翻译后修饰(PTMs)通常包括磷酸化、泛素化、甲基化、乙酰化和糖基化,大大增加了蛋白质的复杂性和动态反应。这些修饰导致蛋白质的结构发生变化,并调控蛋白活性、稳定性、亚细胞定位以及与其他蛋白质的相互作用。它们作为调控各种生物过程的关键机制而得到广泛研究。蛋白激酶(PKs)催化的蛋白磷酸化过程是翻译后修饰中重要的研究方向之一。蛋白激酶是真核生物基因组中最大的基因家族之一,参与细胞扩增、种子萌发、生长发育、花粉管生长、非生物和生物胁迫响应等多种细胞学和生物学过程。然而,相对于拟南芥、水稻和玉米等模式植物,蛋白激酶在园艺植物中的功能研究还十分有限。葡萄(Vitis vinifera)是世界上广受欢迎的一种水果,具有重要的经济价值。然而葡萄的生产与其他作物一样,需要解决会导致产量和果实质量下降的非生物和生物胁迫问题。菠萝(Ananas comosus)是一种重要的热带水果,它具有高水分利用率的碳同化途径,景天酸代谢途径(CAM)。CAM植物耗水量通常仅有C3植物的六分之一。葡萄和菠萝激酶组的比较分析有助于了解C3和CAM植物蛋白激酶家族的不同。本研究系统的鉴定了葡萄和菠萝中蛋白激酶,分析它们的扩增机制、选择模式、基因表达模式和共表达网络。取得了以下主要结果:1.本研究从葡萄基因组中共鉴定到了 1168个蛋白激酶基因,并将其分成了 20个组和121个家族。其中RLK组最大,共有872个成员。这1 168个蛋白激酶基因随机分布在葡萄19条染色体上。395和231个蛋白激酶基因分别来源于串联复制和片段复制,表明串联复制和片段复制对于葡萄激酶组的扩增有重要贡献,特别是RLK组的扩增。复制事件Ka/Ks比值结果表明大多数串联复制和片段复制基因都受到纯化选择。通过进一步研究了葡萄蛋白激酶家族成员在植物发育过程中以及在不同胁迫处理下的表达模式发现它们中许多是共表达的。通过分析RNA-Seq和荧光定量PCR结果,找到响应干旱和NaCl胁迫处理的4个候选基因。2.分析了干旱胁迫0(对照)、2、4和8天后葡萄苗的转录组测序结果,一共发现1482个基因在干旱胁迫下差异表达,其中619个基因差异上调,863个基因差异下调。GO富集分析结果表明,差异上调基因都富集在生物过程和分子功能方面。KEGG通路富集结果显示不同时间点均有富集于植物激素信号转导通路的差异表达基因,表明激素参与植物干旱胁迫响应过程。在这1482个差异表达基因中,进一步鉴定到了 65个蛋白激酶,其中大多数是RLK组和CAMK组成员,它们可能在葡萄干旱响应过程中起关键作用。转录组分析为葡萄在干旱胁迫下的育种研究提供了宝贵的资源,候选基因可用于指导未来抗旱葡萄品种的育种研究。3.本研究在菠萝基因组中系统地鉴定到758个蛋白激酶基因。根据激酶结构域序列差异将其分成20个组和116个家族。菠萝蛋白激酶亚细胞定位预测结果表明超过一半的RLK蛋白成员定位于细胞膜。共线性分析结果表明串联复制和片段复制对菠萝激酶组的扩增起到重要作用,特别是RLK组的扩增。Ka/Ks比值表明几乎所有的串联和片段复制事件都受到纯化选择。先前的研究表明,基因节律性表达在景天酸代谢通路中起着重要作用。通过分析RNA-Seq结果发现菠萝蛋白激酶基因具有组织特异性和昼夜节律性表达模式。我们还发现40个蛋白激酶基因在绿色叶尖部分表达水平高于白色叶基部分,并且其中14个在光合作用的绿色叶尖部分与非光合作用的白色叶基部分表达差异很大,而且仅在绿色叶尖组织中上调表达。基因复制、表达模式和共表达网络帮助我们快速识别菠萝激酶组中参与CO2固定过程的关键候选基因,它们能够帮助将CAM途径导入C3作物来提高其耐旱能力。这些发现为了解菠萝蛋白激酶基因的进化和分子功能提供了新的认识,并为进一步分析CAM植物中的蛋白激酶功能奠定了基础。4.通过比较两种果树作物葡萄和菠萝的激酶超家族分类结果,发现葡萄和菠萝基因组中分别有1168和758个蛋白激酶基因。RLK组是植物激酶组中一个主要的大组,菠萝基因组中有480个RLK基因,而葡萄中有872个。葡萄中RLK成员比菠萝中多是由于其RLK组中基因的串联复制。我们进一步分析了 25种植物激酶组的分类结果,发现菠萝和长寿花这两种CAM植物的激酶组小于其他种子植物中大多数C3植物的激酶组。本研究结果为C3和CAM植物激酶组的比较分析提供了有价值的信息,但仍需要进一步分析更多植物激酶组来进行验证。