林业科学

作者：张苗1,周生财2,吴梦洁1,童再康1,韩潇1,张俊红1,程龙军1,*

单位：1. 浙江农林大学林业与生物技术学院 省部共建亚热带森林培育国家重点实验室 杭州 3113002. 丽水职业技术学院 丽水 323000

关键词：闽楠,WRKY转录因子,基因表达,缺磷

基金：浙江省重点研发计划项目(2021C02054);浙江省农业(林木)新品种选育重大科技专项(2016C02056-2)

目的: 在闽楠全基因组范围内鉴定WRKY家族成员，分析基因和蛋白序列结构特点及在闽楠幼苗缺磷胁迫下的表达特征，筛选响应缺磷逆境的WRKY基因，为进一步研究它们在楠木磷饥饿响应分子途径中的功能以及耐低磷胁迫分子辅助育种提供参考。方法: 利用WRKY蛋白序列的隐马尔科夫模型(pfam03106)，经hmmsearch在闽楠蛋白数据库中检索，筛选WRKY基因。对获得的PbWRKYs利用Protaram、GSDS2.0、MEGA、Batch CD-Search、TBtools和ClustalX等软件进行基因结构、定位分析，蛋白理化性质、序列特征分析以及进化树构建。提取3年生闽楠植株的根、韧皮部和形成层、木质部和叶的RNA，进行转录组测序，分析PbWRKYs在不同组织中的表达特点。对半年生闽楠植株进行缺磷水培处理，60天后，分别取缺磷处理和对照的叶和根进行磷含量测定和转录组测序，分析磷缺乏条件下PbWRKYs表达特征，并对差异表达基因进行qPCR验证。结果: 鉴定到68个WRKY基因，命名为PbWRKY1-68，在各染色体上均有分布，第3号染色体上数量最多，内含子数目在1~28个之间，蛋白分子质量在19.09~115.56 kDa之间。所有PbWRKY均含有WRKY结构域及其特有的锌指结构。根据WRKY结构域数量及其所含锌指结构类型，分为3个亚类：亚类Ⅰ含2个WRKY结构域，锌指结构类型为C2H2型，共14个成员；亚类Ⅱ含1个WRKY结构域和1个C2H2型锌指结构，共47个成员，进化分析表明该亚类又分为5个经典子组Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe，但其中PbWRKY37与上述子组进化上距离较远，独立成组；亚类Ⅲ含1个WRKY结构域和1个C2HC型锌指结构，共7个成员。PbWRKYs蛋白所含WRKY结构域氨基酸序列特征大部分为“WRKYGQK”型，但PbWRKY62的WRKY结构域变异为“WRKYGKK”。与其他植物相比，PbWRKYs蛋白中WRKY结构域的变异率较低。PbWRKYs的组织特异性表达模式可分为5类：韧皮部和形成层中相对表达量较低；木质部中表达量高而叶片中表达量较低；韧皮部和形成层表达量较高同时叶片中表达量较低；根中表达量相对较高；叶片中表达量高而根中表达量低。闽楠幼苗缺磷处理60天后，叶和根中表达差异达到2倍以上的PbWRKY基因共21个。它们在叶片中被强烈诱导，可能参与低磷条件下叶片中磷元素的运输及再分配过程；其中，PbWRKY52、PbWRKY55、PbWRKY56、PbWRKY65和PbWRKY66 5个基因的表达还在根中被抑制，表明它们除了参与低磷条件下叶片中磷元素再分配，还可能参与了根部磷的吸收和转运。结论: 闽楠中WRKY基因家族成员共有68个，其蛋白序列中WRKY结构域较保守。缺磷处理60天时，有21个PbWRKY基因参与磷胁迫响应，大部分基因可能主要在叶片中参与低磷条件下磷的运输和分配。PbWRKY52、PbWRKY55、PbWRKY56、PbWRKY65和PbWRKY66除了在叶片中发挥功能外，还可能参与低磷条件下根部对磷的吸收和转运。

来源：2022年第2期

《林业科学》期刊编辑部

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