葡萄bZIP基因家族的生物信息学及其表达分析

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葡萄(Vitis vinifera L.)是世界上最重要的水果之一,葡萄基因组序列的发布为在基因组水平上鉴定葡萄的优良农艺性状、抗逆(病)相关基因提供了重要资料。bZIP转录因子广泛参与植物的各种抗逆(病)生理过程。迄今为止,虽然bZIP转录因子家族基因在多种植物中已有研究,但在葡萄中的研究并不多,所以对其在葡萄中进行相关分子生物学研究,以揭示bZIP转录因子的生物学功能,具有重要的意义。本研究利用生物信息学搜索鉴定出了葡萄基因组中的bZIP家族基因,利用进化树分析、MEME蛋白基序分析、外显子-内含子结构分析、同线性分析等生物信息学方法系统地分析和预测了葡萄bZIP基因家族的进化和功能;利用半定量RT-PCR技术研究了葡萄bZIP基因在生物、非生物、激素处理条件下的表达情况,克隆了葡萄抗逆相关基因。获得的主要结果如下:1.利用生物信息学在葡萄基因组中共搜索到47个葡萄bZIP基因,并按照其染色体定位顺序分别名为VvbZIP1到VvbZIP47,长度由131个氨基酸到680个氨基酸不等,平均长度为336个氨基酸。2.葡萄、拟南芥、水稻三个物种的bZIP基因进化树分析表明葡萄与拟南芥的亲缘关系相比水稻更近一些,表明它们拥有一个共同的双子叶植物祖先,同时按照聚类情况把葡萄bZIP基因划分为13个亚族。3.葡萄bZIP基因的进化树分析、MEME蛋白基序分析、外显子-内含子结构分析表明具有相同结构的葡萄bZIP聚类更近一点,证明葡萄bZIP基因家族在进化中比较保守。4.葡萄bZIP基因组的同线性分析和染色体定位分析表明,部分重复和串联重复对基因家族的扩增具有重要的作用,但部分重复贡献更大一些。5.葡萄与拟南芥bZIP基因的同线性分析显示大部分葡萄和拟南芥bZIP基因多对同源基因定位在线性相关的区域,表明它们拥有一个共同祖先与相似的功能。由于拟南芥bZIP基因研究很深入,所以可以根据已知的拟南芥bZIP基因的功能预测对应的葡萄bZIP基因的功能。6.葡萄bZIP基因在生物、非生物、激素处理条件下的表达结果显示葡萄bZIP基因在白粉病菌处理下VvbZIP37和VvbZIP16的表达较明显;在高盐、干旱处理下有19个葡萄bZIP基因的表达为上调,4个葡萄bZIP基因的表达为下调,6个葡萄bZIP基因在高盐、干旱处理下表达均为上调;18个葡萄bZIP基因在MeJA处理下有表达,其中11个葡萄bZIP基因的表达为上调7个葡萄bZIP基因的表达为下调;13个葡萄bZIP基因在SA处理下有表达,其中4个葡萄bZIP基因的表达为上调9个葡萄bZIP基因的表达为下调;24个葡萄bZIP基因在ABA处理下有选择性表达,其中4个葡萄bZIP基因的表达为上调21个葡萄bZIP基因的表达为下调;12个葡萄bZIP基因在Eth处理下有表达,其中7个葡萄bZIP基因的表达为上调5个葡萄bZIP基因的表达为下调。证明此家族基因在葡萄抗逆(病)中扮演着重要的角色。7.综合生物信息学分析和表达分析的结果,采用半定量RT-PCR技术从中国野生毛葡萄‘商-24’和葡萄品种‘巨峰’中克隆了VqbZIP30、VqbZIP36和VvbZIP39这3个抗逆相关基因;VqbZIP30基因ORF全长978bp,编码325个氨基酸;VqbZIP36基因ORF长度为969bp,编码322个氨基酸;VvbZIP39基因ORF长度为1344bp,编码447个氨基酸。这为进一步研究VqbZIP30、VqbZIP36和VvbZIP39基因功能提供前期基础。
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