芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析_杨巍.pdf

第 41 卷 第 2 期2023 年 4 月四川农业大学学报Journal of Sichuan Agricultural UniversityVol.41 No.2Apr.2023芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析杨巍1，2，唐兵1，2，谭国飞1，2，付文苑1，2，王青青1，2，曾庆鸿3，王洪亮3，马建云4，张睿4，施绍斌5，邓英1，2*（1.贵州省农业科学院园艺研究所，贵阳 550006；2.贵州省园艺工程技术研究中心，贵阳 550006；3.贵州省农业科技发展中心，贵阳 550006；4.威宁县农业农村局，贵州 威宁 553100；5.威宁县大西北种养殖专业合作社，贵州 威宁 553100）摘要：【目的】通过鉴定与分析芥菜基因组中Hsf转录因子家族成员，为芥菜Hsf基因功能研究与遗传改良提高抗逆性提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析芥菜Hsf热激转录因子家族成员的功能结构、保守基序、启动子顺式作用元件、系统进化、共线性及采用RNA-seq验证Hsf低温胁迫的基因表达。【结果】芥菜基因组中鉴定出71个Hsf基因家族成员，分布于18条染色体上，归类为3个亚家族，蛋白均含有DBD和HR-A/B结构域。BjuHsf启动子区域包含与逆境胁迫、激素、生长发育等相关顺式作用元件。系统进化与共线性分析表明，芥菜Hsf家族成员与大白菜Hsf家族成员具有更近的亲缘关系。在低温胁迫下，BjuHsf基因表达分析表明8个BjuHsf基因显著上调表达。【结论】这些显著差异表达BjuHsf基因与芥菜抗寒性极其相关，可作为芥菜耐寒性遗传改良的候选基因。关键词：芥菜；热激转录因子；生物信息学；表达分析中图分类号：S637 文献标志码：A 文章编号：1000-2650（2023）02-0295-12Genome-Wide Identification and Analysis of the Heat Shock Transcription Factor Family in Brassica juncea L.YANG Wei1，2，TANG Bing1，2，TAN Guofei1，2，FU Wenyuan1，2，WANG Qingqing1，2，ZENG Qinghong3，WANG Hongliang3，MA Jianyun4，ZHANG Rui4，SHI Shaobin5，DENG Ying1，2*（1.Institute of Horticulture，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang 550006，China；2.Guizhou Horticultural Engineering Technology Research Center，Guiyang 5500006，China；3.Guizhou Agricultural Science and Technology Development Center，Guiyang 550006，China；4.Agricultural and Rural Bureau of Weining County，Weining 553100，Guizhou，China；5.Weining County Northwest Breeding Professional Cooperative，Weining 553100，Guizhou，China）Abstract:【Objective】This paper aims to identify and analyze the members of Hsf transcription factor family in Brassica juncea L.genome，hoping to provide a theoretical basis for the functional research of Brassica juncea L.Hsf gene and genetic improvement to improve stress resistance.【Method】Bioinformatics methods were used to analyze the functional structure，conserved motifs，promoter cis acting elements，phylogeny，collinearity of BjuHsf family members，and RNA-seq was also used to verify the gene expression of BjuHsf under low temperature stress.【Result】Seventy-one members of the Hsf gene family were identified in the Brassica juncea L.genome，distributed on eighteen chromosomes and grouped into three subfamilies.all BjuHsf proteins contain DBD and HR-A/B domains.The BjuHsf promoter region contains cis-acting elements related to stress，hormones，and growth and development.The phylogedoi：10.16036/j.issn.1000-2650.202208163收稿日期：2022-07-25基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合支撑【2020】1Y090号）；国家自然科学基金（31960595）；贵州省基层农技推广体系改革与建设补助项目（GZNJTG-WN-2022-01）；贵州省蔬菜现代农业产业技术体系项目（GZCYTX2022-01）；贵州省农科院资源专项（黔农科院种质资源【2022】03号）；贵阳市蔬菜种质资源研究中心建设项目（筑科合同【2021】5-1号）。作者简介：杨巍，硕士，助理研究员，主要从事蔬菜分子育种与栽培研究，E-mail：。*责任作者：邓英，博士，研究员，硕士生导师，主要从事蔬菜分子育种与栽培研究，E-mail：。四川农业大学学报第 41 卷 netic and collinearity analysis indicated that the Hsf family members of Brassica juncea L.were more closely related to those of chinese cabbage.Under low temperature stress，BjuHsf gene expression analysis showed that eight BjuHsf genes were significantly up-regulated.【Conclusion】These differentially expressed BjuHsf genes are related to cold tolerance of Brassica juncea L.and can be used as candidate genes for genetic improvement of cold tolerance of Brassica juncea L.Keywords:Brassica juncea L；heat shock transcription factor（Hsf）；bioinformatics；expression analysis芥菜（Brassica juncea(L.)Czern.et Coss，2n=36，AABB）是一种重要的十字花科类经济作物，由白菜类（Brassica rapa，2n=20，AA）与 黑 芥 类（Brassica nigra，2n=16，BB）杂交后加倍形成的异源四倍体，可用作油籽、蔬菜和调味品1。菜用芥菜可根据其食用器官分为叶用芥菜、茎用芥菜、薹用芥菜、根用芥菜和芽用芥菜等，芥菜具有喜冷凉温润、耐寒抗冻、抗旱耐热以及耐贫瘠的特点，在我国长江流域及西南地区广泛栽培2。热激转录因子（heat shock transcription factor，Hsf）是植物应激反应中重要的调控因子，通过识别并特异性结合热休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）基因启动子的热激元件（HSE）的保守基序来调控热激蛋白表达，响应各种生物与非生物胁迫，并在植物生长发育中发挥重要作用3-4。Hsf蛋白进化出多个功能保守域，其中以N端的DNA结合域（DNA-binding domain，DBD）和寡聚化结构域（oligomerization domain，OD，或七肽疏水氨基酸残基重复区域HR-A/B）最为保守，DBD结构域特异性识别并结合靶基因的热激元件 HSE 的回文保守基序（5-AGAAnnTTCT-3），激 活 抗 逆 基 因 的 表 达5-6。HR-A/B具有卷曲螺旋结构的特征，通过可变长度柔性连接体连接到DBD，在转录因子活性中起作用7，根据DBD距离OD的长度及HR-A与HR-B之间的氨基酸残基数量将Hsf基因家族分为3类：A、B和C8。此外，Hsf蛋白还包含核输出信号（nuclear export signal，NES）、核定位信号（nuclear localization signal，NLS）以及 C 端转录激活结构域（C-terminal activation domain，CTAD）9。目前，人们已在拟南芥8、二穗短柄草9、水稻10、菜豆11、棉花12、矮牵牛13、黑麦14和玉米15等多种植物中对Hsf基因家族进行系统性鉴定与分析，Hsf基因家族在不同物种中数量存在显著差异，且发挥多种生物学功能，如响应受热16-17、氧化与干旱18、盐19、低温和重金属20-21等逆境胁迫，参与生物合成13,22及生长发育23。随着芥菜基因组测序工作的完成24-25，本文利用生物信息学鉴定与分析芥菜Hsf基因家族成员的序列特征、进化关系、共线性关系以及表达模式分析，从而为研究芥菜Hsf基因家族的生物学功能提供理论基础。1材料和方法1.1BjuHsf基因家族成员鉴定与理化性质分析从拟南芥基因组数据库 TAIR（https：/www.arabidopsis.org/）获取拟南芥基因组数据及Hsf基因家族蛋白序列，从十字花科植物基因组资源综合数据库BRAD（http：/）下载茎瘤芥基因组数据 Braju_tum_V2.0（B.juncea cv.tumida T84-66 V2.0）、大白菜基因组数据 Brara_Chiifu_V3.5（B.rapa cv.Chiifu V3.5）26，然后利用TBtools27软件本地化Blast获取芥菜Hsf基因家族成员蛋白序列，运用NCBI 数据库Blastp 与CCD 在线工具分析芥菜Hsf蛋白功能与保守结构域（pfam00447、smart00415和cl12113，筛选阈值 E0.000 01 且氨基酸长度大于100 aa）进行初步筛选，以 HEATSTER28数据平台（https：/applbio.biologie.uni-frankfurt.de/hsf/heatster/home.php）进行序列分析进一步筛选Hsf基因家族成员与分类；利用Expasy数据库在线工具protparam（https：/web.expasy.org/protparam/）进行 Hsf 蛋白序列的氨基酸序列长度、等电点和相对分子质量等理化性质分析。运用WoLF PSORT在线工具（https：/wolfpsort.hgc.jp/）预测Hsf蛋白的亚细胞定位。1.2BjuHsf基因染色体定位利用TBtools对B