白羽扇豆WRKY转录因子家族鉴定及生物信息学分析_亚华金.pdf

2022 年 12 月 热 带 农 业 科 学热 带 农 业 科 学 第 42 卷第 12 期 Dec.2022 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE Vol.42,No.12 收稿日期 2022-06-01；修回日期 2022-07-11 第一作者 亚华金（1989），男，硕士研究生，农艺师，研究方向为林木遗传育种，E-mail：。通讯作者 和丽岗（1966），男，博士，研究员，主要研究方向为橡胶树遗传育种，E-mail：。白羽扇豆 WRKY 转录因子家族鉴定及 生物信息学分析 亚华金1,2 沈莲文2 周涛2 李明谦1 余文才1,2 和丽岗1（1.云南省热带作物科学研究所 云南西双版纳 666100；2.西南林业大学林学院 云南昆明 650224）摘 要 WRKY 转录因子家族在植物生命活动中具有重要作用。利用生物信息学方法分析白羽扇豆基因组数据，对LaWRKY 转录因子家族成员进行鉴定及染色体定位，同时分析其蛋白理化性质、系统发育进化关系、保守基序分布、保守结构域位置、基因结构及启动子-顺式作用元件等，并从系统发育进化的同源性、启动子-顺式作用元件等多角度对LaWRKY 转录因子功能进行预测。结果表明，在白羽扇豆中共鉴定到 106 个 LaWRKY 转录因子家族成员，各成员不均匀地分布在 24 条染色体上，但 18 号染色体上无分布；106 个成员聚类为 3 个亚族（、），各亚族成员的保守基序分布相似，对应的保守结构域、基因结构特征也表现一定的规律性，多角度预测到 LaWRKY 转录因子与植物激素、环境变化等方面有关联。本研究为深入解析 LaWRKY 转录因子对白羽扇豆生命活动的调控作用提供理论参考。关键词 白羽扇豆；基因组；WRKY 转录因子；生物信息学 中图分类号 Q943.2 文献标识码 A DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2022.12.008 Identification and Bioinformatics Analysis of WRKY Transcription Factors Family in White Lupin(Lupinus albus)YA Huajin1,2 SHEN Lianwen2 ZHOU Tao2 LI Mingqian1 YU Wencai1,2 HE Ligang1(1.Yunnan Institute of Tropical Crops,Xishuangbanna,Yunnan 666100,China;2.College of Forestry,Southwest Forestry University,Kunming,Yunnan 650224,China)Abstract WRKY transcription factors(TFs)family play an important role in plant life activities.In this study,the genomic data of White Lupin were analyzed using bioinformatics methods,identify the members of the Lawrky transcription factor family and predict the function of Lawrky transcription factors from the perspectives of homology of phylogenetic evolution,promoter cis acting elements,et al.Then this paper analyzed the protein physical and chemical properties,phylogenetic evolu-tion,conservative motif distribution,conservative domain location,gene structure of the members of the Lawrky transcription factor family.The results showed that a total of 106 members of the Lawrky transcription factor family were identified in White Lupin.Each member was unevenly distributed on 24 chromosomes,but not on chromosome 18.The 106 members were clustered into three subgroups(,).The distribution of conserved motifs in each subgroup was similar,and the corresponding con-served domains and gene structural characteristics also showed some regularity.It was predicted that Lawrky transcription factors were related to plant hormones The correlation between environmental changes and other aspects provides theoretical reference for in-depth analysis of the regulatory role of Lawrky transcription factor on the life activities of White Lupin.Keywords white Lupin;genome;WRKY transcription factors;bioinformatics 转录因子（TFs）是能与特定 DNA 序列结合的蛋白质，可以激活或抑制下游基因，从而调节和控制各种生物过程1。WRKY 转录因子是高等植物和藻类中第七大转录因子家族，其功能具有多样性，普遍在生物胁迫、非生物胁迫各种应激反应、次生物质代谢和生长生理过程中发挥重要作用2-5。WRKY 转录因子通常可单独调控结构基因，或与多个同家族成员共同调控，也能与其他基因家族成员相互作用6。在不同物种中 WRKY 转录因子数量各不相同，在草本（拟南芥 Arabidopsis thaliana 72 个、水稻 Oryza sativa 109 个、烟草Nicotiana tabacum 164 个）7-8和木本（杨树 Populus trichocarpa 122 个、苹果 Malus domestica 132 个、橡胶树 Hevea brasiliensis 81 个）9-11等多种植物中 亚华金 等 白羽扇豆 WRKY 转录因子家族鉴定及生物信息学分析 -43-均已被鉴定。白羽扇豆（Lupinus albus Linn）又名鲁冰花、卢皮尼豆，豆科蝶形花亚科，一年生草本植物，原产于地中海区域，在我国有栽培，株高 2070 cm，掌状复叶，荚果线形，一般有 24 粒白色至淡棕色平滑凸镜形种子，种子富含蛋白质和纤维素12-14。白羽扇豆根较深，少有根瘤，可通过形成大量密集的排根，在低磷土壤中对磷进行高效采集利用，显著改善土壤无机磷酸盐浓度；排根还能分泌柠檬酸盐，以活化土壤中难溶性的磷，同时增加根际中铁和锰元素的有效性15-16。白羽扇豆用途广泛，常用于饲料、绿肥和观赏，在国外有可食用的栽培种13,17。针对白羽扇豆，前人在染色体三倍化与低磷适应机制18、矿质元素和干旱对产量的影响19、根系对外源生长素的响应度20、发根遗传转化体系21、缺磷胁迫响应基因22、分子辅助育种23等方面有研究。本研究对白羽扇豆基因组 WRKY转录因子进行鉴定和功能预测，为 深 入解析LaWRKY 转录因子对白羽扇豆生命活动的调控作用提供参考。1 材料与方法 1.1 材料 白羽扇豆基因组数据从 NCBI（http:/www.ncbi.nlm.nih.gov）下载，Genbank 登录号：PRJNA592024。WRKY 保 守 结 构 域 HMM 隐 马 尔 科 夫 模 型（PF03106）文件从 Pfam 数据库（http:/pfam.sanger.ac.uk/）下载。AtWRKY 转录因子家族蛋白序列从拟南芥信息资源库 TAIR（https:/www.arabidopsis.org/）下载。1.2 方法 1.2.1 LaWRKY 家族成员的鉴定及染色体定位分析 利用 TBtools v1.098669 软件24的 Simple HMM Search 工 具，以 WRKY 保 守 结 构 域（PF03106）为探针，在白羽扇豆基因组蛋白序列中进行本地检索，初步获得白羽扇豆候选的WRKY 家族成员所编码的蛋白序列 ID，剔除重复ID 后继续用 TBtools v1.098669 软件的 Fasta Ex-tract 工具提取对应的蛋白序列；上传到 NCBI 的CD-Search 在线工具对候选蛋白序列 WRKY 保守结构域进行分析，剔除特征匹配度低的选项后确定出 LaWRKY 家族成员，利用 TBtools v1.098669软件的 gene location visualize from GTF/GFF 工具与白羽扇豆基因组 GFF 文件进行染色体定位预测，根据定位顺序给 LaWRKY 家族成员分别命名。1.2.2 LaWRKY 家族多序列保守结构域分析 通过 MEGA11 软件25对 LaWRKY 家族进行多序列保守结构域比对，并用 TBtools v1.098669 软件的 Amazing Simple SeqLogo 工具绘制保守结构域SeqLogo。1.2.3 LaWRKY 家族蛋白理化性质预测 通过蛋白质基本性质分析网站 ExPASy（https:/web.expasy.org/protparam/）在线软件分析 LaWRKY 家族的理化性质（相对分子质量、理论等电点、不稳定系数等）。通过 SOPMA（https:/npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html）在线软件分析 LaWRKY 家族的二级结构（螺旋、转角、延伸链和无规卷曲）。1.2.4 LaWRKY与拟南芥 AtWRKY家族的系统发育进化树构建 利用 MEGA11 软件对白羽扇豆 LaWRKY 和拟南芥 AtWRKY 家族两组蛋白序列进行多序列联配比对计算分析，再用 IQ tree v1.6.12 软件26得到最佳建树模型并构建系统发育进化树；导入Fig Tree v1.4.4（http:/tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/）可视化软件优化系统发育进化树图，参照已知 AtWRKY 家族亚族的分类来确定 LaWRKY 亚族，在 Adobe Illustrator 2020 软件（https:/ LaWRKY 家族保守基序分布、保守结构域位置、基因结构和顺式作用元件分析 单独用LaWRKY 家族蛋白序列数据构建系统发育进化树，通过 MEME（http:/meme-suite.org/tools/meme）在线工具预测分析 LaWRKY 家族的保守基序，基序最大数目设置为 10；利用 TBtools v1.098669 软件的 Gene Structure View（Advanced）工具将LaWRKY 家族的进化树数据、meme.xml 文件、多序列比对的保守结构域位置信息、基因组 GFF文件绘制为 LaWRKY 家族的系