大豆SERK基因家族生物信息學(xué)及鹽脅迫下的表達(dá)分析

何福林，劉 詢(xún)，張 斌(. 湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南省銀杏工程技術(shù)研究中心，湖南永州 4599；

2．南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，南京 210095)

體細(xì)胞胚胎發(fā)生類(lèi)受體激酶(Somatic embryogenesis receptor-like kinases，SERK)屬于富含亮氨酸重復(fù)序列類(lèi)受體激酶(Leucine-rich repeat sequence receptor-like kinase，LRR-RLK)家族的第二亞家族，在進(jìn)化上高度保守[1]。SERK蛋白編碼基因含有11個(gè)外顯子，且每個(gè)外顯子傾向于編碼一個(gè)特定的蛋白結(jié)構(gòu)域[2]。SERK蛋白通常包含7個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域，從N端到C端分別為1個(gè)N端信號(hào)肽、亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域、5個(gè)富含亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域、1個(gè)SPP(Ser-Pro-Pro)結(jié)構(gòu)域、1個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域、胞內(nèi)激酶活性區(qū)域和C末端區(qū)域[3]。SERK基因最早是從胡蘿卜中分離鑒定出來(lái)的，其在體細(xì)胞胚胎形成過(guò)程中發(fā)揮重要作用。目前，已經(jīng)在多種不同植物中鑒定出SERK家族基因，包括擬南芥[4]、水稻[5]、玉米[3]、小麥[6]、苜蓿[2]、蘋(píng)果[7]等。然而有研究表明，SERK基因除了參與體細(xì)胞胚胎形成過(guò)程外，在植物的整個(gè)生長(zhǎng)周期發(fā)揮多種生物學(xué)功能，如參與植物對(duì)病原菌和真菌的防御反應(yīng)、響應(yīng)非生物脅迫以及調(diào)控植物衰老過(guò)程。

擬南芥AtSERK1和AtSERK2基因在莖、葉、花和果莢中均有表達(dá)，但在花和果莢中表達(dá)水平相對(duì)較高，其可參與控制孢子體分化進(jìn)而影響雄配子體發(fā)育，而AtSERK3和AtSERK4則參與調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯非依賴(lài)性的細(xì)胞死亡途徑[8-9]。水稻OsSERK1可在幼苗葉片、莖和劍葉中表達(dá)且在劍葉中表達(dá)較高，其能被稻瘟病菌、宿主細(xì)胞死亡、防御信號(hào)分子(如水楊酸和茉莉酸)以及其他脅迫信號(hào)激活表達(dá)，過(guò)表達(dá)OsSERK1基因的轉(zhuǎn)基因水稻則對(duì)稻瘟病的抗性增強(qiáng)[5]。而蘋(píng)果MdSERK家族基因在根、木質(zhì)部、韌皮部、葉和根尖中均有表達(dá)，其中MdSERK1、MdSERK7在根尖的表達(dá)相對(duì)較高，MdSERK2/5、MdSERK6/11在韌皮部表達(dá)較高，MdSERK4、MdSERK12在木質(zhì)部和韌皮部表達(dá)較高，MdSERK3在根中的表達(dá)較高，MdSERK8、MdSERK9、MdSERK10在葉中的表達(dá)水平較高，另外，蘋(píng)果MdSERK2/5、MdSERK3、MdSERK6/11基因的表達(dá)水平在ABA處理后上調(diào)，而鹽處理能夠激活MdSERK4、MdSERK6/11、MdSERK10的表達(dá)，提高其在葉中的表達(dá)水平[7]。此外，鹽脅迫下大麥小孢子胚性愈傷組織中HvSERK家族所有基因的表達(dá)量都上調(diào)，其中HvSERK2基因在接種白粉病的大麥葉中表達(dá)水平也上調(diào)[10]。而苜蓿MtSERK1基因表達(dá)能夠響應(yīng)生長(zhǎng)素處理[2]。這說(shuō)明上調(diào)SERK基因的表達(dá)，可以提高植物對(duì)生物脅迫或非生物脅迫的適應(yīng)能力。

盡管很多植物SERK基因已被分離鑒定并進(jìn)行深入的功能研究，Yang等[11]從栽培大豆(Glycinemax)中克隆到1個(gè)SERK基因(Genbank登陸號(hào)：EU869193，即為本研究中的GmSERK16)，并對(duì)其功能進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)該基因的表達(dá)水平在甘露醇、脫落酸(ABA)、水楊酸(SA)和茉莉酸(JA)處理后均上調(diào)，說(shuō)明其在植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)方面發(fā)揮作用。但是關(guān)于大豆SERK家族基因的全基因組鑒定及在非生物脅迫下的表達(dá)模式的研究還很少。本研究從大豆全基因組中鑒定SERK家族基因，并對(duì)基因家族成員的染色體定位、基因和蛋白結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系以及在不同組織中的表達(dá)模式和鹽脅迫誘導(dǎo)后的表達(dá)模式進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步研究SERK家族基因在大豆生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和環(huán)境適應(yīng)性方面的功能奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 SERK家族基因篩選及染色體定位分析

利用已知的擬南芥AtSERK(AtSERK1-5)蛋白序列在大豆數(shù)據(jù)庫(kù)(http://soykb.org/search/gene.php)中進(jìn)行比對(duì)，下載同源性較高的序列。下載的所有蛋白序列用數(shù)據(jù)庫(kù)SMART(http://smart.embl-heidelberg.de/)和NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)檢查是否含有SERK蛋白通常具有的保守結(jié)構(gòu)域，然后剔除不具備這些保守域的大豆SERK蛋白序列。大豆SERK家族基因的染色體位置信息則從Phytozome(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#!info?alias=Org_Gmax)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，大豆染色體長(zhǎng)度信息從NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/?term=Glycine+max)中獲得，利用Map Chart 2.2軟件繪制GmSERKs基因的染色體定位圖[12]。

1.2 基因結(jié)構(gòu)、蛋白的保守結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)分析

大豆GmSERKs基因序列和CDS序列從Phytozome數(shù)據(jù)庫(kù)下載，利用在線工具GSDS(Gene Structure Display Server，http://gsds.cbi.pku.edu.cn/index.php)繪制基因結(jié)構(gòu)圖，分析外顯子、內(nèi)含子的數(shù)量組成。采用MEME在線工具(http://meme-suite.org/)分析氨基酸序列上的保守基序(Motif)[13]，參數(shù)設(shè)置：保守基序最小長(zhǎng)度為6，最大長(zhǎng)度為50，最大數(shù)量設(shè)置為10。而篩選出的大豆SERK蛋白分子質(zhì)量(ku)及等電點(diǎn)(PI)則通過(guò)在線工具ExPASy(https://web.expasy.org/protparam/)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.3 進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建

為了研究大豆SERKs與其他物種在進(jìn)化上的關(guān)系，從TAIR數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.arabidopsis.org/index.jsp)下載擬南芥SERK蛋白序列，水稻SERK蛋白序列從數(shù)據(jù)庫(kù)RGAP(http://rice.plantbiology.msu.edu/)下載，玉米和苜蓿SERK蛋白序列從Phytozome數(shù)據(jù)庫(kù)(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#!info?alias=Org_ZmaysPH207)下載，根據(jù)已報(bào)道的蘋(píng)果SERK基因號(hào)在數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.rosaceae.org/)中下載對(duì)應(yīng)的蛋白序列[7]。利用Clustal X對(duì)大豆、擬南芥、水稻、玉米、苜蓿和蘋(píng)果SERK蛋白序列進(jìn)行多重比較，將比對(duì)結(jié)果在MEGA 7.0軟件中打開(kāi)，用鄰接法(neighbor-joining，NJ)繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，參數(shù)設(shè)置：Bootstrap為1 000，其他均使用默認(rèn)參數(shù)[14]。

1.4 SERKs基因在大豆中的表達(dá)模式分析

大豆SERKs基因在不同組織和發(fā)育階段的表達(dá)數(shù)據(jù)從大豆數(shù)據(jù)庫(kù)SoyKB(http://soykb.org/)獲得(即轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的RPKM值，Reads Per Kilobase per Million mapped reads)，共列出了基因在嫩葉、花、1 cm果莢、10DAF(花后時(shí)間，Days after flowers)果莢殼、14DAF果莢殼、10DAF種子、14DAF種子、21DAF種子、25DAF種子、28DAF種子、35DAF種子、42DAF種子、根和根瘤共13個(gè)不同組織或發(fā)育階段的表達(dá)數(shù)據(jù)。利用Heml 1.0軟件繪制基因的表達(dá)熱圖[15]。

1.5 植物材料生長(zhǎng)和處理

本試驗(yàn)使用的大豆為普通栽培大豆，其對(duì)應(yīng)的全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)SoyKB(http://soykb.org/)使用的材料也是栽培大豆。大豆(Glycine max)種子用蒸餾水浸泡3 h后直接播種在營(yíng)養(yǎng)土(品氏泥炭土，10～30 mm，丹麥)中，生長(zhǎng)環(huán)境條件設(shè)置：溫度恒溫22 ℃，濕度60%～70%，光照為長(zhǎng)日照(晝16 h/夜8 h)。待大豆長(zhǎng)出三出復(fù)葉后，用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液(CK)和含有250 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液處理，分別在處理1 h、6 h、12 h時(shí)取三出復(fù)葉的其中一個(gè)完整葉片，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)取3個(gè)獨(dú)立的單株材料，用液氮速凍后暫存于超低溫冰箱備用。

1.6 RNA提取和定量PCR檢測(cè)

使用RNA提取液TRIzol(Invitrogen)抽提大豆葉片總RNA，然后跑電泳檢測(cè)RNA提取質(zhì)量。用Dnase I(TaKaRa)處理提取的總RNA以除去可能含有的DNA，避免檢測(cè)基因表達(dá)水平時(shí)產(chǎn)生誤差。使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒(Thermo Fisher)合成cDNA，以合成的cDNA為模板進(jìn)行qRT-PCR分析，操作步驟參照文獻(xiàn)[12]，PCR反應(yīng)總體系為20 μL：用去離子水稀釋后的cDNA 8.8 μL、正向和反向引物各0.6 μL和10 μL SYBR Green Mix(康為世紀(jì))，利用Bio-Rad CFX-96 PCR儀(美國(guó)Bio-Rad)進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng)，反應(yīng)體系使用兩步法：95 ℃，預(yù)變性3 min；95 ℃變性10 s，60 ℃退火延伸30 s，共40個(gè)循環(huán)?；虻南鄬?duì)表達(dá)量的計(jì)算利用2-ΔΔCT法[16]。以GmActin基因(Genbank登陸號(hào)：KP030799)為內(nèi)參基因[17]，具體引物見(jiàn)表1。

表1 本研究中用到的引物Table 1 Primers used in this study

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆SERK家族基因鑒定及其染色體定位

利用擬南芥AtSERK家族蛋白序列在大豆基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中共篩選出25個(gè)大豆SERK基因，根據(jù)這些基因所在染色體順序及基因編號(hào)，將其命名為GmSERK1～GmSERK25。對(duì)氨基酸序列分析可知，25個(gè)大豆GmSERK基因編碼長(zhǎng)度為596～644 aa(氨基酸，amino acids)長(zhǎng)度的蛋白質(zhì)，其中 GmSERK21蛋白序列最長(zhǎng)(644 aa)，而 GmSERK10蛋白序列最短(596 aa)。通過(guò)在線工具ExPASy對(duì)該家族基因編碼蛋白的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為67.15～70.70，GmSERK17的相對(duì)分子質(zhì)量最大(70.70)，而GmSERK10的最小(67.15)。此外，蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(PI)為4.95(GmSERK12)～8.15(GmSERK2)(表2)。

大豆全基因組共含有20條染色體，而25個(gè)GmSERK基因分布在其中的12條染色體上(圖1)。在第10、11、15、17、19和20號(hào)染色體上均只包含1個(gè)GmSERK基因，且主要分布在染色體靠近兩端的區(qū)域；18號(hào)染色體最長(zhǎng)(58.02 Mb)， 1號(hào)染色體次之(56.83 Mb)，但在1號(hào)和18號(hào)染色體上都只有2個(gè)GmSERK基因，同樣在13號(hào)染色體上也包含2個(gè)GmSERK基因；而在2號(hào)、5號(hào)染色體上各包含4個(gè)GmSERK基因；8號(hào)染色體上GmSERK基因數(shù)量最多，共5個(gè)。

2.2 系統(tǒng)進(jìn)化分析

為了研究SERK家族在大豆和其他物種中的進(jìn)化關(guān)系，我們根據(jù)已有報(bào)道，從數(shù)據(jù)庫(kù)下載了擬南芥、水稻、玉米、苜蓿和蘋(píng)果的SERK蛋白序列，和大豆SERK氨基酸序列一起進(jìn)行多重比對(duì)后，在MEGA 7.0軟件中采用鄰接法繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。根據(jù)SERK家族在蘋(píng)果中的分組方法[7]，大豆SERK家族可分為4個(gè)亞家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)(圖2)，第Ⅲ亞家族最大，共包含11個(gè)SERK成員，而在第Ⅱ亞家族中僅包含2個(gè)成員。大豆GmSERK14、GmSERK20基因與苜蓿MtSERK2-6在進(jìn)化上關(guān)系較近，并且和蘋(píng)果MdSERK1、MdSERK8、MdSERK9以及擬南芥AtSERK3-5共同屬于第Ⅰ亞家族。大豆GmSERK4、GmSERK16、GmSERK25基因和擬南芥AtSERK1-2以及蘋(píng)果MdSERK4關(guān)系較近，同屬于第Ⅱ亞家族，且該亞族還包含玉米ZmSERK1-2基因和水稻OsSERK1-2基因。而在第Ⅲ亞家族中，大豆GmSERK1、GmSERK3與蘋(píng)果MdSERK6、MdSERK11關(guān)系較近，GmSERK6、GmSERK21與MdSERK2關(guān)系較近，GmSERK2、GmSERK5與MdSERK5、MdSERK10進(jìn)化

表2 本研究鑒定出的大豆SERK家族基因Table 2 Soybean SERK genes identified in this study

左側(cè)的比例尺指示大豆染色體的長(zhǎng)度(Mb)，每條染色體左側(cè)的數(shù)字代表基因定位在染色體上的位置(Mb) The scale bar on the left indicated the length (Mb) of soybean chromosomes，the number on the left of each chromosome represents the gene positions on the chromosome

圖1 大豆SERK家族基因的染色體定位
Fig.1 Chromosomal location of SoybeanSERKgenes

進(jìn)化樹(shù)中包含25個(gè)大豆SERK家族成員，6個(gè)苜蓿SERK家族成員，5個(gè)擬南芥SERK家族成員，2個(gè)水稻SERK家族成員，2個(gè)玉米SERK家族成員，12個(gè)蘋(píng)果SERK家族成員?！啊睒?biāo)注的是大豆SERK家族成員，“●”標(biāo)注的是擬南芥SERK家族成員 This tree includes 25 SERK proteins fromGlycinemax，6 SERK proteins fromMedicagotruncatula，5 SERK proteins fromArabidopsisthaliana，2 SERK proteins fromOryzasativa，2 SERK proteins fromZeamaysand 12 SERK proteins fromMalusdomestica. “▲”indicates members of the soybean SERK family，“●” indicates members of theArabidopsisSERK family.

圖2 大豆和其他物種SERK的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)
Fig.2 Phylogenetic tree of SERK proteins from soybean and other plants

關(guān)系較近，而大豆GmSERK15、GmSERK23、GmSERK18、GmSERK24與MdSERK3和MdSERK12的進(jìn)化關(guān)系較近。

2.3 大豆SERK家族基因結(jié)構(gòu)及氨基酸保守基序分析

為了研究大豆SERK家族基因在進(jìn)化過(guò)程中的多樣性變化，對(duì)基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，大豆SERK基因在結(jié)構(gòu)上較為保守，在5′末端和3′末端都含有非翻譯區(qū)，除了GmSERK10和GmSERK17分別包含10個(gè)和12個(gè)外顯子，其他基因都含有11個(gè)外顯子。并且在進(jìn)化關(guān)系上較近的基因長(zhǎng)度、外顯子分布及相同位置的外顯子長(zhǎng)度均保持類(lèi)似，如GmSERK1和GmSERK3、GmSERK2和GmSERK5、GmSERK15和GmSERK23、GmSERK16和GmSERK25以及GmSERK18和GmSERK24等(圖3)。此外，利用MEME在線工具分析了該家族基因編碼的氨基酸序列上包含的保守基序(Motif)，結(jié)果顯示，所有的大豆SERK家族成員都含有10個(gè)保守的基序且長(zhǎng)度和分布位置類(lèi)似(圖4)。說(shuō)明大豆SERK家族基因在進(jìn)化上整體關(guān)系較近，推測(cè)可能在功能上也類(lèi)似。

2.4 大豆SERK家族基因在不同組織中的表達(dá)

植物基因的表達(dá)部位往往和其發(fā)揮的功能有緊密的聯(lián)系，因此通過(guò)對(duì)大豆13個(gè)不同組織或發(fā)育階段材料的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析顯示(圖5)，25個(gè)大豆SERK家族基因的表達(dá)模式呈現(xiàn)多樣化。其中GmSERK1、GmSERK3、GmSERK4、GmSERK9、GmSERK16和GmSERK25具有類(lèi)似的表達(dá)模式，在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段基本都有較高的表達(dá)，說(shuō)明這些基因可能在植物生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程都發(fā)揮作用。而GmSERK2、GmSERK6、GmSERK7、GmSERK8僅在特定的階段有較低的表達(dá)水平。此外，GmSERK5、GmSERK13、GmSERK14、GmSERK16、GmSERK20都在根中具有較高的表達(dá)水平，推測(cè)這5個(gè)基因可能根中發(fā)揮特定的功能。SERK家族基因在不同組織或階段具有不同的表達(dá)模式，說(shuō)明在進(jìn)化上也存在差異，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中各自行使功能。

左側(cè)為大豆SERK家族的進(jìn)化樹(shù)，右側(cè)為大豆SERK家族成員對(duì)應(yīng)的基因的內(nèi)含子和外顯子的分布結(jié)構(gòu) Phylogenetic tree ofSERKproteins from soybean (Left)，Exon-intron structure ofGmSERKgenes(Right)

圖3 大豆SERK家族基因結(jié)構(gòu)及進(jìn)化樹(shù)分析
Fig.3 Gene structures of soybeanSERKgenes and phylogenetic relationships

左側(cè)為大豆SERK家族的進(jìn)化樹(shù)，右側(cè)為大豆SERK家族成員氨基酸序列上的保守基序分布 Phylogenetic tree of SERK proteins from soybean (Left)，Arrangements of conserved motifs in the GmSERK proteins (Right)

圖4 大豆SERK蛋白的保守基序分析
Fig.4 Conserved motifs analysis in the soybean SERK proteins

圖例中不同的顏色代表不同大小的RPKM值，紅色代表的RPKM值最大，藍(lán)色最小 The different colors in the legend represent RPKM values of different sizes，with red representing the largest RPKM value and blue minimum

圖5 大豆SERK基因在不同組織中的表達(dá)模式
Fig.5 Expression pattern ofGmSERKgenes in different tissues

2.5 鹽處理對(duì)大豆SERK基因表達(dá)模式的影響

為了研究GmSERK基因在響應(yīng)鹽脅迫中的功能，檢測(cè)部分GmSERK基因在鹽處理后在葉片中的表達(dá)情況。根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)可知大豆GmSERK4、GmSERK16基因和蘋(píng)果MdSERK4同源性較高，GmSERK1/3與蘋(píng)果MdSERK6/11同源性較高，GmSERK2與MdSERK10同源性較高，而鹽處理能夠激活MdSERK4、MdSERK6/11、MdSERK10的表達(dá)，因此對(duì)大豆GmSERK1/3、GmSERK2、GmSERK4、GmSERK16基因在鹽處理后的表達(dá)模式進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)GmSERK2基因表達(dá)未被誘導(dǎo)，而GmSERK1/3、GmSERK4、GmSERK16基因的表達(dá)水平在鹽處理1 h、6 h、12 h時(shí)均上調(diào)(圖6)。

3 討 論

有研究表明，SERK基因能夠參與體細(xì)胞胚胎形成、植物對(duì)病原菌的防御反應(yīng)、響應(yīng)非生物脅迫信號(hào)以及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)等多種生物學(xué)過(guò)程[2，6-7，18]。但是關(guān)于SERK基因家族的全基因組學(xué)分析的報(bào)道卻十分有限。之前報(bào)道的在其他物種中鑒定出的SERK家族成員數(shù)量很少，在擬南芥中有5個(gè)SERK基因[4]，從水稻中鑒定出2個(gè)SERK基因[5]，苜蓿中則包含6個(gè)[2]，而在蘋(píng)果中共鑒定出12個(gè)SERK基因[7]。本研究利用擬南芥SERK家族蛋白序列在大豆全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行多重序列比對(duì)，最終共鑒定出25個(gè)大豆GmSERK蛋白。而大豆的這25個(gè)SERK家族基因分布在12條染色體上，且它們編碼蛋白的長(zhǎng)度(596～644 aa)和相對(duì)分子質(zhì)量(67.15～ 70.70)的差別不大。此外，通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)將大豆SERK家族成員分為4個(gè)亞族，而在蘋(píng)果中的研究?jī)H可分為3個(gè)亞族。SERK蛋白編碼基因的一個(gè)典型特征是包含11個(gè)外顯子，且每個(gè)外顯子傾向于編碼一個(gè)特定的蛋白結(jié)構(gòu)域，苜蓿MtSERK1-6基因均包含11個(gè)外顯子[2]。本研究中也得到類(lèi)似的結(jié)果，25個(gè)大豆GmSERK基因中，除了GmSERK10和GmSERK17分別包含10個(gè)和12個(gè)外顯子，其他基因都含有11個(gè)外顯子。通常氨基酸序列決定著蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而蛋白結(jié)構(gòu)又決定其發(fā)揮的生物學(xué)功能，因此，對(duì)大豆SERK蛋白家族氨基酸上的保守基序進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)所有SERK蛋白均具有相同的保守基序且在氨基酸上的分布情況也較為一致，通過(guò)以上結(jié)果可知，大豆GmSERK蛋白在進(jìn)化上比較保守，可能具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能。

圖6 鹽脅迫下GmSERK基因的表達(dá)模式Fig.6 Expression pattern of GmSERK genes under salt stress

大豆25個(gè)GmSERK基因在嫩葉、花、不同發(fā)育階段的果莢和種子、根和根瘤中的表達(dá)水平存在差異，如GmSERK1、GmSERK3、GmSERK4、GmSERK9、GmSERK16和GmSERK25基因的表達(dá)模式相近，都在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段有較高的表達(dá)水平；而GmSERK2、GmSERK6、GmSERK7、GmSERK8僅在個(gè)別組織或階段有較低的表達(dá)；GmSERK5、GmSERK13、GmSERK14、GmSERK16、GmSERK20均在根中具有很高的表達(dá)水平，說(shuō)明不同的SERK基因家族成員具有不同的表達(dá)模式，這和其他物種中SERK基因的表達(dá)模式一致。蘋(píng)果MdSERK家族成員在根、木質(zhì)部、韌皮部、葉和根尖中均有表達(dá)，其中MdSERK1、MdSERK7在根尖的表達(dá)量較高，而MdSERK2/5、MdSERK6/11在韌皮部表達(dá)較高，MdSERK4、MdSERK12在木質(zhì)部和韌皮部表達(dá)較高，MdSERK3在根中的表達(dá)較高，MdSERK8、MdSERK9、MdSERK10在葉中的表達(dá)水平較高[7]；而擬南芥SERK家族基因AtSERK1和AtSERK2在莖、葉、花和果莢中均有表達(dá)，但在花和果莢中表達(dá)水平較高[18]。有研究表明SERK基因在植物生物和非生物脅迫調(diào)控途徑中發(fā)揮重要作用，因此本試驗(yàn)分析了鹽處理后部分GmSERK基因的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)GmSERK1/3、GmSERK4、GmSERK16基因的表達(dá)水平在鹽處理后上調(diào)，這和蘋(píng)果MdSERK4、MdSERK6/11、MdSERK10基因的表達(dá)模式一致，即MdSERK4、MdSERK6/11、MdSERK10基因也能夠被鹽脅迫誘導(dǎo)表達(dá)[7]。其中大豆GmSERK4、GmSERK16基因和蘋(píng)果MdSERK4在進(jìn)化關(guān)系上較近，GmSERK1/3與蘋(píng)果MdSERK6/11較近。此外，與大豆GmSERK4、GmSERK16基因和蘋(píng)果MdSERK4進(jìn)化關(guān)系較近的苜蓿MtSERK1基因表達(dá)水平在生長(zhǎng)素處理后表現(xiàn)出上調(diào)[2]，同樣蘋(píng)果MdSERK4基因表達(dá)也能被植物激素誘導(dǎo)[7]，推測(cè)大豆GmSERK4、GmSERK16基因可能也能被激素誘導(dǎo)表達(dá)。這說(shuō)明大豆SERK基因可能通過(guò)復(fù)雜的機(jī)制參與植物鹽脅迫適應(yīng)過(guò)程。而本研究也為進(jìn)一步研究SERK家族基因在大豆生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和環(huán)境適應(yīng)性方面的功能奠定了基礎(chǔ)。