西瓜NAC转录因子家族成员的鉴定及表达分析

胡仲远 吕小龙 张明方

目的与意义： NAC基因家属在植物生长发育和逆境调控网络中发挥重要作用。但该基因家族在葫芦科作物中的功能研究较少。本研究基于西瓜全基因组序列信息，首次对西瓜NAC基因家族成员进行了全基因组搜索、比对和鉴定，并全面分析了其家族分类、序列结构以及时空表达状况。并对其在西瓜生长发育以及应对各种非生物胁迫的功能进行了全面的功能预测。为挖掘NAC转录因子在西瓜中的功能提供有价值的参考，并为其他经济作物的非生物胁迫的耐受性机制的研究提供新思路。

材料与方法： 以西瓜自交系LFM为研究材料。植株在水培条件下分别进行NaCl，PEG6000，ABA，JA和低温等处理后进行根部取样进行表达分析。利用拟南芥与水稻所有NAC基因家族序列进行葫芦科基因组比对搜寻同源序列。然后，使用HMM对得到的所有候选序列进行多重同源序列比对。利用Pfam或SMART在线工具进行结构域鉴定。根据已公布的同源或相似度最高拟南芥NAC转录因子，对西瓜NAC转录因子进行命名。利用Gene Structure Display Server 数据库进行NAC基因的结构分析。用CIRCOS软件（http：//circos.ca） 进行染色體定位绘图。利用MEGA 6.0，采用邻位相连法（Neighbor-Joining， NJ）构建无根系统发育树。利用MEME（http：//meme-suite.org/）寻找保守的Motif并绘制其蛋白二级结构。利用PlantCARE进行 NAC基因的启动子预测及响应元件分析。利用WoLF PSORT （http：//wolfpsort.seq.cbrc.jp） 对西瓜所有NAC蛋白进行亚细胞定位预测。并利用NetPhos2.0 Server （http：//www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/）和SignalP （http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP） 分别对磷酸位点及多肽位点进行了预测分析。

结果与分析： 利用生物信息学分析方法，在西瓜中鉴定到了80个NAC转录因子，并根据它们的基因和蛋白结构特征将其分类为12个亚家族。基因表达谱分析表明，几个NAC 亚家族对非生物胁迫非常敏感，例如，亚家族IV可能在干旱和高盐的环境中维持植物体内水分平衡，以及水和代谢物向果实内的转移方面发挥重要作用。实验结果还揭示了西瓜对低温胁迫的敏感性可能与大量NAC转录因子对低温胁迫的迅速负响应有关。同时基于基因表达谱探讨了NAC转录因子在非生物胁迫和不同激素（脱落酸和茉莉酸）信号途径中的交叉响应。

结    论： 西瓜中鉴定到了80个NAC转录因子，分类为12个亚家族。NAC转录因子在非生物胁迫（干旱、盐胁迫、低温等）发挥重要作用，并和不同激素（脱落酸和茉莉酸）信号存在交叉响应。