苹果HD-ZipⅠ家族基因序列特征及其在果实中的激素响应

[目的]对苹果基因组中挖掘得到的HD-Zip Ⅰ(Homeodomain leucine zipper Ⅰ)家族基因进行生物信息预测,结合生理生化数据为苹果果实发育的激素调控网络研究提供最佳候选基因。[方法]应用Ex PASy进行HD-ZipⅠ家族蛋白基本理化性质分析,采用MEME和PLACE软件预测各成员启动子含有的顺式作用元件及其功能,利用GSDS绘制基因内含子/外显子结构示意图;通过内源乙烯浓度、可溶性固形物、可滴定酸、硬度等品质指标检测‘皇家嘎啦’苹果果实在不同激素处理条件下的后熟进程;运用半定量RT-PCR分析HD-Zip I家族各成员对外源激素的响应。[结果]鉴定完整的22个HD-ZipⅠ基因可以细分为5个亚类,同一亚类基因的内含子/外显子结构相似,但仍有差异;各基因起始密码子上游-600 bp区域内广泛分布多个响应赤霉素、细胞分裂素、茉莉酸、乙烯和脱落酸的顺式作用元件,以(GA/TC)8重复序列最为保守和丰富。乙烯和脱落酸两种激素处理后,果实内源乙烯浓度及硬度等各指标变化表现出极高的相似度,均加快了‘皇家嘎啦’果实的后熟进程;不同于其他各家族成员,MdHZ1和MdHZ17两个基因的转录水平在乙烯和脱落酸处理后48 h均被不同程度的上调,而在有延缓果实衰老效果的腐胺(PUT)和赤霉素(GA4)处理组中表现为下调,表明MdHZ1和MdHZ17可能与果实的后熟进程有较为紧密的联系。MdHZ16在成熟果实组织中未检测到表达,其他家族成员的激素响应特性未表现出一定的规律性,表明同一家族内即使结构相似的基因也并不一定呈现相似的表达模式,家族基因上游调控机制有一定的复杂性。[结论]通过苹果基因组扫描获得22个HD-Zip I基因,这些基因编码的蛋白结构相似度较高;基因启动子区域含有多个参与不同激素交互作用的顺式作用元件,这或许为家族成员差异响应各外源激素处理的原因;MdHZ1和MdHZ17两个基因与果实的后熟进程表现出较为紧密的联系,可以作为候选基因进行果实后熟相关方面的深入研究。

森林草莓HD-ZipⅠ亚家族基因的鉴定及表达分析

[目的]本文旨在鉴定森林草莓同源异型域-亮氨酸拉链家族(homeodomain-leucine Zipper,HD-Zip)Ⅰ亚家族的转录因子,分析其序列属性及表达模式,为其进一步功能研究和利用奠定基础。[方法]运用生物信息学方法,鉴定和分析森林草莓HD-ZipⅠ亚家族基因的系统进化关系、蛋白基序、基因结构、复制方式及启动子元件等;利用公共转录组数据和荧光定量PCR技术,分析其在花和早期果实中以及黑暗、脱落酸(ABA)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)或水杨酸(SA)处理的离体叶片中的表达模式。[结果]森林草莓HD-ZipⅠ亚家族包含11个基因,它们含有0~3个内含子,相对均匀地分布在第1和3~7号染色体上。全基因组/片段复制是HD-ZipⅠ亚家族基因扩张的主要复制方式。光和激素响应元件是其启动子区所占比例最高的2类顺式作用元件。转录组数据显示,多数HD-ZipⅠ基因在森林草莓除成熟花粉粒和胚之外的花和早期果实组织中表达量较高。5个HD-ZipⅠ亚家族基因的定量结果表明,FvH 4_1g20230、FvH4_5g36570、FvH4_5g15520和FvH4_7g32570基因在ABA、6-BA或SA处理3和6 h时有响应;FvH 4_7g32570基因在黑暗时被诱导,FvH4_5g36570、FvH4_7g32570、FvH4_1g20230、FvH4_5g15520基因在ABA诱导的离体叶片衰老过程中发生显著的表达变化;而在6-BA处理的叶片中,这5个基因的表达与对照相比均无持续的显著变化。[结论]HD-ZipⅠ亚家族基因很可能在黑暗和ABA诱导的森林草莓离体叶片衰老过程中起重要的调控作用,并参与森林草莓花和早期果实的发育以及激素响应过程。