番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

【目的】鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、PlantCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息。利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等。采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况。【结果】共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为SlDIR1—SlDIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个SlDIR具有一个外显子的经典结构。番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆。基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族。转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量。此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子。结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个SlDIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,SlDIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而SlDIR8、SlDIR13和SlDIR20特异性响应冷胁迫的诱导,SlDIR17特异性响应盐胁迫。番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因SlDIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫。【结论】共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量。SlDIR1、SlDIR13和SlDIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,SlDIR6仅具有MeJA元件,SlDIR27仅具有SA响应元件。另外,SlDIR2、SlDIR14、SlDIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中SlDIR23在不同胁迫处理下均可被激活。此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫。

丹参Dirigent基因家族的发现与生物信息学分析

Dirigent(DIR)蛋白基因是植物木质素合成过程中一类重要的基因,几乎存在于所有维管植物中,然而药用植物丹参中的DIR和类DIR蛋白基因(SmDIR)还没有被研究过。本研究通过生物信息学方法,对已在Gen Bank上登录的9个丹参转录组数据库进行整合拼接分析,发现了33个SmDIR基因片段,其中5条为完整序列。通过对5条完整SmDIR基因的序列特征、理化性质、跨膜结构域、信号肽、导肽、疏水性/亲水性、蛋白质二级结构、三级结构及结构域等进行预测分析,并将丹参DIR蛋白序列与其它植物的DIR蛋白进行同源比对,构建了丹参和模式植物拟南芥DIR蛋白家族的系统进化树。结果表明,这5条丹参DIR基因的开放阅读框都在594 bp上下,分子量为21.47 k D左右。除了SmDIR5,其余SmDIR蛋白的理论等电点(p I)均低于7,在5.60~6.50范围内,说明大多数丹参的DIR蛋白略呈酸性。Thr、Val、Gly、Leu和Ser等氨基酸是这些SmDIR蛋白共有的主要氨基酸。研究还发现这些丹参DIR蛋白表现出明显的疏水区和亲水区,均存在分泌途径信号肽,可能存在跨膜结构域。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是无规则卷曲。氨基酸同源性比对显示,SmDIR4与Erythranthe guttata的类DIR蛋白同源性较高,SmDIR1、SmDIR2、SmDIR3和SmDIR5与芝麻的类DIR蛋白同源性较高。与拟南芥的进化分析显示,这些丹参DIR蛋白基因被分为两大类,归属DIR-b和DIR-d亚家族。本研究对丹参DIR蛋白序列特征进行了系统分析,可为今后深入研究该蛋白提供有利参考。