玉米GLP家族基因鉴定及其响应丛枝菌根共生表达

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2025.03.011

植物研究 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (3): 406-418.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2025.03.011

玉米GLP家族基因鉴定及其响应丛枝菌根共生表达

春建惠¹, 董文龙¹, 屠元超¹, 刘芳¹(), 徐云剑²()

^1.云南大学农学院，昆明 650504
^2.云南大学生态与环境学院生物多样性研究院，植被结构功能与建造国家重点实验室，西南跨境生态安全教育部重点实验室，云南省植物繁殖适应与进化生态学重点实验室，昆明 650504

收稿日期:2024-12-02 出版日期:2025-05-20 发布日期:2025-05-23
通讯作者: 刘芳,徐云剑 E-mail:liufang0019@ynu.edu.cn;xuyunjian1992@ynu.edu.cn
作者简介:春建惠（1998—），女，学士，主要从事植物-微生物互作研究。
基金资助:
云南省科技计划项目(202401BF070001-002);云南省教育厅科学研究基金项目(KC-24248854)

Identification of the Maize GLP Family Genes and Their Expression in Response to Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis

Jianhui CHUN¹, Wenlong DONG¹, Yuanchao TU¹, Fang LIU¹(), Yunjian XU²()

^1.School of Agriculture，Yunnan University，Kunming 650504
^2.State Key Laboratory for Vegetation Structure，Functions and Construction，Ministry of Education Key Laboratory for Transboundary Ecosecurity of Southwest China，and Yunnan Key Laboratory of Plant Reproductive Adaptation and Evolutionary Ecology，Institute of Biodiversity，School of Ecology and Environmental Science，Yunnan University，Kunming 650504

Received:2024-12-02 Online:2025-05-20 Published:2025-05-23
Contact: Fang LIU, Yunjian XU E-mail:liufang0019@ynu.edu.cn;xuyunjian1992@ynu.edu.cn

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摘要/Abstract

摘要：

类萌发素蛋白（germin-like proteins，GLPs）是一类高度保守的胁迫响应蛋白，可特异性响应菌根共生。该研究基于玉米（Zea mays）B73全基因组信息，利用生物信息学方法对ZmGLP基因家族成员进行鉴定及特征分析，利用转录组数据分析ZmGLP基因在丛枝菌根真菌（AMF）共生下的表达模式。该研究鉴定了45个ZmGLP基因，它们分布于9条染色体上，存在25个串联复制基因；系统发育树将ZmGLP基因分为5个亚家族；不同ZmGLP基因组织表达模式存在较大差异。启动子顺式作用元件分析显示，ZmGLP基因启动子包含响应光、胁迫和生长发育相关的元件，ZmGLP4-8启动子含有菌根响应元件MYCS，20个ZmGLP基因启动子包含潜在的菌根响应元件GCCGGC；基于接种AMF后不同时间的玉米根部转录组数据，发现12个ZmGLP基因的表达在接种AMF后出现了显著变化；其中ZmGLP3-3、ZmGLP4-8、ZmGLP4-16、ZmGLP4-20、ZmGLP5-1、ZmGLP6-1在共生后期显著上调表达，且与已报道的共生相关GLP基因在不同的进化分支，暗示这些基因可能参与菌根共生后期相关的功能。ZmGLP3-3功能研究显示，相较于野生型玉米植株，突变体zmglp3-3菌根定殖率显著降低。综上，该研究为共生相关ZmGLP基因挖掘提供了理论基础。

关键词: 丛枝菌根真菌, 类萌发素蛋白, 基因家族, 菌根共生, 表达分析

Abstract:

Germin-like proteins （GLPs） are a class of highly conserved stress-responsive proteins that can specifically respond to symbiotic interactions. This study， based on the whole-genome information of maize B73， used bioinformatics approaches to identify and analyze the characteristics of the ZmGLP gene family. The expression patterns of ZmGLP genes during arbuscular mycorrhizal fungi（AMF） symbiosis were examined by using transcriptome data. This study identified a total of 45 ZmGLP genes， which were distributed across nine chromosomes， with 25 of the genes being tandem duplications. By analysis of a phylogenetic tree， ZmGLP genes were classified into five distinct subfamilies. Notably， there were significant differences in tissue expression patterns among different ZmGLP genes. Promoter cis-element analysis showed that ZmGLP promoters contained elements responsive to light， stress， and growth and development. Interestingly， the promoter of ZmGLP4-8 contained the mycorrhiza-responsive element MYCS， and 20 ZmGLP promoters contained the potential mycorrhiza-responsive element GCCGGC. Analysis of transcriptome data from maize roots at different days after inoculation with AMF revealed that the expression of 12 ZmGLP genes was significantly changed following inoculation with AMF. Among them， ZmGLP3-3， ZmGLP4-8， ZmGLP4-16， ZmGLP4-20， ZmGLP5-1， and ZmGLP6-1 were significantly upregulated in expression during the late stage of symbiosis. These genes were located in different evolutionary branches compared to the reported symbiosis-related GLP genes， suggesting that these genes may be involved in functions related to the late stage of mycorrhizal symbiosis. Functional studies of ZmGLP3-3 showed that， compared to wild-type maize plants， the mycorrhizal symbiosis rate of the mutant zmglp3-3 was significantly reduced. In summary， this study provided a comprehensive theoretical basis for the exploration of symbiosis-related ZmGLP genes in maize， offering insights into their potential roles and functions in plant-fungal interactions.

Key words: arbuscular mycorrhizal fungi, germin-like proteins, gene family, mycorrhizal symbiosis, expression analysis

中图分类号:

Q939

春建惠, 董文龙, 屠元超, 刘芳, 徐云剑. 玉米GLP家族基因鉴定及其响应丛枝菌根共生表达[J]. 植物研究, 2025, 45(3): 406-418.

Jianhui CHUN, Wenlong DONG, Yuanchao TU, Fang LIU, Yunjian XU. Identification of the Maize GLP Family Genes and Their Expression in Response to Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis[J]. Bulletin of Botanical Research, 2025, 45(3): 406-418.

图/表 7

表1

ZmGLP 基因家族成员信息

基因名称 Gene name	基因ID Gene ID	氨基酸数目 Number of amino acids/aa	相对分子量 Relative molecular weight/kDa	蛋白等电点 Theoretical pI	不稳定指数 Instability index（Ⅱ）	脂肪族氨基酸指数 Aliphatic index	平均疏水性 Average of hydropathicity	亚细胞定位 Subcellular localization
ZmGLP1-1	Zm00001eb005890	230	23.96	6.04	35.85	90.87	0.20	细胞壁
ZmGLP1-2	Zm00001eb040290	114	12.52	6.26	29.95	90.70	0.08	细胞壁
ZmGLP1-3	Zm00001eb040300	232	24.55	7.01	33.53	96.68	0.18	细胞壁
ZmGLP1-4	Zm00001eb053700	225	23.79	5.89	13.41	90.89	0.08	细胞壁
ZmGLP1-5	Zm00001eb061410	228	23.72	6.04	18.95	82.98	0.14	细胞壁
ZmGLP2-1	Zm00001eb070560	263	26.90	7.80	27.42	90.84	0.28	细胞壁
ZmGLP2-2	Zm00001eb088410	226	24.60	6.40	32.27	94.51	0.05	细胞壁
ZmGLP2-3	Zm00001eb095950	208	21.65	5.34	27.25	86.44	0.32	细胞壁
ZmGLP3-1	Zm00001eb129440	218	22.82	6.57	32.98	85.55	0.20	细胞壁
ZmGLP3-2	Zm00001eb140880	208	21.34	5.59	49.81	90.58	0.13	细胞壁
ZmGLP3-3	Zm00001eb155450	220	22.95	5.88	32.98	86.95	0.33	细胞壁
ZmGLP4-1	Zm00001eb171490	157	16.92	6.25	19.75	96.24	0.09	细胞壁
ZmGLP4-2	Zm00001eb171500	228	24.81	7.77	24.61	94.12	0.03	细胞壁
ZmGLP4-3	Zm00001eb171510	228	24.80	7.77	26.54	92.81	0.02	细胞壁
ZmGLP4-4	Zm00001eb171520	228	24.64	6.50	25.51	92.41	0.03	细胞壁
ZmGLP4-5	Zm00001eb171530	229	24.77	6.28	26.18	94.59	0.05	细胞壁
ZmGLP4-6	Zm00001eb171540	229	24.79	6.28	24.75	92.88	0.02	细胞壁
ZmGLP4-7	Zm00001eb171550	228	24.64	6.89	26.12	95.00	0.08	细胞壁
ZmGLP4-8	Zm00001eb171560	127	13.89	6.96	30.13	86.06	-0.13	细胞壁
ZmGLP4-9	Zm00001eb171570	228	24.61	6.50	26.55	93.29	0.05	细胞壁
ZmGLP4-10	Zm00001eb171580	229	24.78	6.57	23.89	94.15	0.06	细胞壁
ZmGLP4-11	Zm00001eb171590	209	22.78	9.21	25.83	93.78	-0.06	细胞壁
ZmGLP4-12	Zm00001eb171600	228	24.55	6.27	25.00	94.12	0.05	细胞壁
ZmGLP4-13	Zm00001eb171610	228	24.57	6.57	24.79	94.12	0.05	细胞壁
ZmGLP4-14	Zm00001eb171620	193	20.94	6.30	31.98	100.98	-0.04	细胞壁
ZmGLP4-15	Zm00001eb171630	229	24.79	6.57	26.11	92.88	0.04	细胞壁
ZmGLP4-16	Zm00001eb171640	228	24.72	6.96	26.92	93.29	0.03	细胞壁
ZmGLP4-17	Zm00001eb171650	228	24.52	6.50	24.21	94.56	0.07	细胞壁
ZmGLP4-18	Zm00001eb171660	222	23.82	6.89	24.34	96.26	0.12	细胞壁
ZmGLP4-19	Zm00001eb197900	257	28.02	5.83	39.10	85.37	0.24	细胞壁
ZmGLP4-20	Zm00001eb202970	218	23.25	6.88	20.79	91.74	0.27	细胞壁
ZmGLP5-1	Zm00001eb232890	224	23.09	7.74	25.23	94.20	0.31	细胞壁
ZmGLP5-2	Zm00001eb242750	234	24.58	6.52	32.21	83.08	0.06	细胞壁
ZmGLP6-1	Zm00001eb282040	212	21.89	6.01	23.72	102.12	0.53	细胞壁
ZmGLP6-2	Zm00001eb287560	227	23.25	5.11	28.34	100.22	0.49	细胞壁
ZmGLP6-3	Zm00001eb294140	215	22.44	5.89	24.18	104.33	0.44	细胞壁
ZmGLP7-1	Zm00001eb301380	231	23.57	8.58	33.12	97.66	0.33	细胞壁
ZmGLP8-1	Zm00001eb332460	214	22.36	6.57	30.74	86.68	0.18	细胞壁
ZmGLP8-2	Zm00001eb362850	226	23.38	6.89	42.54	93.76	0.22	细胞壁
ZmGLP10-1	Zm00001eb413180	226	24.63	6.18	20.73	93.19	-0.05	细胞壁
ZmGLP10-2	Zm00001eb413190	226	24.69	6.18	27.33	92.74	0	细胞壁
ZmGLP10-3	Zm00001eb413210	227	24.70	6.04	25.19	94.49	0	细胞壁
ZmGLP10-4	Zm00001eb413250	225	24.30	6.03	25.04	94.09	0.15	细胞壁
ZmGLP10-5	Zm00001eb413260	225	24.25	6.28	29.02	94.09	0.16	细胞壁
ZmGLP10-6	Zm00001eb419900	227	24.68	6.90	31.57	94.49	0.07	细胞壁

表1

图1

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 39

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玉米GLP家族基因鉴定及其响应丛枝菌根共生表达

Identification of the Maize GLP Family Genes and Their Expression in Response to Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis

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图/表 7

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