小麥WRKY轉(zhuǎn)錄因子的全基因組鑒定及其水分虧缺下的差異表達(dá).pdf

1、WRKY蛋白是植物中的大型轉(zhuǎn)錄因子，其N端保守七肽WRKYGQK可與靶基因的順式作用元件W-box特異性結(jié)合調(diào)控下游基因表達(dá)，從而參與植物對于多種生物及非生物逆境的防御反應(yīng)。近年來，WRKY轉(zhuǎn)錄因子在大豆、水稻、擬南芥等作物中的研究已比較廣泛。對小麥基因組中WRKY基因進行全基因組鑒定和分析，有助于完善該家族信息，為進一步研究WRKY基因的功能奠定基礎(chǔ)，本研究采用系統(tǒng)發(fā)育分析、基因結(jié)構(gòu)分析、motif分析、順式作用元件分析等生物信息學(xué)手

2、段，對小麥中WRKY家族進行綜合分析。以擬南芥干旱脅迫響應(yīng)相關(guān)WRKY在小麥中的同源WRKY為候選基因，利用qRT-PCR技術(shù)探究水分虧缺下WRKY在小麥旗葉及穗部的表達(dá)模式。主要獲得以下主要結(jié)果:
　　1.在所選20種植物中共鑒定1113個WRKY轉(zhuǎn)錄因子，其中大部分陸生植物含有WRKY的數(shù)量為86-171，而水生植物中為0-6個，其中灰藻和紅藻中未鑒定到WRKY。從水生植物到陸生植物，WRKY家族成員數(shù)量得到了擴增。在小麥中共

3、鑒定到171個WRKY，依據(jù)其在染色體上的位置命名為TaWRKY1-171，獲得較為完整的小麥WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族信息。
　　2.基于系統(tǒng)發(fā)育分析和氨基酸序列特征，將所鑒定WRKY分為GroupⅠ、Ⅱ、Ⅲ3類，分別包括31、95、45個WRKY。除高度保守的WRKYGQK motif外，存在三種變異WRKYGKK、WRKYGEK、WSKYGQK;在TaWRKY80、166中發(fā)現(xiàn)變異盼鋅指結(jié)構(gòu)C-X6-P-X23-H-X-C及C-X

4、6-F-X23-H-X-C。
　　3.在171個TaWRKY基因中，115個(TaWRKY1-115)定位在21條小麥染色體上，其余56個(TaWRKY116-171)錨定在scaffolds。大多數(shù)基因分布于3B(15.7％)、5B(9.57％)、2A(7.8％)和5D(7.8％)染色體上，而6B、7A及7B僅包含1個WRKY基因。發(fā)現(xiàn)所鑒定的基因明顯為非隨機的不均勻分布，染色體上端及下端區(qū)域密度大，而中間區(qū)域較低。85個WRK

5、Y基因在進化過程中存在明顯的基因復(fù)制現(xiàn)象，其中2個基因簇為串聯(lián)重復(fù)(TaWRKY59/60、TaWRKY113/114/115)，其余均參加片段重復(fù)事件。
　　4.基因結(jié)構(gòu)分析表明，小麥中WRKY基因的內(nèi)含子數(shù)量變化范圍為0-5，72個(42.11％) TaWRKY基因含有2個內(nèi)含子，占最大比例。Exon-intron結(jié)構(gòu)具有組特異性，相同亞家族或家族基因具有相似的內(nèi)含子位置和相位，進一步印證了進化樹的結(jié)果。內(nèi)含子包括兩種類型:V

6、型和R型，其中Ⅱa及Ⅱb亞家族中除了TaWRKY165，僅包含V型內(nèi)含子，而其他家族幾乎都包括R型內(nèi)含子。利用MEME在線網(wǎng)站，對獲得的WRKY進行保守motif分析。預(yù)測結(jié)果顯示TaWRKY蛋白中含多個保守motif,同一類型的WRKY含有的motif類型和數(shù)目具有一定的相似性。同時，Motif1、4包含一個WRKYGQK序列，為WRKY的特征序列。
　　5.利用PlantCARE在線工具獲得142個TaWRKY基因的順式作用元

7、件。結(jié)果表明，WRKY基因啟動子區(qū)包含大量參與生物脅迫(激素、病原菌等)及非生物脅迫(光、損傷、冷、熱、干旱等)應(yīng)答的順式作用元件。
　　6.利用qRT-PCR技術(shù)對籽粒灌漿期小麥旗葉、穎殼、外稃中12個WRKY基因進行了干旱脅迫的表達(dá)譜分析。結(jié)果表明，大多數(shù)所篩選基因?qū)λ置{迫較敏感，不同灌漿期，TaWRKY基因表達(dá)差異明顯。花后0、3和5d，TaWRKY1、20、31、112、123、142、149在旗葉中顯著上調(diào)表達(dá);而穗部