枣bHLH基因家族与TIFY基因家族的全基因组鉴定与功能分析

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枣(Ziziphus jujuba Mill.)是鼠李科植物中具有较高经济价值的树种,也是我国最具代表性的民族果树之一。枣树抗逆性强,其果实营养丰富,是传统的滋补佳品。bHLH(basic helix-loop-helix)基因家族是植物中最大的转录因子家族之一,TIFY家族广泛存在于陆生植物中,这两类转录因子不仅对于植物的正常生长发育必不可少,同时参与植物适应多种逆境胁迫的反应过程。此外,一些bHLH家族成员可以与TIFY家族成员尤其是JAZ蛋白相互作用,参与茉莉酸通路对植物生长发育、抗寒性、抵御病原体侵染等各方面的调控。
  本研究开始前,枣bHLH家族和TIFY家族的研究还未见报道,二者成员之间的作用机制也不清楚。因此,本研究针对枣bHLH家族和TIFY家族基因的数量、分类、基因结构及表达情况等进行了系统分析,并从ZjbHLH家族中筛选出了与枣花、果实发育和抗逆性相关的关键候选基因;同时,发现ZjTIFY家族中ZjJAZ类基因在枣疯病病树中的表达存在差异;此外,还通过酵母双杂技术验证了ZjMYC2与ZjJAZs蛋白的互作关系,初步建立了枣茉莉酸通路响应植原体侵染的核心信号因子,为进一步研究枣茉莉酸通路对植原体侵染的应激机制进行了铺垫。主要结果如下:
  1.在枣全基因组中鉴定出92个bHLH基因,并通过构建进化树、保守域分析、同源蛋白比对将其分为16类,各类中的保守域相对保守,还发现了10个非典型bHLH基因。该家族成员编码蛋白氨基酸残基个数94aa~891aa,分子量10.6KD~78.7KD,等电点小于7的占66.3%,大部分呈弱酸性。从理化性质看,该家族成员之间特性差异较大。
  2.在92个ZjbHLH基因中,有70个基因定位于枣12条假染色体上,17个基因定位于12个scaffolds上。该家族基因在12条染色体上不均匀分布,在第1(9)、4(7)、6(7)、8(9)、9(9)染色体上分布最多。此外,在染色体上有基因成簇分布,形成串联重复基因(ZjbHLH27和ZjbHLH53;ZjbHLH38、ZjbHLH40和ZjbHLH41;ZjbHLH64和ZjbHLH37;ZjbHLH17、ZjbHLH2O和ZjbHLH21)。
  3.利用在线蛋白互作预测网站STRING对ZjbHLH基因家族成员进行了内部互作预测,为发掘功能关联基因做了铺垫。
  4.选取37个bHLH基因在枣和酸枣中进行了组织特异性表达分析,结果发现多数ZjbHLHs在枣和酸枣中的表达模式相似,部分基因表达程度存在差异;部分基因主要表达于营养器官(ZjbHLH1,2,3,4,11,63,65,81,83,and87),ZjbHLH60主要在生殖器官表达;ZjbHLH62在枣和酸枣各部位稳定表达。综合看,大部分ZjbHLHs具有不同的组织特异表达模式,说明它们在不同器官中发挥着多种作用。
  5.利用RT-qPCR技术进一步分析ZjbHLH基因在花、果不同发育时期及枣疯病不同患病程度叶片中的表达情况,确定了部分与枣花、果实发育及枣疯病相关的关键候选基因,为下一步的基因功能验证奠定了基础。
  6.鉴定出15个ZjTIFY家族基因,其开放阅读框长度变化较大,从444bp到1266bp,编码蛋白大小为147aa~421aa,分子量大小为37.25KD~105.28KD,其等电点极为相近,平均值约为5.11,均属弱酸性蛋白。该家族分为四小类,各小类可以根据不同的保守域区分,TIFY域是其共有保守域;其中包括7个ZjJAZ基因。
  7.对7个ZjJAZ基因在枣疯病不同患病程度叶片中的表达进行了分析,结果发现ZjJAZ1、ZjJA26和ZjJA27在患病叶片中高表达;ZjJA22、ZjJA23、ZjJA24和ZjJA25则是在患病叶片中低表达,表明ZjJAZ基因确实参与了枣树与植原体的互作。
  8.利用酵母双杂技术对ZjbHLH9、ZjbHLH10及ZjJAZs进行蛋白互作验证,初步建立了枣茉莉酸通路在应答植原体侵染中的核心信号因子。
  综上,本研究在对枣bHLH家族和TIFY家族进行全基因组搜索和生物信息学分析的基础上,筛选出了与枣花、果实发育及与枣疯病应答相关的候选基因,以及枣茉莉酸通路响应植原体侵染的核心因子,为进一步揭示枣树与植原体互作的分子机制提供了线索和依据。
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