杧果E2F_DP转录因子家族生物信息学分析_高庆远.pdf

分子植物育种，2023 年，第 21 卷，第 3 期，第 772-781 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.3,772-781研究报告Research Report杧果 E2F/DP 转录因子家族生物信息学分析高庆远1,2孙宇2刘志鑫2蒲金基2杨石有1*张贺2*1 海南大学林学院,海口,570228;2 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,农业农村部热带作物有害生物综合治理重点实验室,海口,571101*共同通信作者,;摘要E2F/DP 转录因子是真核生物中细胞周期进程的关键调节因子，与植物激素共同发挥着重要的调控作用。以杧果全基因组为供试参考基因组，用生物信息学软件预测 E2F/DP 转录因子家族基因成员，并分析其理化性质、保守结构域、保守基序、进化关系，结合实时荧光定量 PCR 测定杧果细菌性黑斑病菌(Xan-thomonas campestris pv.mangiferaeindicae,Xcm)、胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides,Cg)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和水杨酸(salicylic acid,SA)处理下基因表达量。结果表明，杧果全基因组中有 8 个E2F/DP 转录因子，命名为 MiE2Fs。保守结构域预测发现 MiE2F1MiE2F5 均含有 E2F_DD，MiE2F7 和MiE2F8 同时包含两个 E2F_TDP 保守结构域；二级结构预测发现 E2F/DP 家族蛋白质二级结构相似，无规则卷曲和-螺旋是 MiE2F1MiE2F8 蛋白二级结构主要元件，其次是延伸链和-转角；保守基序预测发现杧果有 1 个高度保守的基序 Motif1；基于杧果和大豆、烟草、毛果杨、拟南芥、阿月浑子、葡萄的 E2F/DP 蛋白质序列构建系统发育树，发现杧果 E2F/DP 基因与阿月浑子、葡萄亲缘关系接近。杧果细菌性黑斑病菌(Xcm)和胶孢炭疽菌(Cg)侵染过程中，MiE2F4、MiE2F5、MiE2F6 的表达量显著上调。茉莉酸甲酯(MeJA)胁迫处理下，MiE2F7 表达量显著上调，其余基因均下调；水杨酸(SA)胁迫处理下，从 6 h 开始，各个基因的表达量都在逐步上调。以上研究结果可为探究杧果 E2F/DP 基因参与的植物防御反应机制奠定基础。关键词杧果;E2F/DP 转录因子;生物信息学BioinformaticsAnalysisof E2F/DPTranscriptionFactorFamilyin MangiferaindicaGao Qingyuan1,2Sun Yu2Liu Zhixin2Pu Jinji2Yang Shiyou1*Zhang He2*1 College of Forestry,Hainan University,Haikou,570228;2 Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Grops(Ministry of Agricultureand Rural Affairs),Environment and Plant Protection Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Haikou,571101*Co-corresponding authors,;DOI:10.13271/j.mpb.021.000772AbstractE2F/DP transcription factor is a key regulator of cell cycle progression in eukaryotes and plays an im-portant regulatory role together with plant hormones.Using the whole mango genome as a reference genome,wepredicted the gene members of E2F/DP transcription by bioinformatics software factor family,and analyzed itsphysicochemical properties,conserved domain,conserved motif,and evolutionary relationship.The gene expressionlevelsofXanthomonas campestris pv.mangiferaeindicae(Xcm),Colletotrichum gloeosporioides(Cg),methyl jas-monate(MeJA)andsalicylicacid(SA)treatmentinmango were detected byRT-qPCR.The resultsshowed that therewere 8 E2F/DP transcription factors in the whole genome of mango,named MiE2Fs.The conserved domain pre-基金项目：本研究由国家重点研发专项(2019YFD1001103;2019YFD1000504)、贵州省农业科技支撑项目(黔科合支撑 20182284)和中国热带农业科学院基本科研业务费专项(1630042021022;1630042017019)共同资助引用格式：Gao Q.Y,Sun Y.,Liu Z.X.,Pu J.J.,Yang S.Y.,and Zhang H.,2023,Bioinformatics analysis of E2F/DP transcription factorfamily in Mangifera indica,Fenzi Zhiwu Yuzhong(Molecular Plant Breeding),21(3):772-781.(高庆远,孙宇,刘志鑫,蒲金基,杨石有,张贺,2023,杧果 E2F/DP 转录因子家族生物信息学分析,分子植物育种,21(3):772-781.)diction showed that MiE2F1-MiE2F5 contained E2F_DD,MiE2F7 and MiE2F8 contained two E2F_TDP con-served domains.The prediction of secondary structure showed that E2F/DP family proteins were similar,randomcoil and-helix were the main components of secondary structure of MiE2F1-MiE2F8 proteins,followed by ex-tend strand and-corner.There was a highly conserved motif in mango.Phylogenetic trees were constructedbased on the E2F/DP gene sequences of mango,soybean,tobacco,poplar,Arabidopsis thaliana,pistachio andgrape,and it was found that the E2F/DP gene of mango was closely related to pistachio and grape.The expressionlevels of MiE2F4,MiE2F5 and MiE2F6 were significantly up-regulated during Xcm and CG infection.Under MeJAstress,the expression level of MiE2F7 was significantlyup-regulated,while the other genes were down-regulated.Under SA stress,the expression levels of all genes were gradually up-regulated from 6 h.These results may lay afoundation for exploring the mechanism of plant defense response involved in E2F/DP gene in mango.KeywordsMango;E2F transcription factor;BioinformaticsE2F/DP 转录因子是所有真核生物中细胞周期进程的关键调节因子，在拟南芥(Arabidopsis thaliana)(Klaas et al.,2002;Mariconti et al.,2002)、大豆(Glycinemax)(Schmutzetal.,2010)、毛果杨(Populus trichocarpa)(Tuskan et al.,2006)、烟草(Nicotiana tabacum)(Sekineet al.,1999)、阿月浑子(Pistacia vera)(Zeng et al.,2019)等植物中，已经鉴定到具有保守 DNA 结合结构域的 E2F/DP家族转录因子的存在，调控了一系列细胞周期相关的生物学过程，如细胞分裂、DNA 修复、分化相关的途径，在植物细胞周期的调控中发挥了重要的作用(Sozzanietal.,2010)。在模式植物拟南芥中，发现8 个 E2F/DP 转录因子，被分为三个典型的 E2F(命名为 E2Fa,E2Fb,E2Fc)，两个二聚蛋白(命名为 DPa,DPb)和三个 DEL(命名为 E2Fd/DEL1,E2Fe/DEL2,E2Ff/DEL3)。E2F 的成员的分子特征，包括 DNA 结合域(DNA-binding domain,DB)、Rb 蛋白结合域(Rb-bing-ding domain,RbB)、成二聚体结构域和“Marked box”(MB)结构域；AtE2F 活性可诱导 S 期和核内复制，诱导叶片愈伤组织合成植物激素，AtE2Fb 在转基因拟南芥植物中的过表达导致了根、子叶和叶形态的显著改变(Sozzanietal.,2006)。DP的成员的分子特征，包含亮氨酸拉链二聚结构域和 DNA 结合结构域，与 E2F分支的成员形成二聚体，调控细胞的分裂和增殖(Klaaset al.,2002;Mariconti et al.,2002;La Thangue,2003;Ia-quinta and Lees,2007)。DEL 的成员的分子特征，包含重复的 DNA 结合结构域并以单体形式起作用，参与调节内循环、细胞大小、增殖和 DNA 损伤反应，是一类非典型的 E2F/DP 转录因子(Mariconti et al.,2002;Ramirez-Parra et al.,2004;Sozzani et al.,2006)。在植物细胞增殖、分化和发育过程中，E2F/DP 转录因子和水杨酸(Chandran et al.,2014)等植物激素共同发挥着重要的调控功能。如水杨酸能提高甘草种子萌发和幼苗生长对盐胁迫的耐性(李润枝等,2020)，还能够通过对抗氧化防御反应的调节诱导番茄对灰霉病的抗性(刘佳,2012)；茉莉酸甲酯能够提高桃(Jin etal.,2008)和枇杷(Jin et al.,2014)的耐寒性；在干旱胁迫下，外源茉莉酸甲酯还能改善小麦的光合特性，增加干物质的积累。而杧果(Mangifera indica)是典型的热带果树之一，因基因组杂合