甜菜WRKY轉錄因子全基因組鑒定及其在非生物脅迫下的表達分析

孔維龍，于坤，但乃震，楊紹宗，包滿珠，黃向榮，傅小鵬

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甜菜WRKY轉錄因子全基因組鑒定及其在非生物脅迫下的表達分析

孔維龍1，于坤2，但乃震1，楊紹宗1，包滿珠1，黃向榮1，傅小鵬1

（1華中農業大學園藝林學學院/園藝植物生物學教育部重點實驗室，武漢 430070；2石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子832003）

【目的】WRKY轉錄因子是一類植物響應生物、非生物脅迫，對生長發育都起重要調控作用的轉錄因子。在甜菜全基因組信息分析的基礎上，鑒定WRKY家族基因（），解析其組織特異性及鹽、熱脅迫下的表達情況，為該類基因的功能研究提供參考，為觀賞甜菜和石竹目其他觀賞植物的基因工程打下基礎。【方法】以75條擬南芥WRKY蛋白為參考，根據WRKY保守蛋白序列（PF03106）利用hmm和BLAST同源性搜索對甜菜WRKY家族基因進行鑒定。利用MapInspect、GSDS2.0、MEGA5.0、DNAMAN5.0、WebLogo 3、MEME生物信息學工具對甜菜WRKY家族基因染色體定位、系統發生關系、基因結構、蛋白質保守結構域、保守元件進行預測和分析。利用RNA-seq和qRT-PCR分析甜菜組織表達特異性，鹽脅迫、熱脅迫條件下表達情況。【結果】甜菜WRKY家族基因包含40個成員，其中39條不均勻地分布在9條染色體上，另外1條定位到隨機片段上。根據WRKY保守域特征并與擬南芥WRKY蛋白進化分析，可將40個成員分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類，Ⅰ類有9個成員，Ⅱ類有26個成員，Ⅲ類有5個成員。根據進化關系Ⅱ類可進一步分為Ⅱa（1個）、Ⅱb（4個）、Ⅱc（9個）、Ⅱd（5個）和Ⅱe（7個）5個亞類。基因結構分析發現，甜菜外顯子和內含子數目具有高變異性（2—7個外顯子），即使同一亞類內也都差異較大。保守元件分析顯示同一類或亞類內成員具有相同的保守元件。WRKY保守域分析發現2個WRKY七肽域變型：WRKYGKK和WRKYGEK。每個至少在2個組織中表達，30個在葉中表達，40個在花序中均有表達，36個在幼葉中有表達，38個在直根中有表達，39個在幼苗中有表達，36個在種子中有表達。各表達量差異較大，可分為低表達、高表達基因兩類，如、、、、、、、、、和在各組織中均有較高表達，而、、、、和在各組織中均表達較低。熱脅迫條件下、、、、、和上調表達；鹽脅迫條件下、、、和呈現不同程度上調表達；對熱、鹽2種脅迫均有明顯響應。【結論】甜菜WRKY蛋白結構高度保守，基因序列長度和內含子數量變化很大，在不同組織中呈現出多種表達模式，部分響應熱或鹽脅迫，對甜菜逆境生理調控起重要作用。

甜菜；WRKY轉錄因子；生物信息學；脅迫；表達分析

0 引言

【研究意義】甜菜（）是溫帶地區重要的產糖作物，據聯合國糧食農業組織（FAO）統計，世界每年30%的植物糖產量均出自于甜菜，同時它也是生產生物乙醇、天然色素、食用蔬菜及動物飼料的重要來源，近年來越來越多的甜菜栽培種（紅梗葉甜菜、紅葉甜菜）作為觀賞植物被廣泛應用于景觀配置[1]。WRKY作為一類對植物生長發育、逆境響應都有重要作用的轉錄因子，對其進行全面的生物信息學分析和表達特異性研究，對甜菜栽培、育種、生產推廣以及功能研究具有重要意義。【前人研究進展】WRKY家族是最大的轉錄因子之一，因高度保守的WRKY保守域而得名。WRKY保守域能夠特異識別并結合靶基因啟動子區域的W盒[C/T]TGAC[T/C]和SURE元件（糖響應順式元件）。WRKY保守域包含大約60個氨基酸，由1個N端WRKYGQK七肽域和C端鋅指結構構成[2]。WRKYGQK七肽域又有WRKYGKK、WRKYDQK和WRKYDHK[3]等多種變型；鋅指結構有C2H2（CX4-5CX22-23HX1H）和C2HC（CX7CX23HX1C）2個類型。除WRKYGQK七肽域和鋅指結構外，一些WRKY蛋白還含有亮氨酸拉鏈結構（LZ）、核定位信號域（NLS）、絲氨酸/蘇氨酸富集域、谷氨酰胺富集域和脯氨酸富集域[4-5]。根據WRKY域數量和鋅指結構類型，WRKY家族可被分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類。第Ⅰ類包含2個WRKY七肽域和1個C2H2型鋅指結構；第Ⅱ類包含1個WRKY七肽域和1個C2H2類型鋅指結構；第Ⅲ類包含1個WRKY七肽域和1個C2HC型鋅指結構。第Ⅱ類根據進化關系可細分成Ⅱa+b、Ⅱc和Ⅱd+e 3類[6]。最先報導的WRKY轉錄因子是甘薯的[7]，隨后相繼在馬鈴薯[8]、煙草[9]、小麥和大麥[10-11]、擬南芥[12-16]、胡椒[17]、水稻[18-20]、辣椒[21]、楊樹[22]、油菜[23]、黃瓜[24]、棉花[25]、胡蘿卜[26]、番木瓜[27]、柳樹[28]、蘋果[29]、谷子[30]等鑒定得到WRKY轉錄因子。大量研究表明，WRKY轉錄因子作為正調蛋白或負調蛋白對植物應答生物與非生物脅迫起調節作用。除此之外，也參與調控植物生理發育過程，涉及激素信號轉導、生物合成調節、葉片衰老、胚形成及種子萌發等多個方面[5,31]。如擬南芥的WRKY轉錄因子應答脫落酸和干旱脅迫[32]。超量表達和的轉基因小麥在耐鹽性、耐旱性和抗凍性等方面均有提高[33]。在水稻糊粉細胞，WRKY轉錄因子還能調控GAMYB（GA轉錄因子激活子）介導GA信號途徑[34]。【本研究切入點】甜菜是重要的產糖作物，同時觀賞甜菜和石竹目其他觀賞植物，如香石竹（）、石竹（）、須苞石竹（）等被廣泛應用于室內裝飾、園林造景等領域。但它們生長發育均容易受多種生物、非生物逆境的影響，嚴重影響甜菜產量，限制觀賞甜菜和石竹目其他觀賞植物的應用和推廣。而目前石竹目植物高質量的基因組和轉錄組可利用數據相對有限，僅甜菜具有高質量的基因組和轉錄組數據可供利用。【擬解決的關鍵問題】以甜菜全基因組為基礎，鑒定WRKY家族成員，分析基因結構、染色體定位、亞細胞定位、蛋白保守結構域及系統發生關系等信息，明確甜菜WRKY家族基因在各個組織中的表達特征和多種脅迫條件下的表達模式。為WRKY轉錄因子功能的解析和抗逆調控網絡的構建打下基礎，同時預測出與觀賞甜菜抗逆性緊密相關的候選，為觀賞甜菜以及石竹科其他觀賞植物抗逆分子育種提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年12月至2017年2月在華中農業大學園藝植物生物學教育部重點實驗室完成，供試品種為觀賞甜菜（var.），購于北京東升種業有限公司。播種于人工氣候箱（達斯卡特RGL-P，合肥），光照強度16 000 lx，光周期為16 h光照/8 h黑暗，培養溫度22℃，相對濕度65%。待小苗長至6—7片葉時，進行鹽和高溫非生物脅迫處理。用300 mmol·L-1NaCl溶液澆灌植株根部以模擬鹽脅迫，設置清水澆灌為對照，2日后取頂部第2、3片幼葉樣品迅速放入液氮保存。高溫處理方式：38℃處理2 h，之后取頂部第2、3片幼葉迅速放入液氮保存。所有脅迫處理均于人工氣候箱進行，對照和處理分設3次重復，每個重復6株。

1.2 甜菜WRKY家族基因的鑒定

使用hmm和BLAST同源性搜索兩種方法來鑒定WRKY轉錄因子，WRKY蛋白結構域信息（PF03106）來自Pfam數據庫（http://pfam.xfam.org/），利用該結構域HMM文件，用HMMER 3.0軟件在甜菜功能基因組數據庫（http://www.genomforschung.uni-bielefeld. e/en/projects/annobeet）中進行的對比搜索[29]，參數設置為默認參數。下載已鑒定的75條擬南芥WRKY蛋白序列，利用在線基因組BlastP搜索，再次搜索WRKY轉錄因子。去除重復序列，利用Pfam和SMART（http://smart.embl-heidelberg.de/）對候選基因進行進一步確認，最終獲得甜菜WRKY家族基因。

1.3 甜菜WRKY家族基因的生物信息分析

甜菜WRKY家族基因內含子、外顯子和基因組定位信息均來自于甜菜基因組數據庫，利用在線軟件GSDS2.0（http://gsds.cbi.pku.edu.cn/index.php）繪制基因結構圖，運用MapInspect工具繪制染色體定位圖；利用序列分析軟件DNAMAN 5.0和在線軟件WebLogo 3（http://weblogo.threeplusone.com/）分析甜菜WRKY蛋白的WRKY保守域；利用在線軟件 MEME（http://meme-suite.org/tools/meme）對甜菜WRKY蛋白進行基序預測，參數中預測數目設置為8，其他參數均為默認設置；利用MEGA5.0軟件對甜菜WRKY家族蛋白序列與擬南芥WRKY蛋白序列（每個家族/亞家族隨機選取2個）進行比對，用鄰位（Neighbor-Joining）算法構建系統發生樹，校驗參數Bootstrap重復1 000次。

1.4 甜菜表達分析

RNA-seq數據來自于SRA（SRX287608-287615；SRX647324；SRX647712；SRX647714）（https://www. cbi.nlm.nih.gov/sra/）[35]，分析甜菜在不同組織（幼苗、直根、幼葉、葉、花序、種子）中的表達情況以及各在鹽脅迫、熱脅迫下幼葉中表達變化。具體方法：用HISAT2將reads比對到參考基因組上，用StringTie計算基因表達量[36]。

RNA-seq測序用KWS2320植株生長于沙灘，生長溫度21℃，光周期為10 h光照/14 h黑暗，光照強度4 000—6 000 lx，相對濕度60%。測序樣品為花序、直根、基部葉片、幼葉（頂端第3、4片幼葉不含葉中脈）、種子樣品，幼苗為20℃培養2 d的出芽苗[1,36]。鹽脅迫處理：植株全營養液水培，23 d苗齡時轉入含50 mmol·L-1NaCl的全營養液，每天增加50 mmol·L-1NaCl濃度，逐漸增加NaCl濃度到300 mmol·L-1，此后保持300 mmol·L-1NaCl全營養液脅迫2 d，于第30天采取幼葉樣品。熱脅迫處理：植株全營養液水培30 d，幼葉樣品采摘前進行35℃高溫脅迫3 h。對照幼葉取材于全營養水培30 d的植株。所有樣品使用Nucleospin RNA Plant kit試劑盒（Macherey-Nagel，德國）進行提取，利用Hiseq 1500測序儀進行雙末端測序[35-36]。

采用EASYspin植物RNA快速提取試劑盒（艾德萊生物科技有限公司，北京）和TRUEscript 1st Strand cDNA Synthesis Kit With gDNA Eraser反轉錄試劑盒（艾德萊生物科技有限公司，北京）提取樣品RNA反轉錄成cDNA。使用Primer 5軟件設計實時定量PCR（qRT-PCR）特異性引物，由上海生工生物工程有限公司合成（表1）。

表1 熒光定量PCR擴增引物序列

使用ABI公司（美國）Q7實時定量儀進行熒光定量分析，定量試劑選用寶生物工程（大連）有限公司SYBR Premix EX TaqTMII，以作為內參基因（KF214784）[37]。反應體系（10 μL）為SYBR染料5 μL、DyII 0.2 μL、ddH2O 3 μL、上下游引物各0.4 μL、cDNA 1 μL。反應條件為95℃ 4 min；95℃ 20 s，60℃20 s，72℃ 40 s，40個循環，每個處理3次重復。采用2-ΔΔCT法進行數據分析，基因的相對表達量使用平均值（mean）±標準誤（SE）表示。

2 結果

2.1 甜菜WRKY家族基因的鑒定與系統發育分析

共篩選得到40個甜菜（表2），根據Eulgem等[2]和Rushton等[31]描述的WRKY保守域，可將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類。其中Ⅰ有9個成員；Ⅱ類有26個成員；Ⅲ類有5個成員。參照擬南芥中的分類標準，根據進化關系進一步將Ⅱ類歸為Ⅱa（1個）、Ⅱb（4個）、Ⅱc（9個）、Ⅱd（5個）和Ⅱe（7個）亞類。甜菜WRKY蛋白序列與擬南芥（每類或亞類、隨機選取兩條）進行聚類和系統發生分析的結果（圖1）與根據WRKY結構域和鋅指類型進行鑒定的結果（表2）一致，Ⅲ類是獨立的分支，Ⅰ和Ⅱ類顯示相對較近的關系；Ⅱ-a和Ⅱ-b亞類聚類成一個分支，Ⅱ-e和Ⅱ-d亞類聚類成一個分支，Ⅱ-c與I聚類為一個分支。此外，與擬南芥和水稻類似，甜菜Ⅱ類也可分成Ⅱa+b、Ⅱc和Ⅱd+e 3類，整個WRKY被分成5類（圖1）。

表2 甜菜WRKY家族基因信息

*為WRKY結構變型* modified WRKY heptapeptide

黑色方框代表甜菜WRKY蛋白，白色方框代表擬南芥WRKY蛋白。Ⅰ代表Ⅰ類，Ⅱ-a+b代表Ⅱ-a+b類，Ⅱ-c代表Ⅱ-c類，Ⅱ-d+e代表Ⅱ-d+e類，Ⅲ代表Ⅲ類，Ⅱa代表II a亞類，Ⅱb代表Ⅱb亞類，Ⅱc代表Ⅱc亞類，Ⅱd代表Ⅱd亞類，Ⅱe代表Ⅱe亞類。下同

2.2 甜菜WRKY蛋白WRKY保守域序列分析

對甜菜WRKY保守域進行分析，發現此域高度保守（表2、圖2），偶有變型。其中Ⅰ類的C端WRKY七肽域和鋅指結構為WRKYGQK和CX4CX23HXH，N端WRKY七肽域和鋅指結構為WRKYGQK和CX4CX22HXH（例外，其鋅指結構是CX4CX23HXH形式與C段鋅指更類似）；Ⅱ類a、b、d、e亞類WRKY七肽域和鋅指結構為WRKYGQK和CX5CX23HXH（例外，其WRKY七肽域是WRKYGEK形式，為WRKY七肽域變形），Ⅱ類c亞類七肽域和鋅指結構為WRKYGQK和CX4CX23HXH（例外，其WRKY七肽域WRKYGKK，為WRKY七肽域變異）；Ⅲ類七肽域和鋅指結構為WRKYGQK和CX7CX23HXC（圖2）。

2.3 甜菜內含子和外顯子結構分析

甜菜外顯子和內含子數目具有高變異性（2—7個外顯子）（圖3）。4個含有2個外顯子，占10%；23個含有3個外顯子，占57.5%；7個含有4個外顯子，占17.5%；4個含有5個外顯子，占10%；僅有2個含有6個外顯子。Ⅲ類和Ⅱd+e類多為3個外顯子（和例外，只有2個）；Ⅱc、Ⅱa+b和Ⅰ類數量變異性較大，其中Ⅰ類和Ⅱa+b類變異性極大（3—6個外顯子）。Ⅲ類和Ⅱd+e類相對保守，而Ⅱc、Ⅱa+b和Ⅰ類內含子外顯子結構分化嚴重，變化較大。

Ⅰ類被分為Ⅰ-C亞類和Ⅰ-N亞類，Ⅱ-a, b代表Ⅱa與Ⅱb亞類，Ⅱ-c代表Ⅱ-c亞類，Ⅱ-d代表Ⅱ-d亞類，Ⅱ-e代表Ⅱ-e亞類，Ⅲ代表Ⅲ類

圖3 甜菜WRKY內含子和外顯子結構

2.4 甜菜染色體定位

染色體定位結果顯示，甜菜40個中有39個分布于9條染色體中，且呈不均勻分布，1個（）未能定位到任何染色體上（圖4），定位在隨機片段上。其中第2和6染色體上的分布最多，各有7個，各占17.5%；第5和1染色體次之，各有6、5個，各占15%、12.5%；第9染色體分布最少，僅有2個，占5%；第3、4、7和8染色體均分布3個，各占7.5%（圖4）。甜菜各類基因在染色體上的分布也存在差異，其中Ⅱd+e類分布最為廣泛，除第7染色體之外，其他8條染色體上均有分布；Ⅰ類分布于第2、4、6、7、9染色體上；Ⅱc類分布于第1、2、3、5、6染色體上，并有一條未能定位到任何染色體上；Ⅲ類分布于第1、2、3、5、7染色體上；Ⅱa+b類分布于第2、5、6、8染色體上（圖4、表2）。甜菜在9條染色體上的分布較多，進一步對其進行串聯重復情況分析。以2個或多個同源基因（屬于相同的家族基因或類）在染色體上的物理位置不超過100 kb，彼此之間相似度大于40%，即為串聯重復基因為標準[29,38-39]，并沒有發現任何串聯重復和片段重復情況，即使有些基因彼此之間物理距離較近，如和物理距離為小于100 kb，也因不屬于同一類，排除其串聯重復的可能。

圖4 甜菜WRKY染色體定位

2.5 甜菜WRKY家族基因保守元件

分析保守元件預測結果，Motif 1和Motif 3包含WRKY七肽域，Motif 2和Motif 4為鋅指結構域，Motif 1和Motif 2構成C端WRKY盒；Motif 3和Motif 4構成N端WRKY盒。Motif 6是亮氨酸拉鏈盒（BRLZ domain），Motif 7是蘇氨酸富集域，Motif 5和Motif 8為未知盒。Ⅰ類具有2個WRKY盒，具有Motif 1—Motif 4共4個motif，而其他類只具有C端WRKY盒，即僅具有Motif 1和Motif 2，無Motif 3和Motif 4。Motif 5幾乎存在于Ⅰ類、Ⅱc類的每一個成員中（除BvWRKY 7外），部分存在于Ⅱd+e、Ⅲ中，而Ⅱa+b類中無Motif 5；Motif 6和Motif 8特異地存在于Ⅱa+b類中；Motif 7僅偶然存在于Ⅱa+b、II c、Ⅱd+e中（圖5）。各類motif存在數量和種類較為固定，與系統發育樹結果（圖1）和鑒定分類結果（表2）一致。

2.6 甜菜組織特異性表達譜

分析根、葉、幼葉、花序、幼苗和種子6個組織的RNA-seq數據，發現每個至少在2個組織中表達。其中，30個在葉中表達，40個在花序中均有表達，36個在幼葉中有表達，38個在直根中有表達，39個在幼苗中有表達，36個在種子中有表達。40個在各組織中的表達量存在較大差異，直根中總表達量最高（RPKM=371.05）；在幼葉、種子、幼苗中次之，RPKM分別為311.47、251.17、208.00；花序、葉中表達最少，RPKM分別為142.07、119.33。6個組織的表達譜聚類發現，花序、幼葉和葉中的表達較為類似；種子、幼苗和直根中的表達較為類似（圖6）。

通過聚類分析，40個基因在各組織中的表達結果可明顯的分為兩組，一組（A組）包括22個成員，為高表達基因；另一組（B組）包括18個成員，為低表達基因。A組中所有基因在各組織中均有表達，但各成員之間表達模式差異較大，一部分基因在各個組織中均有較高表達量，如、、、、、、、、、和。一部分基因呈現組織表達特異性，如優勢表達于幼苗和種子；優勢表達于直根和幼苗；在葉中優勢表達。B組中有6個基因在各個組織中均表達量較低，分別為、、、、和。12個基因在某些組織中優勢表達，其他組織中表達量極低。如、和優勢表達于直根；優勢表達于幼葉；優勢表達于種子（圖6）。

2.7 甜菜在2種非生物脅迫下的表達譜

對熱脅迫和鹽脅迫處理后幼葉RNA-seq結果進行分析。熱脅迫之后，大部分下調表達，其中、下調最為明顯；有7個呈現不同程度的上調表達，其中、、、和上調較為明顯（圖7）。鹽脅迫條件下，絕大多數出現不同程度的下調表達，其中下調最為明顯。少數基因呈現上調表達，其中和上調表達最為明顯。此外，在熱脅迫和鹽脅迫后均出現上調表達，推測對熱和鹽2種非生物逆境均有積極響應作用（圖7）。

2.8 甜菜的qRT-PCR表達分析

根據RNA-seq分析結果，鹽脅迫下5個基因表達量明顯上調，熱脅迫下7個基因上調表達，這些基因被初步認定為抗逆相關候選基因（表1）。利用qRT-PCR進一步分析6—7片葉齡的觀賞甜菜中這些候選基因在鹽脅迫和熱脅迫下的表達模式。結果表明，鹽脅迫條件下、、、、3表達量上調；熱脅迫下、、、、、、表達量上調（圖8），與RNA-seq結果基本一致。略有不同的是鹽脅迫和熱脅迫下，qRT-PCR分析結果中基因上調程度均沒有RNA-seq分析結果高。究其原因，可能與甜菜品種、脅迫方式及脅迫強度有關。

3 討論

甜菜屬于真雙子葉植物的基部類群，對其WRKY轉錄因子系統的鑒定填補了被子植物到核心雙子葉植物WRKY轉錄因子無人報道的空缺。本研究共鑒定出40個甜菜WRKY轉錄因子，不存在缺失類和亞類等情況。其的數量與被子植物基部植物的挪威云杉（32個）[26]和核心雙子葉植物加拿大油菜（43個）[23]以及蓖麻子（47個）[40]相接近。相較其他雙子葉植物以及單子葉植物差別較大，如楊樹有104個[41]、大豆有188個[42]、棉花有116個[43]、大白菜有145個[44]、蘋果有139個[26]、擬南芥有74個[5]，均遠多于甜菜。究其原因，發現這些物種都經歷過基因重復事件，包括全基因組復制、串聯復制和片段復制。如白菜在進化過程中經歷六倍體階段，由全基因組復制事件產生3個亞基因組，導致白菜大量基因發生擴張。另外，花生（75個）[45]、蘋果[29]、水稻[26]、擬南芥[5]、馬鈴薯（81個）[26]、番茄（81個）[46]均發生過串聯復制和片段復制，導致基因數量增多。相比于上述物種，甜菜既沒有發生過全基因組的復制事件，WRKY轉錄因子又無串聯或片段復制發生，這是其家族基因數量較少的重要原因。

WRKY轉錄因子WRKYGOK基序與DNA的“大溝”結合，進而與W-box的T上的甲基原子團進行非極性結合識別DNA。WRKYGOK基序的變異將導致與T-box結合能力大幅下降甚至完全喪失。在甜菜中發現2個WRKY七肽域變型：的WRKYGKK七肽域和的WRKYGEK七肽域。在番茄[38]、桃樹[47]中亦有WRKYGKK七肽域，而WRKYGEK七肽域卻少有報道。大豆中含有WRKYGKK變體的和不能正常結合W-box[48]。具有WRKYGKK變體的煙草的識別另一結合序列TTTTCCAC而不是正常Wbox[49]。推測甜菜2個WRKY七肽域變型可能使WRKY蛋白失去與DNA的識別和結合能力，或者能識別其他新基序，產生新的功能。

分析組織表達特征，發現甜菜在各組織表達差異較大，總表達量在根部最高，在葉表達量最低，大多數基因在根中優勢表達，如、和。類似的，丹參絕大多數（22/61）也在根中呈現優勢表達，總表達量較其他組織高[50]。水稻也在根優勢表達，試驗證明磷酸鹽匱乏的處理條件下，超量表達的水稻Pi含量較對照高6%，分蘗數、谷粒重量均高于對照，證明能提高水稻對磷酸鹽的吸收[51]。擬南芥、亦在根中優勢表達，其超量表達植株亦被證明能增加根Pi含量和提高Pi吸收率[52-53]。推測甜菜在根中優勢表達部分也可能涉及磷酸鹽吸收與轉運途徑。

RNA-seq和qRT-PCR的結果均表明、、、、表達量受鹽脅迫誘導而上調表達；、、、、、表達量受熱脅迫誘導而上調表達。在水稻、小麥、葫蘆卜、馬鈴薯等物種中亦有轉錄因子響應鹽、熱、冷、干旱脅迫上調表達的報道[26,54-56]，觀賞甜菜的在鹽和熱脅迫條件下均被誘導上調表達，表明轉錄因子家族對植物適應脅迫環境有重要作用，與植物逆境生長密切相關，部分WRKY轉錄因子響應多種脅迫。

4 結論

甜菜WRKY家族基因序列長度和內含子數量變化很大，但蛋白結構高度保守；在不同組織中呈現出多種表達模式。RNA-seq和qRT-PCR分析發現、、、和受鹽脅迫誘導表達上調，、、、、、和受熱脅迫誘導表達上調，推測這些基因可能參與了甜菜非生物逆境下生長發育的調控。

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（責任編輯 李莉，岳梅）

Genome-wide Identification and Expression Analysis of WRKY Transcription Factor under Abiotic Stress in

KONG WeiLong1, YU Kun2, DAN NaiZhen1, YANG ShaoZong1, Bao ManZhu1,HUANG XiangRong1, FU XiaoPeng1

(1College of Horticulture and Forestry Sciences, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Horticultural Plant Biology, Ministry of Education, Wuhan 430070;2College of Agronomy, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecological Agriculture, Xinjiang Production and Construction Group, Shihezi 832003, Xinjiang)

【Objective】WRKY transcription factor is a kind of transcription factor which plays an important role in plant response to biotic, abiotic stress, plant growth and development.Based on the sugar beet genome information, the WRKY family genes () were identified, tissue-specific expression profiles and expression pattern under salt and heat stresses were analyzed. The aim of the study is to provide reference for thegene function research, and lay a foundation for ornamental beet () and other Dianthus ornamental plant genetic engineering research. 【Method】 A total of 75WRKY proteins were used as

, according to WRKY conserved protein sequence (PF03106), thegenes ofwere identified by hmm and BLAST homology searches, and the chromosome location, phylogeny, gene structure, conserved domain, conserved element were also analyzed by MapInspect, GSDS2.0, MEGA5.0, DNAMAN5.0, WebLogo 3 and MEME bioinformatics tools. The specificity ofgenes expression and expression pattern under salt stress and heat stress ofwere analyzed by RNA-seq and qRT-PCR analysis. 【Result】gene family contained 40 members, 39 were unevenly distributed on 9 chromosomes, 1 on the random fragment. According to the WRKY conserved domain features and the evolution analysis with, 40 members were divided into three classes: Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ. classⅠhad 9 members, class Ⅱ had 26 members and class Ⅲ had 5 members. According to the evolutionary relationship, class Ⅱ further divided into five subclass: Ⅱa (1), Ⅱb (4), Ⅱc (9), Ⅱd (5) and Ⅱe (7). Genetic structure analysis showed that exon and intron number ofgenes had high variability (2-7 exons), even within the same subgroup. Conserved element analysis showed that within the same class or subclass had the same conserved elements. WRKY conserved domain analysis revealed two mutations in the WRKY domain: WRKYGKK and WRKYGEK. Eachwas expressed in at least two tissues, 30were expressed in leaf, 40were expressed in inflorescence, 36were expressed in young leaf, 38were expressed in root, 39were expressed in seedling, and 36were expressed in seed. The expression levels ofgenes were also different. Allgenes were divided into two types: low expression genes and high expression genes.Such as:,,,,,,,,,andwere highly expressed in all tissues;,,,,andwere low expressed in all tissues.,,,,andgenes were up-regulated under heat stress, and,,,andwere up-regulated under salt stress. In addition,had a significant response to both heat and salt stress. 【Conclusion】WRKY proteins are highly conserved, the length of the gene sequence and the number of introns varied widely, allgenes showed a variety of expression patterns in different tissues, somegenes responded to heat or salt stress, which play an important role in stress physiological regulation.

; WRKY transcription factor; bioinformatics; stress; expression analysis

2017-02-23；接受日期：2017-04-25

國家自然科學基金（31000918）、中央高校基本科研業務費專項（2662015PY052，2662016PY041)

孔維龍，E-mail：Asuraprince@126.com。通信作者傅小鵬，E-mail：fuxiaopeng@mail.hzau.edu.cn