象草GRAS基因家族鉴定及表达分析

doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2026.09.004

草地学报 ›› 2026, Vol. 34 ›› Issue (9): 3172-3184.DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.09.004

• 研究论文 • 上一篇

象草GRAS基因家族鉴定及表达分析

曹磊¹, 杨忠富², 冯光燕¹, 张新全¹

1. 四川农业大学草业科技学院, 四川成都 611130;
2. 贵州大学动物科学学院, 贵州贵阳 550025

收稿日期:2026-02-23 修回日期:2026-04-19 发布日期:2026-09-11
通讯作者: 张新全, E-mail: zhangxq@sicau.edu.cn
作者简介:曹磊(1999-),男,汉族,山西晋中人,硕士研究生,主要从事草种质资源创新与利用方向研究,E-mail:209361903@qq.com

Identification and Expression Analysis of GRAS Gene Family in Pennisetum purpureum

CAO Lei¹, YANG Zhong-fu², FENG Guang-yan¹, ZHANG Xin-quan¹

1. College of Grassland Science and Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan Province 611130, China;
2. College of Animal Science, Guizhou University, Guiyang, Guizhou Province 550025, China

Received:2026-02-23 Revised:2026-04-19 Published:2026-09-11

摘要/Abstract

摘要： GRAS家族是植物体内普遍存在的一类特异性转录调控因子，在调控植物生长发育、应对生物与非生物逆境胁迫等过程中发挥重要作用。探究象草GRAS基因家族基因的特征及功能，解析其在低温胁迫下的调控作用具有重要意义。本研究以象草基因组数据为基础，对GRAS家族成员进行鉴定，并分析染色体位置、理化特性、基因结构特征、系统进化关系等，以及低温胁迫条件下不同抗寒性象草材料的表达模式。结果表明，在象草基因组中鉴定到18个GRAS基因，分布在10条染色体上，系统进化分析将其分为5个亚家族。顺式作用元件分析表明有10个PpGRAS成员的启动子区域含有低温应答相关调控元件。共线性分析表明象草与高粱（Sorghum bicolor）的同源基因数量显著多于水稻（Oryza sativa）。表达模式分析发现GRAS基因家族中多个成员，特别是亚家族LISCL，如基因PpGRAS7、PpGRAS10等的表达模式与材料的抗寒能力呈显著正相关。研究结果为深入探讨象草GRAS家族及其低温胁迫响应提供了有价值的信息。

关键词: 象草, GRAS基因家族, 低温胁迫

Abstract: The GRAS family is a class of specific transcriptional regulatory factors widely present in plants， which play vital roles in regulating plant growth and development， as well as responses to biotic and abiotic stress. It is of great significance to explore the characteristics and functions of GRAS gene family in elephant grass （Pennisetum purpureum） and clarify their regulatory roles under low-temperature stress. Based on the genomic data of elephant grass， in this study we identified members of the GRAS gene family， and analyzed their chromosomal localization， physicochemical properties， gene structural characteristics， phylogenetic relationships， as well as the expression patterns of elephant grass materials with different cold resistance under low-temperature stress. The results showed that a total of 18 GRAS genes were identified in the elephant grass genome， which were distributed on 10 chromosomes and classified into five subfamilies via phylogenetic analysis. Cis-acting element analysis revealed that the promoter regions of 10 PpGRAS members contained regulatory elements related to low-temperature response. Collinearity analysis indicated that elephant grass shared more homologous genes with Sorghum bicolor than that with Oryza sativa. Expression pattern analysis demonstrated that the expression levels of multiple GRAS family members， especially genes such as PpGRAS7 and PpGRAS10 belonging to the LISCL subfamily， were significantly positively correlated with cold resistance capacity of materials. This study provides valuable references for further exploring the functions of elephant grass GRAS family and their response mechanisms to Low-temperature stress.

Key words: Pennisetum purpureum, GRAS gene family, low-temperature stress

中图分类号:

S813.9

曹磊, 杨忠富, 冯光燕, 张新全. 象草GRAS基因家族鉴定及表达分析[J]. 草地学报, 2026, 34(9): 3172-3184.

CAO Lei, YANG Zhong-fu, FENG Guang-yan, ZHANG Xin-quan. Identification and Expression Analysis of GRAS Gene Family in Pennisetum purpureum[J]. Acta Agrestia Sinica, 2026, 34(9): 3172-3184.

参考文献

[1] JIAO W J. Extraction， purification， structure analysis and characteristics of anthocyanins from purple Pennisetum purpureum[D]. fuzhou： Fujian Fujian Agriculture and Forestry University， 2015：1-2 焦文静.紫象草花色苷的提取纯化、结构分析及特性研究[D].福州：福建农林大学，2015：1-2
[2] DAUD Z， HATTA M Z M， KASSIM A S M， et al. Analysis of Napier grass （Pennisetum purpureum） as a potential alternative fibre in paper industry[J]. Material Research Innovations， 2014， 18（Suppl.6）： 18-20
[3] HUANG Q F. Effects of different additives on silage quality of hybrid elephant grass （Pennisetum purpureum）[D]. Fuzhou： Fujian Agriculture and Forestry University， 2012：1-3 黄其芬.不同添加剂对杂交象草青贮品质的影响[D].福州：福建农林大学，2012：1-3
[4] WANG Q B. Preliminary study on breeding of cold-resistant plants by irradiation-induced bud mutation of Pennisetum purpureum[J]. Guizhou Agricultural Sciences， 2003（6）： 17-19 王庆斌.象草辐照芽变选育耐寒植株的初步研究[J].贵州农业科学，2003（6）： 17-19
[5] ZHANG X， GU H， DING C， et al. Path coefficient and cluster analyses of yield and morphological traits in Pennisetum purpureum[J]. Tropical Grasslands， 2010， 44（2）： 95-102
[6] YI X F， LAI Z Q， CAI X Y， et al. High-yield cultivation and utilization of purple Pennisetum purpureum[J]. Prataculture & Animal Husbandry， 2012（1）： 22-23 易显凤，赖志强，蔡小艳，等.紫色象草的高产栽培与开发利用[J].草业与畜牧，2012（1）：22-23
[7] ALEMAYEHU N， ABEL T， ALOK K， et al. Opportunities for Napier grass （pennisetum purpureum） improvement using molecular genetics[J]. Agronomy， 2017， 7（2）： 28
[8] MUKTAR M， TESHOME A， HANSON J， et al. Genotyping by sequencing provides new insights into the diversity of Napier grass （Cenchrus purpureus） and reveals variation in genome-wide LD patterns between collections[J]. Scientific Reports， 2019， 9（1）： 6936
[9] WEN X N， JIAN Y Z， XIE X M. Comprehensive development and utilization of Pennisetum purpureum resources[J]. Pratacultural Science， 2009， 26（9）： 108-112 温晓娜，简有志，解新明.象草资源的综合开发利用[J].草业科学，2009，26（9）：108-112
[10] DING D Y， CHEN W D， CHEN J X， et al. Comparative experiment on Pennisetum forage varieties[J]. Guangdong Agricultural Sciences， 2019， 46（8）： 8-13 丁迪云，陈卫东，陈杰雄，等.狼尾草属牧草品种比较试验[J].广东农业科学， 2019， 46（8）： 8-13
[11] MA S S， YANG J J， QU D H， et al. Overexpression of C2H2-type zinc finger protein gene PdbZFP26 enhances salt tolerance in Populus davidiana×P. bolleana[J]. Scientia Silvae Sinicae， 2023， 59（1）： 110-118 马姗姗，杨静静，曲德辉，等.过表达C2H2型锌指蛋白基因PdbZFP26提高山新杨耐盐性[J].林业科学，2023，59（1）：110-118
[12] AOYANAGI T， IKEYA S， KOBAYASHI A， et al. Gene Regulation via the Combination of Transcription Factors in the INDETERMINATE DOMAIN and GRAS Families[J]. Genes， 2020， 11（6）： 613
[13] PYSH L D， WYSOCKA-DILLER J W， CAMILLERI C， et al. The GRAS gene family in Arabidopsis： sequence characterization and basic expression analysis of the SCARECROW-LIKE genes[J]. Plant Journal for Cell & Molecular Biology， 2010， 18（1）： 111-119
[14] HIRANO Y， NAKAGAWA M， SUYAMA T， et al. Structure of the SHR-SCR heterodimer bound to the BIRD/IDD transcriptional factor JKD[J]. Nature Plants， 2017， 3： 17010
[15] LU X， LIU W， XIANG C， et al. Genome-Wide Characterization of GRAS Family and Their Potential Roles in Cold Tolerance of Cucumber （Cucumis sativus L.）[J]. International Journal of Molecular Sciences， 2020， 21（11）： 3857
[16] BOLLE C. The role of GRAS proteins in plant signal transduction and development[J]. Planta， 2004， 218（5）： 683-692
[17] NIU Y L， JIANG X M， XU X Y， et al. Research progress of plant transcription factor GRAS proteins[J]. Genomics and Applied Biology， 2016， 35（9）： 2519-2524 牛义岭，姜秀明，许向阳，等.植物转录因子GRAS蛋白的研究进展[J].基因组学与应用生物学，2016，35（9）：2519-2524
[18] SUN X L， JONES W T， RIKKERINK E. GRAS proteins： the versatile roles of intrinsically disordered proteins in plant signalling[J]. BIOCHEM Journal， 2012， 442（1）： 1-12
[19] YUDONG L， WEI H， ZHIQIANG X， et al. Overexpression of SlGRAS40 in Tomato Enhances Tolerance to Abiotic Stresses and Influences Auxin and Gibberellin Signaling[J]. Frontiers in Plant Science， 2017， 8： 1659
[20] WANG X， LI G， SUN Y， et al. Genome-wide analysis and characterization of GRAS family in switchgrass [J]. Bioengineered， 2021， 12（1）： 6096-6114
[21] LI L L， ZENG W J， LI Y H， et al. Genome-wide analysis of GRAS transcription factor family and cloning and cold response of LaSCL18 gene in Lepidium apetalum [J]. Molecular Plant Breeding， 2017， 15（9）： 3428-3437 李丽丽，曾卫军，李艳红，等.独行菜GRAS转录因子家族分析及LaSCL18基因克隆与冷相关性研究[J].分子植物育种，2017，15（9）：3428-3437
[22] ACHARD P， GONG F， CHEMINANT S， et al. The cold-inducible CBF1 factor-dependent signaling pathway modulates the accumulation of the growth-repressing DELLA proteins via its effect on gibberellin metabolism[J]. The Plant Cell， 2008， 20（8）： 2117-2129
[23] YANG T， LI C， ZHANG H， et al. Genome-wide identification and expression analysis of the GRAS transcription in eggplant （Solanum melongena L.）[J]. Frontiers in Genetics， 2022， 13： 932731
[24] YUAN Y， FANG L， KARUNGO S K， et al. Overexpression of VaPAT1， a GRAS transcription factor from Vitis amurensis， confers abiotic stress tolerance in Arabidopsis[J]. Plant Cell Reports， 2016（35）：655-666
[25] TANABE S， ONODERA H， HARA N， et al. The elicitor-responsive gene for a GRAS family protein， CIGR2， suppresses cell death in rice inoculated with rice blast fungus via activation of a heat shock transcription factor， OsHsf23[J]. Biosci Biotechnol Biochem， 2016， 80（1）： 145-151
[26] TIAN C， WAN P， SUN S， et al. Genome-Wide Analysis of the GRAS Gene Family in Rice and Arabidopsis[J]. Plant Molecular Biology， 2004， 54（4）： 519-532
[27] WANG L， DING X， GAO Y， et al. Genome-wide identification and characterization of GRAS genes in soybean （Glycine max）[J]. BMC Plant Biology， 2020， 20（1）： 415
[28] TO V T， SHI Q， ZHANG Y， et al. Genome-Wide Analysis of the GRAS Gene Family in Barley （Hordeum vulgare L.）[J]. Genes， 2020， 11（5）： 553
[29] WU Z Q， CHEN W， ZHAO Z， et al. Genome-wide identification and bioinformatics analysis of GRAS gene family in maize （Zea mays L.） [J]. Journal of Agricultural Science and Technology， 2024， 26（3）： 15-25 吴占清，陈威，赵展，等.玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析[J].中国农业科技导报，2024，26（3）：15-25
[30] XU X， FENG G， HUANG L， et al. Genome-wide identification， structural analysis and expression profiles of GRAS gene family in orchardgrass[J]. Molecular Biology Reports， 2020， 47（3）： 1845-1857
[31] PAN J. Physiological response of oat to salt and drought stress and identification and expression analysis of GRAS gene family[D]. Chengdu： Southwest Minzu University， 2023：55 潘静.燕麦对盐、干旱胁迫的生理响应及其GRAS基因家族鉴定与表达分析[D].成都：西南民族大学，2023：55
[32] LI J， YUAN Y， WU T K， et al. Identification and expression analysis of GRAS gene family in Hevea brasiliensis[J]. Chinese Journal of Tropical Crops， 2024， 45（9）： 1761-1779 李娟，袁渊，吴挺开，等.巴西橡胶树GRAS基因家族鉴定及表达分析[J].热带作物学报，2024，45（9）：1761-1779
[33] LU H J， HOU X L. Identification of GRAS gene family in non-heading Chinese cabbage and its expression analysis under low temperature stress [J/OL].https：//link.cnki.net/urlid/46.1068.S.20240418.1221.010，2024-04-19/2026-06-15 卢宏杰，侯喜林.不结球白菜GRAS基因家族鉴定及其在低温胁迫下的表达分析[J/OL].https：//link.cnki.net/urlid/46.1068.S.20240418.1221.010，2024-04-19/2026-06-15
[34] YANG P Y， LIANG H K， YIN C P， et al. Genome-wide identification of GRAS gene family in sorghum and its response to uniconazole[J]. Journal of Agricultural University of Hebei， 2021， 44（5）： 1-13 杨溥原，梁红凯，殷丛培，等.高粱GRAS基因家族全基因组鉴定及其对烯效唑的响应[J].河北农业大学学报，2021，44（5）：1-13
[35] TANG Z J. Identification and expression analysis of BdGRAS family genes in Brachypodium distachyon[D]. Changsha： Hunan Agricultural University， 2021：16-17 唐泽珺.二穗短柄草BdGRAS家族基因鉴定与表达分析[D].长沙：湖南农业大学，2021：16-17
[36] ZHU T. Identification， phylogenetic evolution and expression analysis of bHLH transcription factor family in barley[D]. Yangling： Northwest A&F University， 2019：39 朱婷.大麦bHLH转录因子家族的鉴定及系统进化和表达分析[D].杨凌：西北农林科技大学，2019：39
[37] 韩慧，张秀海，郭建波，等.DELLA蛋白在植物中的功能[J/OL].https：//link.cnki.net/urlid/46.1068.S.20241216.1105.002，2024-12-26/2026-06-15

象草GRAS基因家族鉴定及表达分析

Identification and Expression Analysis of GRAS Gene Family in Pennisetum purpureum

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王鑫, 肖卓琳, 卫尊征, 滕珂, 穆娜, 周仂, 岳跃森, 范希峰. ‘宁杂4号’美洲狼尾草×‘紫色’象草三倍体杂交种的创制与高产高花青素优系筛选[J]. 草地学报, 2026, 34(8): 2866-2876.
[2]	贺朝鑫, 余帅, 张新全, 彭燕. 象草F₁代真假杂种鉴定及高产种质的综合评价与筛选[J]. 草地学报, 2026, 34(8): 2980-2990.
[3]	余帅, 左粟田, 聂刚, 姜哲基, 凌瑶, 张新全. 象草育种新材料产量及抗寒性综合评价[J]. 草地学报, 2026, 34(8): 3004-3014.
[4]	吴倩, 赵雅茹, 曹克璠, 马一鸣, 索媛, 李舒宁, 齐海波, 王明玖. 基于生理与转录组学的高加索三叶草耐寒性分析[J]. 草地学报, 2026, 34(7): 2403-2414.
[5]	马香香, 南丽丽, 杨丽丽, 王利群, 田戈, 郭佳雨. 油菜素内酯对低温胁迫下紫花苜蓿生长及生理特性的影响[J]. 草地学报, 2026, 34(4): 1492-1501.
[6]	段伟, 穆妮热·米吉提, 加米丽古丽·伊明, 王玉祥, 李倩. 20份黄花苜蓿种质低温胁迫生理响应及抗寒性评价[J]. 草地学报, 2026, 34(2): 611-623.
[7]	方婷, 罗佳佳, 张语歌, 毛昱烨, 郭雨彤, 董荣书, 蔡泽坪. 象草PHR家族基因的鉴定及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(7): 2099-2113.
[8]	武齐丰, 陈晨, 黄沁骄, 张云飞, 李小梅, 陈远航, 文兴金, 闫艳红. 纤维素酶和乳酸菌对杂交象草青贮结构性碳水化合物影响[J]. 草地学报, 2024, 32(7): 2314-2322.
[9]	赵尧尧, 刘美君, 张政, 王婕, 王玉祥, 安长奇, 王跳霞. 低温和干旱双重胁迫对紫花苜蓿叶片光系统II的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(4): 1120-1130.
[10]	王婕, 刘美君, 赵尧尧, 张政, 卫丹丹, 龚梁祝, 胡轩铭. 甜菜碱对低温下苜蓿种子萌发中呼吸电子传递的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(3): 763-771.
[11]	林平冬, 高龙, 陈鑫珠. 红象草花青素提取工艺优化及其抗氧化活性研究[J]. 草地学报, 2024, 32(12): 3988-3996.
[12]	彭嘉文, 夏厚胤, 马志超, 崔祎琳, 苑旺, 苗愉祺, 同雨涛, 武佳昕, 张梦瑶, 袁子昂, 高景慧, 杨培志. 低温诱导基因表达与紫花苜蓿主要农艺性状间的关系[J]. 草地学报, 2024, 32(11): 3358-3370.
[13]	马福钦, 韩悦, 李文秀, 崔林雨, 张世林, 董文科. 三种诱导剂对草地早熟禾低温抗性的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(10): 3194-3204.
[14]	李震, 戴玲玲, 邓海玲, 郭海滨, 强胜, 宋小玲. 碧护缓解低温对草坪草萌发及苗期胁迫的作用[J]. 草地学报, 2023, 31(3): 804-812.
[15]	李双铭, 杨勇, 胡龙兴, 徐庆国. 不同纬度来源结缕草叶片响应低温胁迫的转录组分析[J]. 草地学报, 2023, 31(10): 2968-2984.