黃瓜MATE家族基因鑒定及其響應(yīng)根結(jié)線蟲和白粉病菌侵染表達(dá)分析

朱楚霞，廖偉民，劉建萍，胡朝陽，劉世強，周 勇

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院/江西省農(nóng)業(yè)微生物資源開發(fā)與利用工程實驗室，江西 南昌 330045）

【研究意義】植物在自身生長以及適應(yīng)環(huán)境的過程中，需要從外界攝取營養(yǎng)以及產(chǎn)生一系列的代謝物質(zhì)，這些物質(zhì)的運輸需要多種轉(zhuǎn)運蛋白共同完成。多藥和有毒化合物排出（multidrug and toxic compound extrusion，MATE）轉(zhuǎn)運蛋白廣泛存在于動物、植物以及微生物中，參與各種外來營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的運輸?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】第一個MATE 蛋白于1998 年在副溶血弧菌中發(fā)現(xiàn)[1]，隨后在不同的動植物中也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。但是動物中通常只含有少量的MATE成員，植物中MATE成員的數(shù)量則遠(yuǎn)多于其他生物[2-3]。迄今為止，已在水稻（Oryza sativa）[4]、玉米（Zea mays）[5]、擬南芥（Arabidopsis thaliana）[4,6]、大豆（Glycine max）[7]、蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）[8]、番茄（Solanum lycopersicum）[9]、土豆（Solanum tuberosum）[10-11]、辣椒（Capsicum annuum）[10]、煙草（Nicotiana tabacum）[12]、陸地棉（Gossypium hirsutum）、雷蒙德氏棉（G.raimondii）和亞洲棉（G.arboreum）[13-15]等植物中對MATE基因家族進(jìn)行了鑒定分析。這些結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物MATE蛋白通常由400～700個氨基酸組成，普遍含有12個跨膜螺旋結(jié)構(gòu)，少數(shù)含有8～13個跨膜結(jié)構(gòu)[9]?！颈狙芯壳腥朦c】大量研究結(jié)果表明：MATE 蛋白廣泛參與植物器官發(fā)育、離子轉(zhuǎn)運、次生代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運和累積等過程。如擬南芥AtALF5 是第一個被發(fā)現(xiàn)的植物MATE 轉(zhuǎn)運蛋白，主要在根中表達(dá)，參與擬南芥?zhèn)雀男纬梢约案刀舅氐慕舛具^程[16]。AtDTX1 可將有毒物質(zhì)（鎘、黃連素、諾氟沙星等）外排，并參與細(xì)胞次級代謝產(chǎn)物的運輸[17]。TRANSPARENT TESTA12（TT12）是第一個被發(fā)現(xiàn)可以運輸黃酮的MATE蛋白，參與擬南芥種子液泡中花青素合成物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，調(diào)控花青素的合成與積累[18]。擬南芥AtFRD3具有檸檬酸外排活性，對鐵離子在花粉粒和胚胎中的運輸調(diào)控有重要作用[19]，還參與鋅離子與錳離子的動態(tài)平衡[20]。水稻基因組中存在4個與擬南芥AtFRD3同源的基因，其中OsFRDL1在鐵以鐵-檸檬酸鹽的形式向地上部有效運輸過程中發(fā)揮重要作用。OsFRDL1的敲除突變不僅會造成葉片黃化，葉片中鐵的含量降低[21]，還會降低花粉活性和籽粒育性[22]。另外，一些來自不同物種的MATE 蛋白，如高粱SbMATE[23]、大麥HvAACT1[24]，蕎麥FeMATE1[25]，野生大豆GsMATE[26]，玉米ZmMATE1 和ZmMATE6 等[27]，參與鋁誘導(dǎo)的根系檸檬酸分泌，以此參與植物的鋁解毒過程。此外，植物MATE蛋白還參與調(diào)控生長素[28]、脫落酸[29-30]、水楊酸[31-32]等介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑?！緮M解決的關(guān)鍵問題】黃瓜作為全球廣泛種植的瓜類蔬菜作物之一，因其口感清脆、營養(yǎng)豐富、熱量低等特點深受消費者的喜愛。但是在黃瓜的生長發(fā)育過程中，極易受到根結(jié)線蟲和白粉病等生物脅迫的危害，嚴(yán)重影響黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。在本研究中，利用生物信息學(xué)方法對黃瓜MATE基因家族成員進(jìn)行鑒定，并對它們的蛋白理化性質(zhì)、系統(tǒng)發(fā)育、基因結(jié)構(gòu)、組織與脅迫表達(dá)模式等進(jìn)行分析，以期為挖掘黃瓜中重要的生物脅迫調(diào)控基因和探索MATE家族基因的具體功能提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 黃瓜MATE家族成員的鑒定、染色體定位及蛋白理化性質(zhì)分析

在Pfam數(shù)據(jù)庫（http://pfam.xfam.org/search#tabview=tab1）中下載MATE結(jié)構(gòu)域（PF01553）的隱馬爾科夫模型（Hidden Markov Model，HMM），利用HMMER3.0 軟件搜索黃瓜全基因組蛋白序列，得到黃瓜MATE基因的候選蛋白，通過PFAM 和SMART（http://smart.embl-heidelberg.de）預(yù)測篩選具有MATE 結(jié)構(gòu)域的蛋白即為黃瓜MATE家族成員。

在黃瓜基因組數(shù)據(jù)庫（CuGenDB，http://cucurbitgenomics.org/organism/2）中查詢黃瓜MATE基因家族的基因在染色體上的位置及長度，采用TBtools 軟件繪制染色體定位圖。此外，運用MCScanX 軟件對黃瓜全基因組進(jìn)行共線性分析，確定黃瓜物種全基因組的共線性區(qū)域，從其中篩選得到MATE 家族成員區(qū)域，最后利用TBtools軟件繪制黃瓜MATE家族共線性基因的位置關(guān)系圖。

在黃瓜全基因組數(shù)據(jù)庫中下載MATE 家族成員的gDNA 序列、編碼序列（CDS 序列）、以及編碼的蛋白序列。通過Expasy 在線分析軟件中的ProtParam 工具（https://web.expasy.org/protparam/）預(yù)測黃瓜MATE 家族成員蛋白質(zhì)的氨基酸長度（amino acids length）、相對分子量（molecular weight，MW）、等電點（isoelectric point，pI）以及總平均親水值（grand average of hydropathicity，GRAVY）。利用Plant-mPLoc（http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）網(wǎng)站預(yù)測黃瓜MATE蛋白的亞細(xì)胞定位。

1.2 黃瓜MATE成員系統(tǒng)發(fā)育及保守基序分析

在MAFFT 在線軟件（https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/mafft/）中提交黃瓜MATE 蛋白序列，采用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行比對，將比對結(jié)果導(dǎo)入MEGA7.0 中進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建。在MEME 網(wǎng)站（https://meme-suite.org/meme/tools/meme）提交黃瓜MATE 蛋白序列，運行默認(rèn)參數(shù)，將最大基序數(shù)目設(shè)置為10，分析保守基序的分布。

1.3 黃瓜MATE基因結(jié)構(gòu)及啟動子順式作用元件分析

在黃瓜基因組數(shù)據(jù)庫下載黃瓜基因序列信息，利用TBtools 軟件將基因結(jié)構(gòu)的結(jié)果可視化[33]。利用TBtools軟件提取黃瓜MATE基因起始密碼子上游2.0 kb的DNA序列，并提交至PlantCARE 數(shù)據(jù)庫（http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）中，分析黃瓜MATE家族基因啟動子區(qū)域內(nèi)與生長發(fā)育、激素響應(yīng)以及脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件。

1.4 基于轉(zhuǎn)錄組的黃瓜MATE基因表達(dá)分析

從NCBI 數(shù)據(jù)庫中下載黃瓜組織（根、莖、葉、雄花、雌花、子房和卷須等，編號為PRJNA80169）[34]、華北型黃瓜（Chinese Long）南方根結(jié)線蟲高感和野生角瓜（Cucumis metuliferus），南方根結(jié)線蟲高抗，接種南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）3 d（編號為PRJNA707668）[35]、以及D8（高感白粉病受體親本）和SSL508-28（高抗白粉病且能穩(wěn)定遺傳的片段代換系）接種白粉病菌（Sphaerotheca fuliginea）48 h（編號為GSE81234）[36]的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，分析黃瓜MATE基因的組織和脅迫表達(dá)模式。根據(jù)之前的文獻(xiàn)方法，將基因表達(dá)數(shù)據(jù)以log（2TPM+1）值表示[37]，然后利用TBtools軟件繪制基因表達(dá)熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜MATE家族的鑒定、染色體定位以及蛋白理化性質(zhì)分析

通過HMMER3.0 軟件以及功能域分析驗證得到47 個黃瓜MATE家族基因，并根據(jù)其在染色體上的位置分布，將它們命名為CsMATE1～CsMATE47（表1），它們在黃瓜7條染色體上分布不均（圖1）。其中黃瓜第1號染色體上分布的MATE基因最多，數(shù)量為10個，第3、4、6號染色體上分布的基因較少，分別為5、4、5個，第2條染色體上有7個，第7號染色體上有8個MATE基因。

表1 黃瓜MATE家族成員信息Tab.1 The information of MATE family members in cucumber

續(xù)表Continued tab.

為了進(jìn)一步了解MATE基因家族成員中的復(fù)制關(guān)系，利用MCscanX 軟件對黃瓜全基因組進(jìn)行共線性分析。黃瓜基因組共線性結(jié)果分析可得，黃瓜MATE家族基因存在5 個片段重復(fù)（CsMATE4與Cs-MATE31、CsMATE10與CsMATE11、CsMATE16與CsMATE37、CsMATE18與CsMATE28、CsMATE21與Cs-MATE47）。此外，17個CsMATE基因存在串聯(lián)復(fù)制事件，形成了6個基因簇（圖1）。

圖1 黃瓜MATE家族成員染色體定位分析Fig.1 Chromosome location analysis of MATE family members

黃瓜MATE家族蛋白理化性質(zhì)結(jié)果表明，CsMATE 蛋白由129個（CsMATE20）～602（CsMATE40）個氨基酸殘基組成，蛋白分子量在14.63（CsMATE20）～64.57 ku（CsMATE40）不等，等電點在4.7（CsMATE28）～9.42（CsMATE12）內(nèi)廣泛分布，根據(jù)蛋白親疏水性分析可知CsMATE 蛋白的GRAVY 值全部為正數(shù)，表明CsMATE 蛋白全部為疏水蛋白。利用Plant-mPLoc 網(wǎng)站對黃瓜MATE 蛋白成員進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測，結(jié)果表明，大多數(shù)CsMATE 蛋白定位于細(xì)胞膜，少數(shù)CsMATE 蛋白定位于細(xì)胞膜和葉綠體（CsMATE4、Cs-MATE17、CsMATE43、CsMATE44），另外CsMATE28定位于細(xì)胞膜和細(xì)胞核。

2.2 黃瓜MATE蛋白保守基序分析

為了解黃瓜MATE 家族蛋白的保守性，利用MEME 在線網(wǎng)站分析得到保守基序的分布。一共鑒定到了10 個保守基序，命名為motif 1～motif 10，其中motif 6、motif 2、motif 8、motif 5 位于CsMATE 蛋白的N端，而motif 9、motif 3、motif 4、motif 10、motif 1、motif 7 位于CsMATE 蛋白的C 端（圖2）。結(jié)合進(jìn)化分析結(jié)果，Group A、Group C和Group D的大多數(shù)成員含有motif 1～motif 10，而Group B的所有成員均只含有少量的保守基序。在Group A 中，CsMATE22、CsMATE46、CsMATE36、CsMATE29 不含motif 5；在Group D 中，CsMATE20 僅含3 個基序（motif 2、motif 5 和motif 8）。此外，CsMATE44 蛋白的N 端出現(xiàn)了一個motif 5 的復(fù)制，暗示CsMATE44 可能具有特殊的功能（圖2）。Group B 中的所有成員含有的基序種類少，其中Cs-MATE15 和CsMATE25 僅含motif 6。Group C 中的CsMATE1 僅含有N 端的4 個保守基序（motif 6、motif 2、motif 8、motif 5），而CsMATE2、CsMATE12和CsMATE19則正好相反，只含有C端的保守基序（圖2）。

圖2 黃瓜MATE家族成員系統(tǒng)進(jìn)化及蛋白質(zhì)保守結(jié)構(gòu)分析Fig.2 Phylogenetic relationship and conservative structure analysis of MATE family members in cucumber

2.3 黃瓜MATE基因結(jié)構(gòu)分析

從黃瓜基因組數(shù)據(jù)庫下載黃瓜基因的序列信息，利用TBtools 對基因結(jié)構(gòu)可視化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除Cs-MATE10、CsMATE11、CsMATE18、CsMATE28、CsMATE29不含內(nèi)含子外，其余CsMATE基因都含有1～14 個內(nèi)含子（圖3）。結(jié)合黃瓜MATE 蛋白進(jìn)化分析，Group A 中具有較少的內(nèi)含子（0～2 個），Group C 和Group D內(nèi)含子分布較均勻（1～8個），Group B具有較多的內(nèi)含子（2～14個），且親緣關(guān)系較近的成員具有相似的基因結(jié)構(gòu)。

圖3 黃瓜MATE家族成員系統(tǒng)進(jìn)化及基因結(jié)構(gòu)分析Fig.3 Phylogenetic relationship and gene structure analysis of MATE family members in cucumber

2.4 黃瓜MATE家族啟動子區(qū)域順式作用元件分析

為研究CsMATE基因的潛在的生物學(xué)功能，利用PlantCARE數(shù)據(jù)庫分析CsMATE基因啟動子序列，并篩選得到7 種、11種和13種分別與生長發(fā)育、激素響應(yīng)以及脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件（圖4）。在生長發(fā)育順式作用元件中，as-1 的數(shù)量明顯多于其它的元件（其中CsMATE8含有4 個）。在脅迫響應(yīng)元件中，MYB 和ARE 在CsMATE基因中出現(xiàn)頻率最高，這表明CsMATE在抗旱和厭氧誘導(dǎo)中可能發(fā)揮重要作用。在激素響應(yīng)元件中，ABRE、ERE、TCA-element、AuxRR-core 和TGA-element 以及TATC-box 等元件與ABA、乙烯、MeJA、水楊酸、生長素和赤霉素等激素反應(yīng)密切相關(guān)，其中ARE和ERE廣泛分布在較多的MATE成員中。這些結(jié)果表明，CsMATE基因可能參與黃瓜脅迫響應(yīng)和激素應(yīng)答過程。

圖4 CsMATE基因啟動子順式作用元件分析Fig.4 Cis-regulatory elements analysis of CsMATE promoter regions

2.5 黃瓜MATE基因在不同組織中的表達(dá)模式

分析了CsMATE各成員在7 個不同組織（根、莖、葉、雄花、雌花、子房、卷須）的表達(dá)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：47 個CsMATE基因在至少一個組織均檢測到表達(dá)（TPM 值＞1，圖5）。其中，一共有16 個基因（CsMATE3、CsMATE5、CsMATE6、CsMATE8、CsMATE13、CsMATE14、CsMATE15、CsMATE24、CsMATE25、CsMATE26、Cs-MATE33、CsMATE34、CsMATE36、CsMATE40、CsMATE45和CsMATE47等）在7 個組織中均檢測到表達(dá)。一些CsMATE基因的表達(dá)量呈現(xiàn)明顯的組織特異性。如CsMATE9僅在葉中有明顯的表達(dá)，CsMATE35僅在雄花中檢測到表達(dá)，而CsMATE10、CsMATE11、CsMATE18、CsMATE22、CsMATE28和CsMATE31在根中特異表達(dá)，表明它們與這些組織的發(fā)育密切相關(guān)。此外，一部分CsMATE基因，如CsMATE5、CsMATE7、CsMATE8、CsMATE15、CsMATE32、CsMATE35、CsMATE36、CsMATE39、CsMATE41和CsMATE44等，在雄花和雌花中的表達(dá)量存在明顯的差異（圖5）。值得注意的是，一些CsMATE基因在卷須中的表達(dá)量明顯高于其它組織，如CsMATE5、CsMATE12、CsMATE16、CsMATE33、CsMATE41、CsMATE42和CsMATE44等，表明這些MATE基因可能參與黃瓜的卷須發(fā)育。

圖5 黃瓜CsMATE基因組織表達(dá)譜Fig.5 Tissue expression profiles of cucumber CsMATE genes

2.6 黃瓜MATE基因在根結(jié)線蟲和白粉病菌侵染下的表達(dá)分析

根據(jù)前人關(guān)于黃瓜根結(jié)線蟲和白粉病菌侵染下表達(dá)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，得到黃瓜MATE基因在兩種生物脅迫下的表達(dá)熱圖，如圖6 所示。結(jié)果表明，在RKN 高感Q24（華北型黃瓜Chinese Long）中，CsMATE11、CsMATE30的表達(dá)量明顯上升，而CsMATE16的表達(dá)量明顯降低，其余基因的表達(dá)沒有明顯的差異（圖6A）。而在RKN 高抗CM（野生角瓜Cucumis metuliferus）中，CsMATE6、CsMATE8、CsMATE10、Cs-MATE13、CsMATE15、CsMATE17、CsMATE18、CsMATE23、CsMATE26、CsMATE28、CsMATE31、CsMATE32、CsMATE33、CsMATE43和CsMATE45基因的表達(dá)量明顯升高，CsMATE22和CsMATE47的表達(dá)量則明顯降低（圖6A）。

圖6 黃瓜MATE基因在根結(jié)線蟲（A）和白粉病處理（B）下的表達(dá)分析Fig.6 Expression analysis of cucumber MATE genes under root-knot nematode（RKN）（A）and powdery mildew infection（B）

白粉病是影響黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素之一，筆者同時分析了黃瓜MATE基因在白粉病菌接種后表達(dá)量的變化，結(jié)果如圖6B 所示。在感性品種D8 接種白粉病菌后，共有11 個CsMATE成員（CsMATE5、CsMATE6、CsMATE7、CsMATE8、CsMATE23、CsMATE25、CsMATE28、CsMATE32、CsMATE39、CsMATE41、Cs-MATE45）的表達(dá)量明顯升高，而CsMATE1和CsMATE3的表達(dá)量在接種后明顯降低（圖6B）。在抗性品種SSL508-28 中，共有9 個CsMATE成員（CsMATE6、CsMATE7、CsMATE10、CsMATE17、CsMATE24、Cs-MATE25、CsMATE26、CsMATE28、CsMATE45）的表達(dá)量在接種后明顯上升，而沒有發(fā)現(xiàn)表達(dá)量明顯降低的CsMATE基因（圖6B）。

3 討論

MATE基因家族是植物中最大的次級轉(zhuǎn)運蛋白家族之一，近年來已在很多物種中得到鑒定，但在黃瓜中的研究還未報道。本研究在黃瓜全基因組中鑒定出47 個編碼MATE 蛋白的基因（表1），它們在黃瓜的7 條染色體上均有分布（圖1）。通過構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，可將CsMATE 蛋白分為4 類：Group A～Group D（圖1）。其中，同源性較高的CsMATE 成員具有相似的保守基序分布和基因結(jié)構(gòu)（圖2，圖3），推測它們的功能具有相似性。前人也將MATE 家族分為4 個亞家族，而且發(fā)現(xiàn)同一亞家族的某些成員具有相同或相似的結(jié)構(gòu)和功能[5,13]。此外，與擬南芥（56 個）[4]、土豆（60 個）[10]、番茄（67 個）[9]、陸地棉（72 個）[13]、大豆（117 個）[7]、煙草（138 個）[12]等植物相比，黃瓜MATE基因家族成員數(shù)量明顯偏少，這可能是由于基因復(fù)制引起的。如擬南芥有10 個AtMATE基因（占比17.9%）存在片段重復(fù)，有20 個AtMATE基因存在串聯(lián)復(fù)制（占比35.7%）[4]。大豆中更是有82%的MATE基因存在基因復(fù)制事件，其中21%的基因存在串聯(lián)復(fù)制，61%的存在片段重復(fù)[7]。在本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)黃瓜CsMATE基因存在6 個串聯(lián)復(fù)制和5 個片段重復(fù)事件，涉及到25 個CsMATE基因，占比53.2%（圖1），低于擬南芥和大豆等植物。因此，基因復(fù)制事件的差異是不同植物中含有數(shù)量不等MATE基因成員的主要原因之一，從而使基因功能具有特異性和多樣性。

為了研究CsMATE基因的潛在功能，筆者首先分析了CsMATE啟動子區(qū)域的順式作用元件，共鑒定出7 個與生長發(fā)育相關(guān)的順式作用元件（圖4）。進(jìn)一步的組織表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，很多CsMATE基因的表達(dá)具有組織特異性（圖5），暗示它們可能在不同組織中發(fā)揮不同作用，這與前人的研究結(jié)果相符[3]。如CsMATE9僅在葉片中檢測到表達(dá)，暗示其參與葉片的發(fā)育或參與某些次級代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運。之前在擬南芥中的研究也發(fā)現(xiàn)，ELS1參與調(diào)控葉片衰老進(jìn)程和鐵離子的動態(tài)平衡[38]；AtEDS5定位于葉綠體內(nèi)膜，參與葉綠體中水楊酸的排出[32,39]。煙草NtJAT2參與轉(zhuǎn)運生物堿，可以將根中長途運輸而來的尼古丁轉(zhuǎn)運至葉片液泡中積累[40]。此外，一些CsMATE基因在雄花和雌花中的表達(dá)量存在明顯的差異，或在子房中有明顯的表達(dá)（圖5），暗示著它們參與黃瓜花的發(fā)育甚至調(diào)控果實的發(fā)育進(jìn)程。在水稻中，DG1編碼一個MATE轉(zhuǎn)運蛋白，在節(jié)和小花軸參與調(diào)控ABA從葉片到穎果的長距離運輸，從而促進(jìn)高溫下水稻籽粒的正常灌漿[41]。最近的研究表明水稻TGW12a也編碼一個MATE 蛋白，該基因外顯子和剪接位點的突變會導(dǎo)致粒型和粒重的變化，表明它是一個調(diào)控水稻粒型和粒重的關(guān)鍵基因[42]。此外，還有6個CsMATE基因（CsMATE10、CsMATE11、CsMATE18、CsMATE22、CsMATE28和CsMATE31）僅在根中特異表達(dá)（圖5），推測這些基因主要在根中發(fā)揮作用。之前的研究也發(fā)現(xiàn)擬南芥AtALF5主要在根中表達(dá)，其突變體會影響側(cè)根的形成，并提升根對多種抑制化合物的敏感性[16]。高粱SbMATE可調(diào)控鋁毒脅迫下高粱根尖的檸檬酸分泌，檸檬酸和蘋果酸等有機酸的轉(zhuǎn)運與植物耐受鋁脅迫程度呈正相關(guān)[23,43]；在大麥中表達(dá)SbMATE也能提升轉(zhuǎn)基因植株耐鋁毒的能力[44]。百脈根（Lotus japonicus）LjMATE1也編碼一個檸檬酸轉(zhuǎn)運蛋白，在根瘤中特異表達(dá)，參與將鐵離子從根轉(zhuǎn)運到根瘤的過程[45]。野生大豆（Glycine soja）GsMATE在根中的表達(dá)量明顯高于其它組織，過表達(dá)GsMATE的轉(zhuǎn)基因擬南芥其耐鋁毒的能力也顯著增強[26]。因此，黃瓜Cs-MATE基因的特異組織表達(dá)模式表明它們可能在某些次級代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運、葉片的生長與衰老，以及根、花和果實等器官的發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。

黃瓜對逆境的響應(yīng)能力直接影響其產(chǎn)量與品質(zhì)，因而在黃瓜中挖掘逆境脅迫響應(yīng)基因顯得尤為重要。之前的研究表明不同植物的MATE基因能廣泛參與調(diào)控各種生物逆境脅迫。如擬南芥eds5突變體在致病菌侵染的過程中表現(xiàn)出抗性下降，且抗性的下降可能是由于水楊酸外排減少所導(dǎo)致[31,46]。另一個基因AtADS1則負(fù)調(diào)控水楊酸的積累和同源致病相關(guān)基因1（Pathogenesis-Related 1，PR1）的表達(dá)，過表達(dá)AtADS1轉(zhuǎn)基因植株中的水楊酸含量明顯下降[47]。在本研究中，筆者在CsMATE啟動子區(qū)域分別鑒定出11個與激素響應(yīng)相關(guān)和13個與脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件（圖4）。之前在不同植物中的研究結(jié)果也表明MATE基因家族成員起始密碼子的上游存在著多種與激素和脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件[7,10,48]。因此，CsMATE基因可能在黃瓜響應(yīng)逆境脅迫中發(fā)揮重要作用。為了解黃瓜MATE基因家族成員在生物逆境中的潛在功能，筆者分析了CsMATE基因在根結(jié)線蟲和白粉病菌侵染下的表達(dá)模式。結(jié)果表明在RKN 侵染后的高感Q24 和高抗CM 中，分別有3 個和17 個CsMATE基因的表達(dá)量發(fā)生明顯的變化（圖6A）。在這些基因中，有8個CsMATE基因（CsMATE15、CsMATE22、CsMATE23、CsMATE30、CsMATE31、Cs-MATE33、CsMATE43、CsMATE45）的表達(dá)量在未被RKN侵染的高感Q24和高抗CM中存在明顯的差異（圖6A）。因此，這些差異基因可能在黃瓜響應(yīng)RKN 侵染過程中發(fā)揮重要作用。此外，一些CsMATE基因的表達(dá)量在接種白粉病后發(fā)生明顯的變化，暗示著它們可能參與黃瓜白粉病的調(diào)控過程（圖6B）。其中Cs-MATE6、CsMATE7、CsMATE25、CsMATE28、CsMATE45的表達(dá)量在感性品種D8 和抗性品種SSL508-28 接種白粉病后均有明顯的上升（圖6B），說明這些基因可能作為白粉病抗性基因，在后續(xù)黃瓜抗白粉病分子育種中具有重要的應(yīng)用價值。