葡萄蔗糖转化酶基因家族的生物信息学及响应逆境胁迫分析

刘 铭,杨尚雯,马维峰,卢世雄,梁国平,毛 娟

(甘肃农业大学 园艺学院,兰州 730070)

植物非生物胁迫包括温度、盐、水分、UV辐射和重金属等多种类型,这些将引起植物细胞膜损伤、电解质渗漏、遗传物质和蛋白质结构变性、酶促反应紊乱、代谢活动失调,导致植物生长发育不良,严重时甚至导致死亡[1-2]。作为对胁迫条件的一种适应性应激反应,植物会通过增加相容性溶质(如蔗糖、果糖、葡萄糖以及脯氨酸)的积累而提高胁迫环境下的存活。在植物中,糖的积累可以维持植物细胞中的水分平衡,同时不影响细胞的正常生理代谢,这种现象称为渗透调节。在非生物胁迫下,渗透调节可以延长细胞生命力从而维持植物的正常生长,并增加其对活性氧的清除能力。光合作用产生的碳水化合物一部分以淀粉的形式储存,一部分被转运到异养器官中保证正常的生长代谢[3-6]。蔗糖是短期非生物胁迫后积累的必需分子,与植物的非生物胁迫耐性呈正相关。研究发现在非生物胁迫下,当光合作用减弱时,淀粉转化为蔗糖作为能量供应以支持植物的生长[7],但在利用前需被蔗糖转化酶(invertase)或蔗糖合酶裂解成葡萄糖基和果糖基,因此INV被认为是植物体内调节蔗糖代谢的关键酶之一[8]。

根据在细胞器中行使的功能和最适pH值,蔗糖转化酶(INV)可分为细胞壁蔗糖转化酶(CwINV)、细胞质蔗糖转化酶(CINV)和液泡蔗糖转化酶(VINV)[9]。尽管VINV和CwINV位于不同的区室,但它们具有共同的生化特性,例如两者pH 在 4.5～5.5时能最有效地裂解蔗糖,因此VINV和CwINV被称为β-呋喃果糖苷酶[10],也将其称为酸性转化酶;与VINV和CwINV不同,CINV在中性/碱性最佳pH值为7.0～7.8时会水解胞质溶胶中的蔗糖,且缺乏N-端信号肽,无糖基化[11],也无β-呋喃果糖苷酶[12],将这种转化酶称为碱性转化酶。CwINV对于花、种子和果实的发育是必不可少的[9],尤其对植物生殖发育极为重要,从烟草克隆的CwINVNin88在花药中特异性表达,特别是在发育中的小孢子和周围的绒毡层,CwINVNin88的花药特异性阻遏了花粉发育,从而导致雄性不育[13];VINV是己糖积累和细胞扩增的关键调节剂[9],例如,家养番茄果实成熟期间VINV活性增强使己糖积累较多,但野生番茄品种果实成熟期间由于VINV活性较低而使蔗糖积累较多[14]。Ross等[15]在植物茎中观察到高VINV表达或活性,如发育中的马铃薯块茎,因此认为细胞生长与转化酶活性有关。Roitsch等[16]却认为VINV利用调节渗透压来控制细胞膨胀。VINV通过将蔗糖水解成2个己糖分子,使渗透作用加倍,促进水流入细胞使细胞体积增大;而CINV由于它的不稳定性和低活性导致CINV功能的可用信息降低,但仍有很大的研究潜力[17]。

在已经开展的INV基因克隆及生物信息学分析工作中,Wang等[18]发现几乎所有甘蔗INV基因的表达都受到PEG和低温处理的影响,并且推断出响应干旱胁迫或冷处理的甘蔗叶中INV基因表达的上调可能是由于需要更多的INV将蔗糖裂解成己糖,为细胞提供更多的能量来维持增加的呼吸活性。此外,己糖还释放更多的碳和能量来合成不同的化合物,使细胞增强对环境压力的抵抗力。Dahro等[19]发现INV参与了多种非生物胁迫反应,INV酶途径是柑橘抗寒性的首选途径。Trouverie等[20]发现在玉米植物经受中度水分胁迫时,VINV活性早期增强,且VINV依赖于昼夜节律。

葡萄(VitisviniferaL.) 是世界上种植最广泛的水果作物之一,具有重要的经济意义。然而,葡萄的生产往往受到低温、干旱等各种非生物胁迫的严重限制。在中国北方,由于大陆性气候,大多数葡萄品种不能够在冬季低温干燥的自然条件下生存。由于INV家族已被证明与许多物种的非生物胁迫耐受性有关,本文通过使用生物信息学的方法对葡萄蔗糖转化酶进行检索,并对检索到的家族成员的蛋白质理化性质、组织特异性表达、蛋白互作关系等进行了分析。并通过qRT-PCR初步研究其激素和模拟非生物胁迫下的表达情况,为进一步了解葡萄蔗糖转化酶在激素和响应非生物胁迫的功能及作用提供了理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料及处理

试验材料选自保存于甘肃农业大学的果树生理与生物技术实验室的‘黑比诺’葡萄(V.viniferaL.) ‘Pinot Noir’ 无菌健康的试管苗。取单芽茎段接于50 mL GS固体培养基上,置于 LED 白光下(温度25 ℃光照16 h;温度20 ℃黑暗8 h)继代培养30 d后,选取长势良好且无污染的试管苗,在超净工作台将其完整地从培养基上取出并用灭菌水冲洗根部。使用滤纸将其固定后继续培养在分别含有400 mmol/L NaCl[21-22]、10% PEG[23-24]、0.2 mmol/L ABA[25]、50 mg/L GA3[26-27]、5 mmol/L SA[28]的GS液体培养基中,在低温植物培养箱中进行4 ℃低温胁迫处理,并以正常生长的试管苗作为对照。处理时长为24 h,每个处理均设置3个重复。处理结束后对叶片进行取样,置于-80 ℃条件下保存用于后续实验。

1.2 方 法

1.2.1 葡萄INV基因家族鉴定及序列分析

从拟南芥(Arabidopsisthaliana)基因组数据库 TAIR(https://www.arabi-dopsis.org/)中下载获得拟南芥中已鉴定的17个蔗糖转化酶家族基因及氨基酸序列,在HMMER(https://www.ebi.ac.uk/Tools/hmmer/search/hmmscan)网站中使用氨基酸序列总共查找到4个功能结构域和其相对应的登录号(PF08244、PF00251、PF11837、PF12899)。在植物基因组网站(https://phytozome-next.jgi.doe.gov/)中选择葡萄物种并输入4个登录号,得到葡萄INV的家族基因并下载其氨基酸序列、CDS序列和蛋白质序列。使用 DNAMAN 6.0 工具进行筛选,剔除重复片段序列。

1.2.2 葡萄INV基因家族理化性质、染色体定位和亚细胞定位预测

用ExPASy数据库(https://web.expasy.org/ protparam/)对蛋白质的理论等电点、氨基酸大小、分子量等进行分析[29]。用在线软件MG2C(http://mg2c. iask.in/mg2c_v2.1/)进行染色体定位预测。用在线软件PRABI-GERLAND(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl? page=npsa_sopma.html)对二级结构(α-螺旋、β-转角、无规则卷曲)进行预测;用在线软件Cell-PLoc(http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/Cell-PLoc/)对亚细胞定位进行预测。

1.2.3 葡萄INV基因家族保守基序、保守结构域、基因结构

从phytozome网站(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html)下载葡萄的基因注释文件(gff.)。使用在线软件Multiple Em for Motif Elicitation(MEME) Version 5.0.5(http://meme-suite.org/tools/meme)鉴定葡萄INV蛋白中保守的基序(设置10个motif),并运用TBtools 1.6软件进行保守基序(motif)可视化;使用在线软件NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)下载葡萄结构域文件,利用Tbtools 1.6软件查询所需要的基因后将其可视化;用在线软件GSDS2.0(http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)进行基因结构分析后利用Tbtools 1.6软件使其可视化,利用软件Adobe Illustrator CS5 美化。

1.2.4 葡萄INV基因家族系统进化树、组织特异性表达分析、顺式作用元件、共线性分析、蛋白互作关系

从phytozome网站(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html)获取拟南芥氨基酸序列,从中国南瓜基因组数据库(http://www.cucurbitgenomics.org/)获取西瓜(Citrulluslanatus)、甜瓜(Cucumismelo)、南瓜(Cucurbitamoschata)的氨基酸序列(表1),用ClustalX 软件对葡萄、拟南芥、西瓜、甜瓜、南瓜的氨基酸序列进行多重比对,用MEGA5.0软件构建系统发育树并进行自检,(bootstrap)重复设定默认值为1 000[30],并使用在线工具iTOL(https://itol.embl.de/)美化;将整理后的葡萄INV蛋白序列放入STRING(https://cn.string-db.org/cgi/input?sessionId=bnIFpGp71DqG&input_page_active_form=multiple_sequences)网站获取葡萄蛋白质登录号,再将蛋白质登录号放入Grape eFP Browser(https://bar.utoronto.ca/efp_grape/cgi-bin/efpWeb.cgi)网站进行比对,获得了19个不同葡萄器官和组织在不同发育阶段的表达数据,利用TBtools 1.6软件完成葡萄INV基因组织特异表达数据的可视化;利用TBtools 1.6软件提取葡萄INV家族基因(fasta.gff.文件)上游2 000 bp的序列后,利用在线软件Plant CARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)进行顺式作用元件预测分析,再用TBtools 1.6软件对预测顺式调控元件进行可视化;选取葡萄、拟南芥、西瓜和甜瓜INV基因家族的氨基酸序列,利用在线软件(http://www.infspire.org/)分析葡萄与其他物种之间的共线性,以不同颜色的线条表示序列相似性,其中绿色≤50%,橙色≤75%,红色=100%;对19个葡萄INV家族蛋白通过STRING蛋白互作数据库(https://cn.string-db.org/cgi/input?sessionId=bnIFpGp71DqG&input_page_active_form=multiple_sequences)进行蛋白互作网络分析和参数默认。

表1 葡萄、拟南芥、西瓜、甜瓜和南瓜INV基因家族基本信息

1.2.5 葡萄INV基因家族荧光定量qRT-PCR分析

使用生工生物工程股份有限公司(上海)设计合成的19个基因 qPCR 引物 (表 2),以NaCl、PEG、ABA、GA3、SA、4 ℃低温胁迫处理以及对照(正常生长的生长苗)叶片为材料提取RNA。通过试剂盒(Prime Script RT reagent Kit, Perfect Real Time,TaKaRa)转化为 cDNA。以 6 μL ddH2O、2 μL cDNA、上+下游引物 2 μL 和 10 μL SYBR 酶作为反应体系,以GAPDH作为内参基因[31],通过 PCR仪(LightCycler®96 Real-Time PCR System,Roche,瑞士)分析。基因相对表达量采用2-ΔΔCT法进行分析[32]。

1.3 数据处理与统计分析

使用Excel 2010和SPSS 22.0软件对试验数据进行统计分析[33],采用单因素 (one-way ANOVO) 的Duncan’s法进行显著性差异分析, 显著性水平为P<0.05[22], 使用OriginPro 9.0软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 葡萄INV基因家族亚细胞定位和理化性质及蛋白质结构分析

通过同源对比共检索到19个葡萄INV基因,分别位于葡萄13条染色体上。其中有4个定位在液泡上(VvINV1～VvINV4),有5个定位在细胞壁上(VvCwINV1～VvCwINV5),有10个定位在叶绿体上(VvCINV1～VvCINV10)。6号染色体上最多有4个基因,4号、18号和Chrun染色体有2个基因,其余染色体上均有1个基因。4号染色体上存在VvCwINV1和VvCwINV42个相邻位点的基因,6号染色体上存在VvCINV3和VvCINV42个相邻位点的基因(图1)。氨基酸长度介于150～766 aa之间,等电点介于4.43～9.1之间。分子量为16.249 30～86.378 08 kD,基因外显子介于1～6之间。葡萄INV基因家族编码蛋白质二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。在VvINV中α-螺旋在10.99～49.03之间、β-折叠在4～26.7之间、不规则卷曲在32.68～65.33之间(表3)。

表3 葡萄INV基因家族信息、蛋白质二级结构分析和亚细胞定位预测

2.2 葡萄INV基因家族的基因结构和保守基序、保守结构域分析

保守基序分析(图2)显示,除了VvCwINV3,其余葡萄INV基因都含有家族中最基本的motif 9,说明motif 9是葡萄INV基因家族重要的保守域。8个基因含有3个motif;VvINV9只含有1个motif 9;9个基因含有8个motif;VvCwINV3含有4个motif。除了VvCINV9和VvCwINV32个基因外,含有3个motif的基因成员和含有8个motif的基因成员都具有相同的保守基序列,且有一定的排列规律。VvCINV多有3个保守基序,VvCwINV多有8个保守基序。同时VvCwINV包含了所有的保守基序,说明VvCwINV基因序列高度保守,其在葡萄繁衍进化中有重要意义。

不同颜色的方块代表不同的基序(1-10);Glyco_32、INV_N、Glyco_hydro_100为葡萄INV基因家族的主要结构域。图2 葡萄INV基因家族的保守基序、保守结构域、基因结构Different colored blocks represent different motifs(1-10); Glyco_32 and Glyco_hydro_100 were the main domains of VvINV genesFig.2 Conserved motifs, conserved structural domains, and gene structures of the grape INV gene family

葡萄INV基因家族共有3个保守结构域(图2),每个基因都有1个结构域,8个VvINV成员有共同结构域Glyco_32,VvCINV9结构域为INV_N(β-呋喃果糖苷酶,N-端结构域),10个VvINV成员结构域为Glyco_hydro_100。说明Glyco_32和Glyco_hydro_100是葡萄INV基因的重要结构域。通过绘制葡萄INV基因家族的基因结构(图2),发现该基因家族的基因结构差异较大。葡萄INV基因家族的CDS序列长度为453～2 301 bp,氨基酸长度为150～766 aa。其中基因序列最长的为VvCwINV4,最短的为VvCINV9,VvCwINV2、VvCINV9、VvCINV10的CDS与基因序列等长。VvCwINV2、VvCINV9、VvCINV10只有CDS没有内含子,其他基因内含子为3～5不等,所有鉴定出的基因均不含有上下游序列。

2.3 葡萄INV基因家族的系统进化树和组织特异性表达分析

用葡萄、拟南芥、西瓜、甜瓜、南瓜等5个物种INV基因的氨基酸序列构建系统进化树,用于分析INV基因的进化关系。结果(图3)显示该基因家族可分为3个亚族(Group1～Group3),Group1有10个基因,CmChCwINV最多有5个;Group2有10个基因,AtINV最多有3个;Group1和Group2都只含1个VvINV,Group3中VvINV基因最多有17个,根据进化树关系看,葡萄跟西瓜、甜瓜、南瓜INV基因家族有较高的同源性,进化关系较近。为分析葡萄INV基因家族的特异性和功能,对VvINV基因成员在不同发育时期组织中的表达模式进行分析(图4)。

Vv. 葡萄;At. 拟南芥;Cl. 西瓜;Cm. 甜瓜;CmoCh. 南瓜。图3 葡萄、拟南芥、西瓜、甜瓜、南瓜INV基因家族的系统进化树Vv. V. vinifera; At. A. thaliana; CL. C. lanatus;Cm. C. melo; CmoCh. C. moschata.Fig.3 The phylogenetic tree of INV gene family in V. vinifera, A. thaliana, C. lanatus, C. melo, and C. moschata

图4 葡萄INV基因家族的组织特异性表达分析Fig.4 Tissue specific expression of INV genes family in grape

在INV基因家族成员中根据表达模式分为2种类型:第一种类型有9个基因只在部分组织中有表达,比如VvCINV2在雄蕊期、花粉期、花Ⅲ期和花Ⅳ期有较高表达 、VvCwINV3在雄蕊期和花粉期有较高表达、VvCINV4在花粉期高表达;第二种类型有10个基因在葡萄的各个不同发育时期均有较高表达,其中VvVINV3和VvINV192个基因在不同发育时期有相同的表达量,其在幼叶期、坐果期叶期、老叶期、种子Ⅲ期、种子Ⅳ期、果肉Ⅴ期、果肉Ⅵ期表达量较低而在其他时期表达量高。

2.4 葡萄INV基因家族的顺式作用元件分析

为了进一步明确葡萄INV基因家族的潜在功能,本研究分析了葡萄INV基因家族上游2 kb区域的顺式作用元件。结果(图5)表明,葡萄INV基因家族含有3种类型的顺式作用元件,包括激素响应元件、防御和应激响应元件、生长发育相关元件。激素响应元件有脱落酸响应元件、茉莉酸甲酯响应元件、水杨酸响应元件、赤霉素响应元件;防御和应激响应元件有低温响应元件、干旱诱导能力响应元件、防御和应激反应响应元件;生长发育相关元件有生长素反应响应元件。

图5 葡萄INV基因家族的顺式作用元件Fig.5 Cis-acting elements of grape INV gene family

在葡萄INV基因中,除VvCINV1、VvCwINV2、VvVINV3、VvCINV6、VvCINV2、VvCINV8外,其余基因都含有茉莉酸甲酯响应元件。尤以VvCINV7和VvVINV4最多;除VvCINV1、VvCINV5、VvCINV9、VvCINV3、VvCwINV5、VvCwINV3外,其余基因都含有脱落酸响应元件,尤以VvCwINV4和VvVINV4最多。1/2以上的基因含有低温、干旱、防御和应激元件,8个基因有水杨酸和赤霉素响应元件。

2.5 葡萄INV基因家族共线性分析、蛋白互作关系和荧光定量分析

为了探讨不同物种INV基因家族的进化关系,对葡萄、西瓜、甜瓜以及模式植物拟南芥之间的同源基因进行分析,结果(图6)表明VvCINV存在复制现象。而且VvCINV与CICINV和CmCINV间关联性较强,表明葡萄与西瓜和甜瓜的INV基因家族亲缘关系较近。

Vv. 葡萄;At. 拟南芥;Cl. 西瓜;Cm. 甜瓜。图6 葡萄与拟南芥、西瓜、甜瓜INV基因家族的共线性关系Vv. V. vinifera; At. A. thaliana;Cl. C. lanatus; Cm. C. melo.Fig.6 Collinearity of INV gene family between V. vinifera, A. thaliana, C. lanatus and C. melo

值得注意的是,INV基因关联性强只表现在细胞质上,在其他细胞器上共线性较弱,推测INV基因家族在进化过程中在细胞质内进行复制现象的频率较高。

在19个葡萄INV家族蛋白互作网络分析表明(图7),除了VvVINV1、VvVINV2、VvCINV7、VvCINV8外,其余15个成员蛋白互作,表明各蛋白发挥调控作用的方式不是独自的,而是协同作用。除了葡萄INV家族,还有蔗糖合酶(VIT_07s0005g00750.t01、VIT_11s0016g00470.t01)的2个蛋白,说明蔗糖转化酶和蔗糖合酶具有一定相似功能。

图7 葡萄INV蛋白的互作关系Fig.7 Interaction relationship of grape INV proteins

取处理后的葡萄叶片对葡萄INV基因家族19个基因进行荧光定量分析,结果(图8)表明,其对激素和非生物胁迫的响应程度有明显差异。用0.2 mmol/L的ABA处理时,VvCINV1、VvCINV5、VvCINV7、VvCwINV4和VvCwINV5表达下调,其余基因表达上调,最显著的基因是VvCINV4,为对照的9.9倍;用0.1 mmol/L GA3处理时,所有基因均表达量显著,VvVINV1表达极显著,是对照的175.5倍;用5 mmol/L SA处理时,有9个基因表达下调,其余10个基因表达上调但不明显,最高的是VvVINV3,是对照的5.5倍。用400 mmol/L NaCl处理时所有基因均表达上调,最高为VvVINV4,是对照的9.2倍;在4 ℃低温胁迫下,除VvCwINV5表达下调外,其余基因均表达上调,VvCwINV2最为明显,是对照的37.3倍;在10% PEG处理下,所有基因上调表达显著,尤其以VvVINV1极为明显,是对照的180.7倍。

小写字母表示同一组织中不同处理间差异显著(P<0.05);CK.对照(4 ℃处理以常温作为对照,其余处理以蒸馏水作为对照)。图8 不同处理下葡萄叶片INV基因的相对表达Different normal letters indicate significant difference among treatments (P< 0.05); CK. Control (4 ℃ treatment with normal temperature as control, and other treatments with distilled water as control).Fig.8 The relative expression of INV genes in leaf tissues of grape under different treatments

3 讨 论

蔗糖转化酶作为植物生长不可或缺的重要酶之一,其基因参与植物形态建成和生长发育,是蔗糖代谢的关键编码蛋白和碳水化合物代谢的关键构成部分[34]。前人研究鉴定得到的拟南芥、海岛棉[35],南瓜[36],西瓜、甜瓜[37]INV基因家族成员分别为17,65,18,12,12个,与本研究中通过对葡萄基因组数据分析鉴定得到19个葡萄INV基因家族成员相比,除了海岛棉INV基因家族数量因为发生物种的特异性扩增而数量远超其他物种外[35],其余物种数量差异较小或相似。

通过葡萄、拟南芥、西瓜、甜瓜和南瓜INV基因氨基酸序列的系统进化分析发现,葡萄INV基因在Group3中成员最多,葡萄与西瓜、甜瓜、南瓜INV基因家族有较高的同源性,进化关系较近。理化性质分析结果显示,葡萄INV基因家族序列氨基酸数量存在差异,介于150～766 aa之间,等电点在4.43～9.1之间,与西瓜甜瓜INV基因家族结果[37]相似。亚细胞定位预测显示,葡萄INV蛋白主要集中在液泡、细胞壁、叶绿体,这与南瓜INV蛋白家族和海岛棉INV蛋白家族结果相似。

蛋白互作关系图显示蔗糖转化酶蛋白和蔗糖合酶蛋白间有互作关系,这是因为2种酶同样可以催化蔗糖的裂解反应。Chourey等[38]发现蔗糖合酶主要参与糖聚合物的生物合成,包括淀粉和纤维素以及能量(ATP)的产生,Ruan等[9]发现蔗糖转化酶在植物生长和发育中具有广泛的调节功能,并在初级碳代谢中有重要作用。蔗糖转化酶的作用是通过获得不同的生化特性,以适应多个细胞区室中的蔗糖代谢,最终响应植物的生长、发育和抗逆性[34]。Husain等[39]发现酸性蔗糖转化酶家族中的液泡蔗糖转化酶主要参与碳水化合物运输代谢途径调控纤维发育,将蔗糖催化为葡萄糖和果糖,从而增加细胞渗透压,促进果实膨大和组织伸长。韩玉慧等[35]也证明液泡蔗糖转化酶对棉花纤维发育具有重要影响力。根据组织特异性图谱显示,VvINV1基因在葡萄幼叶期、生根期、花期、发芽期表达上调,VvINV2、VvINV3、VvINV4在葡萄各个不同发育时期都表达上调,推测VvINV基因在葡萄组织生长和纤维发育中发挥作用。VvCwINV3在雄蕊和花粉期表达上调,VvCwINV1和VvCwINV4在花粉期,种子期和果实期均表达上调,推测其参与植物生殖发育,这与Ruan等[9]发现CwINV对于花、种子和果实的发育是必不可少的结论相似。

激素参与调控植物在非生物胁迫中的适应性反应已有大量报道。GA3作为一种植物生长和发育的重要内源调节因子,能够正向调节种子萌发、茎的伸长、叶的展开、花和果实发育等过程。研究发现,GA3施用不仅能够提高库强度和糖信号刺激,而且调节生长素的极性运输,进而增加葡萄叶片中碳水化合物进入幼果的通量,促进了座果[40]。在本研究中,GA3处理后的叶片INV基因高表达,这可能与其糖信号转导和内源激运输有关。Wang等[18]在干旱、低温处理甘蔗蔗糖酶活性的变化中发现,ShCwINV3、ShCwINV7、ShCwINV9和ShN/AINV4等表达被上调以应对干旱和寒冷胁迫下分解更多蔗糖的需要。本研究中,通过PEG模拟干旱处理葡萄试管苗,qRT-PCR结果显示葡萄19个VvINV基因都被上调,其中VvVINV1、VvVINV4、VvCINV2、VvCINV4、VvCwINV2和VvCwINV3被极显著上调,推测在干旱胁迫下其需要分解更多蔗糖调节渗透压并提供能量以支持植物体正常的机体功能运转。在低温处理下,除VvCwINV4和VvCwINV5表达被下调,其余17个均被上调表达,这可能是为了维持低温下细胞内的渗透平衡和能量供应,保证植物的正常生长。

综上所述,本研究从葡萄基因组中鉴定到19个INV基因家族成员,Glyco_32和Glyco_hydro_100是VvINV基因主要结构域,其中组织特异性分析表明VvCwINV1、VvCwINV4对果实膨大和组织伸长可能有重要的影响。此外,VvVINV1、VvVINV3、VvVINV4和VvCwINV4均参与激素和盐、低温、干旱对葡萄的逆境胁迫响应,这些结果将为葡萄INV基因家族在非生物胁迫下的功能鉴定提供了一定的理论依据。