant variety 'Nantianhuang' and the susceptible variety 'Williams' as experimental objects，the expression analysis of MaHOS15 under the stress of fusarium wilt and its potential mechanism of regulating plant diseases are studied. The results show that the LisH domain and WD40 repeat protein sequence in MaHOS15 protein are highly conserved. The secondary structure of MaHOS15 protein has α-helix，β-fold，extended chain and random coil structure，and the random coil is the main structure accounting for 46.2%. Subcellular localization is in the nucleus，which can be supposed thatMaHOS15 may be involved in the regulation of banana fusarium wilt in the nucleus. MaHOS15 may respond to SA signaling pathway，MeJA signaling pathway and abscisic acid reaction. It is speculated that MaHOS15 is a key gene in the negative regulation of plant defense against pathogens in the process of plant disease resistance.

Keywords：banana；HOS15（MaHOS15）gene；Arabidopsis HOS15；fusarium wilt；bioinformatics；gene expression

香蕉广泛种植于热带和亚热带地区，是非洲、亚洲和美洲5亿多人的重要营养来源和主要食物之一^[1-2]。然而，全世界64%的香蕉感染了由香蕉枯萎病菌热带4号生理小种（Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4，Foc TR4）引起的香蕉枯萎病，极大限制了香蕉的生产^[3-4]。因此，为了提高枯萎病抗性，识别参与调控枯萎病防御反应的关键基因并确定其潜在机制至关重要。

HOS15（HIGH EXPRESSION OF OSMOTICALLY RESPONSIVE GENES 15）是一种转录辅抑制因子。这些转录辅抑制因子与其他转录因子、适配器和辅助蛋白形成多蛋白复合物，可在表观遗传学上抑制靶基因，在植物信号转导和抗性调节中起着重要作用^[5-7]。Shen等^[8]发现HOS15可以与SKP1和Cullin1蛋白连接，并作为SCF（SKP1-Cullin1-F-box）E3復合物底物受体，靶向磷酸化NPR1，从而参与SA信号调节，协同抑制防御诱导细胞中转录激活的基因，从而分别防止NPR1介导的防御提前激活和过度激活。桃^[9]、小麦^[10]等植物的相关研究表明，HOS15可以参与SA信号调控植物抗病。Lin等^[11]已证实SA信号通路中MaTGA8可能通过与MaNPR11或MaNPR4互作来增强香蕉对Foc TR4的抗性。因此，HOS15作为一种多功能蛋白，可能通过介导SA信号通路，在抗香蕉枯萎病中起着至关重要的作用，而HOS15是否参与香蕉抗性调控过程依然未知。基于此，本文在香蕉基因组数据中BLAST筛选出香蕉HOS15（MaHOS15）蛋白序列，以‘南天黄叶片为材料，克隆得到MaHOS15基因，并进行生物信息学分析，继而以高抗品种‘南天黄（Musa acuminate L. AAA Cavendish，‘Nantianhuang）和易感品种‘威廉斯（Musa acuminate L. AAA group cv. Cavendish，‘Williams）为试验对象，进一步研究其在枯萎病菌胁迫下的表达分析。

1 材料与方法

1.1 MaHOS15的基因克隆和香蕉‘威廉斯和‘南天黄MaHOS15的表达分析

使用高抗品种‘南天黄和易感品种‘威廉斯的4片叶龄的组培苗（广东省高州市石生原生物科技有限公司）。选取长势一致、4片叶龄的香蕉幼苗，采用蘸根接菌法将‘南天黄和‘威廉斯的香蕉根系浸泡在配制好的Foc TR4孢子悬浮液（1×10⁶cfu·mL^-1）中2 h，移植到基质（草碳土和蛭石以体积比2∶1混合）中进行盆栽（上口径为15 cm，下口径为12 cm）。为研究Foc TR4接种后香蕉幼苗根系的变化，在接种后的第0，2，4，6天各选取3株幼苗，剪取根系，混合后迅速置于液氮中保存。

使用DP441型多糖多酚植物核糖核酸（RNA）提取试剂盒（北京市天根生化科技（北京）有限公司）提取‘南天黄叶片总RNA，将获得的2 μg RNA使用PrimeScript^TM1st Strand cDNA Synthesis Kit试剂盒（日本TaKaRa公司）合成互补脱氧核糖核酸（cDNA）。采用Primer Premier 5.0软件设计引物，根据MaHOS15 cDNA序列进行引物设计。

试验的相关引物，如表1 所示。

RT-PCR扩增程序在以下条件下进行：94 °C 5 min，94 °C 30 s，50 °C 45 s，