“ 2024年8月《BMC Plant Biology》发表了一篇题为“SOS1 gene family in mangrove (Kandelia obovata): Genome-wide identification, characterization, and expression analyses under salt and copper stress”的SOS1基因家族分析文章。”

SOS（salt overly sensitive）是协调耐盐相关的信号通路，SOS信号通路由三个主要蛋白组成，SOS1/SOS2/SOS3。其中SOS1是钠/氢反转运蛋白，当植物受到盐胁迫时，由SOS2和SOS3激活位于质膜上的SOS1，SOS1发挥转运活性，将细胞内多余的钠离子直接排出体外，发挥抗盐作用。本文对秋茄树中的SOS1基因家族成员进行鉴定，并验证SOS1基因家族在应对秋茄树林生态系统盐度上升和重金属污染时的表达变化，旨在寻找对非生物胁迫高度敏感的关键SOS1基因，为研究具体SOS1基因的调控机制奠定基础。

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分析结果

01. 秋茄树（Kandelia obovata）全基因组中SOS1基因家族的成员鉴定

从NCBI数据库和Kandelia obovata蛋白质数据库获取秋茄树的全基因组序列，并通过NCBI CDD工具和Pfam网站进行SOS1家族成员的鉴定及验证，最终获得20个SOS1家族基因。

使用Protparam http://web.expasy.org/protparam/ 网站计算SOS1基因的理化性质，包括蛋白质长度、蛋白质分子量、等电点、不稳定指数、疏水性指数等。

使用CELLO和ProtComp9.0网站预测SOS1基因在细胞中的定位，有助于更好地了解分子功能。

02. SOS1基因的染色体定位

使用MG2C网站绘制染色体定位图，图中最左侧是以百万碱基(Mb)为单位的标尺，其中一些染色体上没有SOS1基因。

03. 多序列比对及三维结构预测

使用ClustalW工具对20个KoSOS1基因蛋白序列进行比对，最终得到四个亚家族，图ABCD。

根据序列保守性发现KoSOS1亚家族基因中分别存在3个跨膜结构域（plsC、TrkA、cNMP）以及Amiloride 结合域，在氨基酸位点下方用四种不同颜色条标注，可能用于应对不同的非生物胁迫情况。

从亚家族中挑选7条蛋白序列进行3D模型预测和二级结构预测。

在SWISS-MODEL网站预测3D结构，得到蛋白的三维结构。

在NPS@:SOPMA https://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html 网站预测二级结构。图中总长为蛋白序列长度，不同颜色代表不同二级结构区域。

在TMHMM https://services.healthtech.dtu.dk/services/DeepTMHMM-1.0/ 网站预测蛋白的跨膜螺旋结构。紫色为跨膜区域，蓝色为胞内，黄色为胞外。

04. 多物种SOS1蛋白系统发育关系

将红树（20）、拟南芥（8）、小麦（11）、马铃薯（3）、水稻（1）和木榄（1）的总共44条SOS1蛋白序列合并起来构建NJ系统发育进化树。

在结果中，根据进化枝分成了四组，对应红树SOS1基因家族的四个亚家族，每组用不同的背景色表示。

05. 基因家族的基因结果和保守基序

使用MEME网站预测SOS1蛋白序列的保守基序位置及数目，并结合每个基因上内含子和UTR的位置，绘制出如下结果图。虽然同属SOS1基因家族，但是基因序列之间和蛋白序列之间还是有明显的差异以及一定的相似性。

图中左侧是秋茄树SOS1蛋白序列进化树，并按照亚家族分类分成四个颜色模块。中间是蛋白序列保守基序分析，通过计算得到最保守的前10个motif。右侧是基因序列上的内含子（黄色）和UTR（绿色）区域。最后使用TBtools软件进行绘制得到。

06. 顺势作用元件预测

使用PlantCARE网站对每个基因上游（2000bp）启动子序列进行顺势作用元件的预测。预测得到激素反应相关元件、发育相关元件、环境应激相关元件等，一定程度上印证了SOS1基因的生物学功能。

图A是柱状堆叠图，每种颜色代表不同的顺式作用元件。

图B中横坐标是不同元件，纵坐标是SOS1基因，中间数字代表顺式作用元件数目，数目越大，出现频率越高，蓝色越深。

07. 不同物种中SOS1基因家族的同源性和进化关系

使用Minspan法计算秋茄树、拟南芥、毛果杨、水稻和葡萄之间的共线性关系。

图中灰色线条代表物种全基因组之间的共线性区块，彩色线条代表物种之间SOS1共线性基因对。

08. 秋茄树基因组内SOS1基因之间的同源关系

计算秋茄树物种中SOS1基因家族成员中的大片段复制基因对和串联重复基因对。

图中红线和蓝线是大片段复制基因对。

之后KaKs Calculator 2.0工具计算重复基因对的KA/KS。判断在基因对分别进化的过程中是否有选择压力作用。

09. 盐胁迫下秋茄叶片中SOS1基因的表达模式

采用qRT-PCR检测五种不同盐胁迫条件下两年后秋茄叶片的SOS1基因表达水平，使用统计软件 GraphPad Prism 9 绘制图表。

结果图展示，一共挑选了7个SOS1基因统计它们的表达量。与对照组S5相比，几乎所有基因在盐胁迫S25条件下都表现出显著下调。

在S10-S20条件下，存在KsSOS1009038、KsSOS1000168、KsSOS1003751基因表现出显著上调。

10. 铜离子胁迫下秋茄叶片中SOS1基因的表达模式

采用qRT-PCR检测五种不同铜胁迫条件下秋茄叶片的7个SOS1基因表达水平。其中KoSOS1004234和KoSOS1000949在铜胁迫下表达显著上调。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s12870-024-05528-0#Tab1

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