核桃JrOFP基因家族鉴定...应冷胁迫基因的转录表达分析_刘凯.pdf

第 46 卷第 1 期2023 年 1 月河 北 农 业 大 学 学 报JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITYVol.46 No.1Jan.2 0 2 3核桃 JrOFP 基因家族鉴定及其响应冷胁迫 基因的转录表达分析刘 凯1，李 洋1，纪莲莲1，林 娜1，王红霞2，王梦娜1，王 娇1，孔祥文1（1.滨州职业学院，山东 滨州，256603；2.河北农业大学 园艺学院，河北 保定 071001）摘要：OFP(OVATE Family Protein)在植物调控响应逆境过程有重要作用。本研究基于核桃全基因组数据对其OPF基因家族成员进行筛选鉴定，并对其成员结构进行生物信息分析，同时对该家族成员进行时空转录水平分析。结果表明，核桃 OFP 基因家族包含 21 个成员，编码 21 条蛋白，均为亲水性蛋白；均含有典型的 DUF623 结构域；系统进化发现，该基因家族成员分为 4 个亚组。冷胁迫后经转录组分析，21 个成员对冷胁迫均具有不同程度的响应，并在不同组织中存在特异性表达。本研究为进一步解析核桃 OPF 基因家族成员在响应冷胁迫过程中的分子机制提供了理论支撑。关 键 词：核桃；冷胁迫；OPF 基因家族；转录分析中图分类号：S664.1 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：文献标志码：AIdentification and transcriptional analysis of JrOFP gene family in response to chilling stress in walnutLIUKai1,LIYang1,JILianlian1,LINNa1,WANGHongxia2,WANGMengna1,WANGJiao1,KONGXiangwen1(1.BinZhou Polytechnic,Binzhou,256603,China;2.College of Horticulture,Hebei Agricultural University,Baoding 071001,China)Abstract:OFP plays an important role in plant regulation and response to stress in this study,the members of the OFP gene family were screened out of the whole genome of walnut,and the bioinformatics analysis of the structure of the members was carried out.At the same time,the transcription levels of the family members were analyzed under cold stress at different times and in different tissues.The results showed that the walnut OFP gene family contained 21 members,encoding 21 proteins,that were all hydrophilic.The proteins all contained a typical DUF623 domain.The members were divided into 4 subgroups phylogenetically.The transcriptome data showed that 21 members responded to different degrees of cold stress at different times,and were expressed in different tissues.The results of this study will provide theoretical support for further analysis of the molecular mechanism of walnut OPF gene family members in response to chilling stress and growth and development.Keywords:walnut;chilling stress;OFP gene family;expression analysis文章编号：1000-1573(2023)01-0055-08DOI：10.13320/ki.jauh.2023.0009收稿日期：2022-04-07基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFD1001603）;河北省重点研发计划项目（21326352D）；滨州职业学院博士基金（2022bzbs01).第一作者：刘 凯（1992），男，山东阳信县人，博士，副教授，主要从事果树结实生理与分子生物学研究.E-mail:通信作者：王红霞（1976），女，河北藁城人，博士，副研究员，主要从事核桃栽培与育种研究.E-mail: 林 娜（1978），女，山东茌平人，博士，副教授，主要从事设施农业应用技术研究.E-mail:本刊网址：http:/56第 46 卷河 北 农 业 大 学 学 报核桃（Juglans regia L.）在中国种植面积大，坚果营养丰富1，含有的多种活性物质，具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤、降血糖等作用2；但中国北方倒春寒和晚霜时常发生，成为影响核桃产业健康发展的重要因素。OFP 是 OVATE Family Protein 的英文缩写，即卵形家族蛋白，是植物中特有的家族调控蛋白3。OFP 家族成员为亲水蛋白，因在蛋白的羧基末端均有一个大约 70 个氨基酸保守域的 DUF623结构域，定义为 OVATE 区域4而得名。大量研究表明，OFP 基因家族参与植物的生长发育及逆境响应等过程中。LIU 等指出 OFP 基因终止密码子的变异改变番茄果实形状由圆形变成梨形5。杨丽等6报道拟南芥 AtOFPs 第 3 亚家族的 AtOFP16 通过参与 ER 信号途径下游调控荚果形态。张彦琴等7证实玉米中 OFP 表达与干旱胁迫程度呈相反的趋势。许瑞瑞等8报道在苹果中干旱和温度胁迫会影响OFP 基因的转录水平。徐渴等9指出小麦 TaOFP4-1D 和 TaOFP10-2B 等 5 个 OFP 基因参与小麦的抗寒性调控。Ma 等10报道 OsOFP6 在水稻过表达后可以改善耐寒性，而且进行沉默基因时会使水稻的耐寒性较敏感。另外，在油桐（Vernicia fordii）11、葡萄（Vitis L.）12等植物中亦有对 OFP 家族成员的研究报道。大量研究表明 OFP 家族基因可以参与到植物响应非生物胁迫中，但对于核桃 OFP 基因家族成员未进行鉴定和分析。本研究基于核桃基因组对 OFP 家族成员进行挖掘、筛选及其结构分析，并在冷胁迫不同时间及不同组织中的转录水平进行研究，为进一步研究核桃 OFP 基因与冷胁迫响应奠定基础。1 材料与方法1.1 材料与处理转录组测序材料为2年生 清香 嫁接苗，赞美种子实生砧木，盆栽；整株苗在 0.5 冷胁迫处理0、4、8、12、24、36、48 h，采样及测序参照刘凯13-14方法。测序结果数据保存在国家基因组科学数据中心（https:/ ID 为 PRJCA006073。不同组织（根、嫩茎、嫩叶、雄花、雌花、老叶）参照刘凯13方法进行采样后进行 RNA 测序。1.2 核桃 JrOFPs 基因家族成员生物信息学分析核 桃 JrOFPs 基 因 家 族 成 员 挖 掘 参 照 核桃 COR413 家 族 成 员 鉴 定 方 法15。通 过 Gene Structure Display Server（http:/gsds.gao-lab.org/）分析核桃 JrOFPs 家族成员的基因结构13，进一步使用 MEME（http:/meme-suite.org/）工具分析蛋白序列的保守 Motif14，利用 MEGA X 软件的 NJ法构建 JrOFPs 和 AtOFPs 基因家族成员进化发育树，Bootstrap 为 1 000，其他参数默认15。1.3 核桃 JrOFPs 基因的生物信息学分析各 JrOFPs 成 员 ORF、分 子 量、稳 定 系 数、启动子序列顺势结合元件等参照刘凯14进行分析；采 用 SignalP3.0 Server（http:/www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）在线工具分析蛋白是否存在信号肽；利用 ngLOC 与 Nuc-PLoc 在线软件（http:/ 胞 定 位 预 测；采 用 WEBLOGO（http:/www.weblogo/）分析家族成员蛋白氨基酸保守位点。1.4 核桃 JrOFPs 基因家族成员转录水平分析将清香盆栽树冷处理 0、4、8、12、24、36、48 h 后进行转录水平分析，以 FPKM 值的 Log2转化值衡量基因转录水平13。对清香的雌花、根、老叶、嫩茎、嫩叶、雄花、芽进行 RNA-seq 后分析不同组织中的转录水平。2 结果与分析2.1 核桃 JrOFPs 家族成员挖掘与分析将拟南芥 AtOFP 家族 21 个蛋白运用 Hmmer 3.0和 blastp 技术结合进行构建模型后，在核桃全基因组鉴定出 21 个成员（表 2），编码 21 条完整的蛋白，分布在 11 条染色体上（图 1），根据染色体位置命名为 JrOFP1 JrOFP21。在 21 个成员中（表 2 与表 3），开放阅读框长度在 540 1 368 bp，编码蛋白质的长度均处于 179 455 个氨基酸之间，分子量在 20.43 52.56 kD 之间；等电点在 4.8 9.87之间，9 个蛋白为酸性；其成员平均疏水性均 0，该家族成员均为亲水性蛋白，且均不稳定；通过亚细胞定位预测，发现 JrOFP3 定位于原生质体，JrOFP7 和 JrOFP21 定位于细胞质，其他 18 个均定位于细胞核。57第 1 期刘 凯，等：核桃 JrOFP 基因家族鉴定及其响应冷胁迫基因的转录表达分析JrOFP2JrOFP3JrOFP6JrOFP7JrOFP8JrOFP9JrOFP10JrOFP11JrOFP12JrOFP13JrOFP14JrOFP15JrOFP16JrOFP17JrOFP18JrOFP19JrOFP20JrOFP21JrOFP4JrOFP5Chr1Chr3Chr4Chr5Chr6Chr7Chr8Chr10Chr11Chr12Chr14JrOFP10.0 Mb5.2 Mb10.5 Mb15.7 Mb21.0 Mb26.2 Mb31.5 Mb36.7 Mb41.9 Mb47.2 Mb52.4 Mb图1 核桃JrOFP 基因染色体定位Fig.1 Mapping of the JrOFP gene family on chromosomes in J.regia表2 核桃 JrOFP 家族成员的基因信息Table 2 Basic information of JrOFP gene family genes from J.regia基因名Gene name基因 ID Gene ID外显子Exon内含子Intron蛋白质长度/AAProtein lengthCDS 长度/bpCDS length等电点PI分子量/kD WMJrOFP1108979373103029099.7634.62JrOFP2108983224102547655.1428.23JrOFP3108983225101795409.2820.54JrOFP4109012679104551 3689.2652.56JrOFP5108981512103951 1889.8744.72JrOFP610901354710190573