洋蔥WRKY基因家族鑒定及其在鱗莖發(fā)育過程中的表達分析

摘要：為了探討洋蔥WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的功能，本研究基于洋蔥全基因組和鱗莖不同發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，利用生物信息學方法篩選并鑒定到55個AeWRK基因家族成員，其編碼蛋白序列長度為144-683aa，等電點為5.11-9.65，脂肪系數(shù)為47.14-77.24，均為親水性蛋白。亞細胞定位預測結(jié)果表明，這55個AcWRKY蛋白都定位在細胞核中。進化樹分析顯示，洋蔥WRXY家族基因分為Croup I、CroupⅡ和CroupⅢ三大類，其中CroupⅡ組可進一步分為5個亞組，洋蔥和擬南芥WRKY蛋白在各組中均有分布，推測相同組或亞組中洋蔥與擬南芥的WRKY轉(zhuǎn)錄因子可能具有相似的功能。保守結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)，所有AcWRKYs均具有高度保守的WRKYCQK基序及其特有的鋅指結(jié)構(gòu)，少數(shù)成員存在保守結(jié)構(gòu)域的變異。基因結(jié)構(gòu)和保守基序分析結(jié)果顯示，不同AcWRKY成員的外顯子和motif在數(shù)量和分布上存在一定差異，同一組或亞組的成員表現(xiàn)出一定的相似性。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，絕大多數(shù)AcWRKYs基因直接或者間接參與了洋蔥鱗莖的發(fā)育與形成。本研究結(jié)果可為深入研究AcWRKY基因在洋蔥鱗莖形成中的機制提供參考。

關鍵詞：洋蔥；WRKY基因家族；生物信息學分析；基因表達；轉(zhuǎn)錄組分析

中圖分類號：S633.2：Q781 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）01-0001-11

洋蔥（Allium， cepaL）是石蒜科（Amaryllidace-ae）蔥屬（Atlium）二年生草本植物，富含人體所需多種氨基酸、維生素和礦物元素等，是一種食藥兩用型蔬菜。洋蔥是我國重要的特色蔬菜和出口創(chuàng)匯蔬菜，而且在人們的日常飲食中也發(fā)揮著必不可少的作用，其鱗莖，也就是我們常說的洋蔥頭，富含的有機硫化物具有抗衰老、抗菌、降血脂、促消化等藥用價值，深受廣大消費者喜愛，具有很好的發(fā)展前景。

按洋蔥鱗莖形成對光照長度的要求可分為長日生態(tài)型、中日生態(tài)型和短日生態(tài)型。鱗莖化實際是鱗莖類植物形態(tài)建成過程中的特異化發(fā)育，是植物特定基因表達的結(jié)果。WRKY轉(zhuǎn)錄因子作為植物所特有的最大基因家族之一，在植物生長發(fā)育中扮演重要角色，因含有一段靠近C端由約60個氨基酸殘基組成的高度保守的WRKY結(jié)構(gòu)域而得名，這段區(qū)域由N端的七肽基序“WRKYGQK”和C端的C2H2或C2HC鋅指結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)WRKY結(jié)構(gòu)域的數(shù)量和鋅指結(jié)構(gòu)的類型，WRKY家族被分為3大類：Group I成員一般包含2個WRKY結(jié)構(gòu)域和1個C2H2鋅指基序：GroupⅡ包含1個WRKY結(jié)構(gòu)域和1個C2H2鋅指基序，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可進一步分為5個亞組，即Ⅱ一a、Ⅱ-b、Ⅱ-e、Ⅱ-d和Ⅱ-e；GroupⅢ成員含有1個WRKY結(jié)構(gòu)域和1個C2HC鋅指基序。進一步研究發(fā)現(xiàn)，WRKY結(jié)構(gòu)域還存在WKKYSEK、WRKYEQK、WSKYGQK、WRKYGEK以及WKKY等形式的變異序列。在功能方面，WRKY轉(zhuǎn)錄因子通過其兩端的特異性結(jié)構(gòu)域與靶基因啟動子區(qū)的W box（TTGACC/T）順式元件結(jié)合，以此激活或抑制靶基因轉(zhuǎn)錄，進而調(diào)控下游基因的表達。研究表明，WRKY轉(zhuǎn)錄因子幾乎參與了植物所有的生長發(fā)育調(diào)控過程，且單個WRKY基因可能參與多個信號調(diào)節(jié)通路。

隨著基因組測序工作的大范圍開展，多物種測序已完成，在很多高等植物中鑒定到WRKY家族基因，例如在擬南芥全基因組中鑒定到72個WRKY基因，在粳稻和秈稻中分別鑒定到98和102個，在玉米中鑒定到125個，在大豆中鑒定到182個，在番茄中鑒定到81個，在黃瓜中鑒定到55個，在大蒜中鑒定到63個。雖然洋蔥基因組已經(jīng)公布，但是關于洋蔥WRKY家族的全基因組鑒定與分析尚未見報道。本研究基于洋蔥全基因組數(shù)據(jù)庫和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，運用生物信息學手段對洋蔥WRKY家族進行全基因組鑒定與分析，以期為解析WRKY基因調(diào)控洋蔥鱗莖膨大形成的機理研究提供參考。

1材料與方法

1.1植物材料

本試驗所用材料為來自山東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所的洋蔥雙單倍體DH-17，分別取40、54、61、68 d苗齡的植株鱗莖部位，液氮速凍后，于-80℃保存，用于轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）。

1.2洋蔥全基因組WRKY基因鑒定和理化性質(zhì)分析

從洋蔥基因組網(wǎng)站（https：//www.omonge-nome.wur.nl/）下載洋蔥全基因組數(shù)據(jù)、蛋白序列和完整的注釋信息（v1.2版本），從Pfam數(shù)據(jù)庫（http：//pfam.xfam.org）中下載WRKY隱馬爾科夫模型文件（PF03106）。通過Hmmer 3.0軟件構(gòu)建本地蛋白數(shù)據(jù)庫篩選洋蔥WRKY基因。將篩選到的候選序列通過Pfam和NCBI數(shù)據(jù)庫CDD（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/SUucture/cdd/wrpsb.cgi）功能篩選保守結(jié)構(gòu)域，剔除重復或不完整的轉(zhuǎn)錄因子，最后獲得55個洋蔥WRKY基因家族成員。