毛白楊PtoS1-bZIP亞家族成員的鑒定及表達分析

摘要：[目的]鑒定毛白楊PtoSf-bZIP亞家族成員，解析PtoSl-bZIPs基因響應干旱和鹽脅迫等非生物逆境的表達模式。[方法]通過生物信息學方法對PtoS1-bZIP亞家族進行系統分析，利用實時熒光定量技術檢測該亞家族成員在不同組織中的基因表達特征以及對非生物脅迫的表達響應模式。[結果]從毛白楊基因組中鑒定出10個S1-bZIPs基因，分布在8條染色體上，均無內含子結構。系統進化分析表明，PtoS1-bZIP亞家族可分為3個分支，在毛白楊基因組內有12對共線性基因。順式作用元件分析發現PtoS1-bZIP亞家族成員的啟動子中含有多個光信號、激素與非生物脅迫響應元件。熒光定量結果顯示，PtoS1-bZIP亞家族成員的表達具有組織特異性。第一和第二進化分支中的多數成員在ABA和干旱處理下表達量上調，在鹽脅迫下表達量下調；第三進化分支中的成員在ABA、干旱和鹽處理下均表達上調。[結論]從毛白楊中鑒定出10個PtoS1-bZIPs基因，聚類為3個進化分支，第一和第二分支中多數PtoS1-bZIPs成員的表達受干旱脅迫誘導，而受鹽脅迫抑制；第三分支成員的表達受干旱和鹽脅迫誘導。表明毛白楊PtoS1-bZIPs不同分支成員可能具有功能分化，在響應非生物脅迫過程中發揮不同作用，研究結果為后續解析PtoSl-bZIPs基因調控楊樹抗逆性的分子機制提供了基礎。

關鍵詞：毛白楊；S1-bZIP；基因家族；基因表達

中圖分類號：S718.46 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）04-0062-11

轉錄因子（transcription factor，TF）又稱反式作用因子，可識別并特異性結合靶基因啟動子區的相關順式作用元件，進而激活或抑制基因表達。在植物的生長發育、形態建成及適應環境變化過程中轉錄因子起重要調控作用。堿性亮氨酸拉鏈（basic region/leucine zipper，bZIP）轉錄因子家族是真核生物中分布最廣泛、成員種類最多的家族之一。bZIP主要由位于N-端的堿性結構域和c-端的亮氨酸拉鏈區域組成。堿性結構域由20個氨基酸殘基組成，包含核定位信號和一段固定的N-X7-R/K基序，能夠特異識別并結合啟動子上的順式元件。亮氨酸拉鏈區則由1個或多個重復單位組成，每個重復單位含有7或9個氨基酸，最末位一般是亮氨酸，該區域可以形成兩親性的a螺旋結構，使bZIP蛋白單體形成同源或異源二聚體，從而為bZIP蛋白功能多樣性提供基礎。在擬南芥（Arabidopsis thaliana （L.） Heynh. J中共鑒定出78個bZIP成員，分為13個亞家族。不同亞家族成員之間的功能存在差異，A亞族成員主要參與ABA信號轉導、種子發育和葉片衰老等過程，B和K亞族成員在內質網應激反應中發揮功能，C亞族成員參與種子萌發和環境脅迫過程，D亞族成員在病原體防御方面起重要作用，E和M亞族成員負責花粉發育，F亞族成員是鋅缺乏反應的中心調節因子，G、H和J亞家族成員參與光信號轉導，I亞家族成員主要調控愈傷組織形成和維管發育，S亞家族成員主要在生長發育和環境適應性中調控碳氮代謝與能量穩態。S亞家族包含17個成員，是bZIP家族中最大的一個亞族，但其基因功能報道較少，目前僅對S1組的5個成員（AtbZIP1、AtbZIP2、AtbZIP11/ATB2、AtbZIP44和AtbZIP53）進行了研究。S1類bZIP成員具有獨特的無內含子基因結構，編碼小而高度同源的蛋白。研究表明，S1-bZIPs能與C類bZIP蛋白形成異源二聚體，在蔗糖非發酵-1-相關蛋白激酶（SUCROSE NON-FERMENTINGl RELATED KINASES1，SnRKl）介導的細胞內低能量以及低糖水平感應信號途徑中起重要調控作用。在低能量條件下，擬南芥AtbZIP2、AtbZIP11和AtbZIP44直接激活生長素信號負調控因子tNDOLE-3-ACETIC ACID INDUCIBLE 3（IAA3）的轉錄進而抑制生長素輸出載體尸IN-FORMED（PIN）基因的表達，導致根尖生長素極性運輸減弱，從而抑制根的生長。在種子發育早期，AtbZIP44高水平表達，并與B-甘露聚糖酶7（Endo-p-mannanases 7，MAN7）啟動子區的G-box結合，正調控種子萌發。此外，S1-bZIPs也參與調控植物對非生物脅迫的響應。干旱和鹽脅迫下，AtbZIP1表達量顯著上調，增強Responsive to dehydration 17（RD17）、RD29A和9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase3（NCED3）等脅迫響應基因的表達，進而提高植株的耐受性。AtbZIP53受鹽脅迫誘導，激活下游脯氨酸脫氨酶（PROLINE DEHYDOGENSE1，ProDH）基因的表達，調節植物體內氨基酸代謝重編程以適應鹽脅迫。同時C亞族成員AtbZIP10可與AtbZIP53形成異源二聚體，進一步增強其對ProDH啟動子的結合活性。