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首页 > 过刊浏览>年第0卷第4期 >. DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20251208003 优先出版
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铁皮石斛PME和PMEI基因家族鉴定及表达分析
DOI:
10.13430/j.cnki.jpgr.20251208003
CSTR:
作者:
作者单位:

国际竹藤中心

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国际竹藤中心基本科研业务费专项资助(1632023010);新疆生产建设兵团重点领域科技攻关项目(2024AB027)


Genome-wide Identification and Expression Analysis of PME and PMEI Gene Family in Dendrobium Officinale
Author:
Affiliation:

Key Laboratory of Bamboo and Rattan Science and Technology,National Forestry and Grassland Administration,International Center for Bamboo and Rattan

Fund Project:

Basic Research Fund of the International Center for Bamboo and Rattan(1632023010);Key Research and Development Program in Priority Areas of the Xinjiang Production and Construction Corps(2024AB027)

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    摘要:

    铁皮石斛(Dendrobium officinale)是一种重要的药食同源植物,其茎部富含多糖等活性成分,具有极好的滋阴润肺、增强免疫力等功效。植物果胶甲酯酶(Pectin Methylesterase,PME)是一类能够催化果胶去甲基化的关键酶,参与植物细胞壁的调控、植物生长发育及应对环境胁迫等重要生理过程,其活性受果胶甲酯酶抑制子(Pectin Methylesterase Inhibitor,PMEI)的精细调控。因此探索铁皮石斛中PME和PMEI基因家族的特征与功能对于提高该植物的药用价值和抗逆境能力具有重要意义。本研究基于铁皮石斛染色体水平基因组数据,结合两种鉴定方法,共鉴定出46个DoPMEs基因(其中Ⅰ型33个,Ⅱ型13个)和31个DoPMEIs基因。系统发育分析表明,DoPMEs可分为Clade A、B、C、D四个类群;DoPMEIs可分为Clade A、B、C三个类群。结合结构域、Motif和基因结构分析可知各亚族内基因的结构较为保守。种内和种间共线性分析结果显示,铁皮石斛两类基因家族也符合兰科植物早期分化到长期独立演化,再到近缘物种内稳定保守的演化路径。通过定量PCR和表达分析发现,DoPMEs和DoPMEIs基因在不同组织和发育阶段中表现出不同的表达模式,且主要在根和花及多年生茎中表达量最高。本研究首次对铁皮石斛DoPMEs和DoPMEIs基因家族进行了系统的家族分析,为深入了解铁皮石斛PME基因家族的功能提供了基础数据,并为其抗逆性改良和药效提升提供了潜在的遗传资源。

    Abstract:

    Dendrobium officinale is a medicinal orchid renowned for its rich polysaccharide content and significant health benefits, such as nourishing Yin, moistening the lungs, and enhancing immunity. Pectin methylesterase (PME), a key enzyme catalyzing pectin demethylation, plays critical roles in plant cell wall modification, growth, development, and stress responses. The activity of PME is finely regulated by pectin methylesterase inhibitors (PMEIs). Investigating the characteristics and functions of the PME gene family in D. officinale is essential for improving its medicinal value and stress resilience. This study based on chromosome-level genome data of D. officinale,systematically identified the PME and PMEI gene family in D. officinale using a combined approach, revealing 46 DoPME (33 were classified as type I and 13 as type II) and 31 DoPMEI genes. Phylogenetic analysis grouped DoPMEs into four clades (A–D) and DoPMEIs into three clades (A–C). Conservation within clusters was supported by analyses of domains, motifs, and gene structures. Syntery analysis indicated that the evolutionary trajectory of these gene families aligns with early divergence followed by prolonged independent evolution in orchids, culminating in stability among closely related species. Expression profiling via qRT-PCR demonstrated tissue- and developmental stage-specific patterns, with the highest expression levels observed in roots, flowers, and perennial stems. This study provides the first comprehensive analysis of the DoPME and DoPMEI gene in D. officinale, offering foundational insights into their biological functions and potential genetic resources for enhancing stress tolerance and medicinal quality.

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  • 收稿日期:2025-12-08
  • 最后修改日期:2026-01-13
  • 录用日期:2026-01-16
  • 在线发布日期: 2026-01-30
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