巨桉轉(zhuǎn)錄因子ZF-HD基因家族及其功能初步分析

摘要：[目的]解析轉(zhuǎn)錄因子ZF-HD在桉樹生長發(fā)育中的作用，進(jìn)而深入了解其在桉樹中如何發(fā)揮功能。[方法]在本研究中利用生物信息學(xué)鑒定巨桉ZF-HD基因家族成員，并對其染色體定位、理化性質(zhì)、基因結(jié)構(gòu)、蛋白保守結(jié)構(gòu)域和表達(dá)模式進(jìn)行分析。[結(jié)果]桉樹中共發(fā)現(xiàn)10個基因家族成員，編碼78-343個氨基酸，幾乎所有成員都屬于堿性蛋白質(zhì)，主要定位于細(xì)胞核，且motifl在ZF-HD家族中非常保守，其啟動子順式作用元件主要為激素應(yīng)答、生長發(fā)育和逆境應(yīng)答等響應(yīng)元件。ZF-HD基因家族成員在不同組織、不定根誘導(dǎo)和不定芽誘導(dǎo)過程中的表達(dá)分析表明，大多數(shù)家族成員在不同組織中存在著差異表達(dá)，且家族成員主要在頂端等初生生長階段表達(dá)。且巨桉ZF-HD家族部分成員在不定根和不定芽誘導(dǎo)階段表達(dá)量顯著上升，亞細(xì)胞定位分析與預(yù)測結(jié)果相同。同時(shí)EgrZHD2定位于細(xì)胞核，且在莖尖的表達(dá)量較高，隨著莖頂端向下其表達(dá)量顯著下降。[結(jié)論]巨桉ZF-HD基因家族成員在桉樹不定根和不定芽誘導(dǎo)等發(fā)育中起著重要的調(diào)控作用。EgrZHD2作為重要的轉(zhuǎn)錄因子作用于桉樹的初生生長以及不定根誘導(dǎo)等生物學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：巨桉；轉(zhuǎn)錄因子；ZF-HD；發(fā)育；表達(dá)模式；生物信息學(xué)分析

中圖分類號：S722 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）04-0073-12

ZF-HD是一類植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，在生長發(fā)育、作物產(chǎn)量質(zhì)量以及逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。主要包含一個鋅指結(jié)構(gòu)域（zine finger，ZF）和一個同源異形盒結(jié)構(gòu)域（homeodomain，HD）。ZF結(jié)構(gòu)域在自然界中廣泛存在，一般由鋅離子和半胱氨酸、組氨酸構(gòu)成，能特異地結(jié)合到DNA/RNA上，也能促進(jìn)蛋白間的互作。HD含有一個由180個堿基組成的同源異形框（homeobox），穩(wěn)定翻譯形成一個高度保守的三螺旋結(jié)構(gòu)域，能夠與特定DNA序列相互作用，調(diào)控靶基因的表達(dá)水平，從而參與植物的生長發(fā)育。植物中HD主要分為ZF-HD、HD-ZIP（Homeodomain-Ieucine zipper）、PHD（Plant homeodomain-finger）、KNOX I-II（Knotted-like homeobox）、WOX （Wuschel-related homeobox），BLH（BELl-Iike homeodomain）等亞家族。其中ZF-HD家族又分為ZHD和MIF兩個亞家族，其中MIF基因只含有ZF結(jié)構(gòu)域，并不編碼HD結(jié)構(gòu)域。

ZF-HD轉(zhuǎn)錄因子首先在C4植物黃花菊（Flaveria trinervia Spreng）中鑒定，發(fā)現(xiàn)FtZHD主要通過調(diào)控C4磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（PEPCase）的合成，進(jìn)而影響C02固定的過程。在擬南芥（Arabidopsis thaliana L）中17個ZF-HD基因家族成員中有13個成員特異或主要在花器官巾表達(dá)，其家族成員HB （Homeobox）基因可能通過ZF-HD結(jié)構(gòu)域參與花的發(fā)育調(diào)控。相似的結(jié)果在番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）和苦蕎麥（Fagopyrum tataricum L.）中發(fā)現(xiàn)。在擬南芥中，ZF-HD家族中一些成員參與了生長素轉(zhuǎn)換來影響生長的過程，AtHB22和AtHB25通過控制赤霉素（GA）的生物合成參與種子壽命的調(diào)控；HB33和ARF2是ABA信號通路中的調(diào)控因子，在生長素信號通路調(diào)節(jié)植物生長；HB24通過直接調(diào)控參與IBA（ Indole-3-butyric acid）到IAA（ Indole-3-acetic acid）轉(zhuǎn)化過程中關(guān)鍵酶IBRl（ Indole-3-butyric acid response1）的基因控制根毛形成和生長。此外發(fā)現(xiàn)，共表達(dá)擬南芥轉(zhuǎn)錄因子ZHDI和NAC增強(qiáng)了ERD1基因的表達(dá)，從而提高擬南芥的抗逆性。在葡萄（Vitis vinifera L.）中，VvZHD主要在果實(shí)中表達(dá)。在茶樹（Camellia sinensis L）中，CsZHD在頂芽和幼葉等幼嫩組織中表達(dá)更高。玉米（Zea mays L.）的轉(zhuǎn)錄組分析中顯示：ZmZHD可能在玉米的葉片衰老過程中起到作用。盡管如此，其在桉樹巾的家族成員以及如何發(fā)揮作用還尚不清楚。