低氮胁迫下文冠果转录因子的表达变化

吕梓剑　金纯伊　邹吉祥　金　华

低氮胁迫下文冠果转录因子的表达变化

吕梓剑金纯伊邹吉祥金华

（大连民族大学环境与资源学院辽宁大连116600）

利用Illumina测序技术对两个低氮胁迫组( 0.2mM，LN; 0 mM，NN)和正常施氮组(2mM，CK) 处理的文冠果进行转录组测序，通过植物转录因子数据库（PlantTFDB）获得文冠果在低氮胁迫下被诱导表达的转录因子。结果表明，以WRKY转录因子家族为例，文冠果WRKY转录因子在氮素缺乏的条件下会受到强烈的响应文章对以WRKY家族为例对文冠果低氮胁迫下转录因子表达变化进行了分析。

文冠果；转录因子；基因表达

转录因子是将目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。在特定的信号诱导下，调控目的基因表达并决定其表达的强弱。

氮素是植物生长和发育所必需的大量营养元素，是作物生长和产量形成的首要限制因子。氮素缺乏会导致植物生长发育受到限制，甚至导致植株死亡。WRKY作为高等植物中的转录因子家族，在植物的多种非生物胁迫（如低氮、温度、干旱等）和生物胁迫，通过间接或者直接的方式参与调控，调节相关基因的表达和调控植物的各种生理与发育过程[1-2]。从甘薯中发现了第一个WRKY蛋白之后，研究人员在拟南芥中鉴定出了74个WRKY基因[3]。据报道，WRKY72 突变体在百草枯和低氮处理下主根延伸长度显著变短，说明WRKY72 对MV和LN敏感，提示WRKY72 参与调控活性氧耐受和氮营养吸收或利用过程[4]。通过对AtWRKY31 进行亚细胞定位以及转录活性分析，发现AtWRKY31 定位于细胞核，具有转录抑制作用，且表达受热害、低钾、低氮等处理显著的抑制[5]。因此，研究低氮胁迫下的转录因子的表达分析是十分必要的。

文冠果（Bunge），无患子科文冠果属，文冠果耐干旱、贫瘠、抗逆性强，是中国特有的一种木本油料树种[6]。该研究以两种低氮胁迫处理下的文冠果为材料，以转录组测序为基础分析了低氮胁迫下文冠果转录因子的表达变化，为探究文冠果在低氮条件下分子响应奠定了基础。

1 材料和方法

1.1 文冠果材料处理及转录组测序

选取二月龄的文冠果幼苗叶片作为实验材料。用改良的霍格兰营养液（进行浇灌，每3 d浇灌一次营养液。设置3个氮浓度：2 Mm（对照）、0.2 Mm（低氮）和0 Mm（无氮），处理14 d后采集植物叶片并迅速置于液氮中冷冻，后进行RNA提取和RNA-seq测序。

1.2 文冠果WRKY转录因子鉴定

将文冠果转录组数据中的178 ,376 条CDS序列，与植物转录因子数据库PlantTFDBv4.0[7]（http://planttfdb_v4.cbi. pku.edu.cn/）进行比对，共得到了1873 个转录因子，从中挑选得到WRKY转录因子。

1.3 文冠果WRKY转录因子家族聚类热图分析方法

使用百迈客云BMKClound[8]中的在线绘图工具选择热图分析。

2 结果与分析

2.1 转录因子的鉴定

文冠果转录组测序片段经Trinity拼接共获得178 376条CDS序列，将其上传至植物转录因子数据库（PlantTFDBv4.0）进行比对，得到1 873个转录因子，分属于56个转录因子家族，我们将数量在前10的转录因子家族进行了整理。其中，C2H2家族最大，共335成员。接下来依次为ERF、bHLH、GRAS、C3H、bZIP、NAC、MYB-related、WRKY和Trihelix。

表1　文冠果转录因子的鉴定Top10

2.2 文冠果WRKY转录因子家族的聚类热图分析

通过前期实验室转录组的数据分析，得到了所有文冠果WRKY转录因子NN、LN的log2FoldChange，通过BMKClound在线绘制热图工具，得到了文冠果WRKY转录因子家族的聚类热图（图1）。可以从图中看出，在无氮的情况下WRKY表达有高有低有明显的差异化，通过与低氮胁迫的比对来看，在低氮胁迫的情况下大部分WRKY转录因子的差异表达不同于无氮的差异表达，说明了文冠果WRKY转录因子在氮素更为缺乏的条件下，会受到更为强烈的响应。一些转录因子在低氮时比无氮时差异表达变化量要大，这样的转录因子还有很多，但是也有极个别的转录因子低氮时比无氮时差异表达变化量要小，这也说明了一小部分文冠果WRKY转录因子不会响应低氮胁迫。

图1　文冠果WRKY转录因子家族的聚类热图

3 结论与讨论

文章将从文冠果转录组数据库中鉴定出的1 873个转录因子数量前十的家族进行了整理，分别为C2H2、ERF、bHLH、GRAS、C3H、bZIP、NAC、MYB-related、WRKY和Trihelix，其中ERF、bHLH、NAC、MYB-related、WRKY在以往报道中提到与低氮胁迫相关[9-12]。64个WRKY转录因子进行了聚类热图分析表明文冠果WRKY转录因子在氮素缺乏的条件下会受到强烈的响应。通过对文冠果WRKY转录因子家族的聚类热图分析，发现文冠果WRKY转录因子在氮素更为缺乏的条件下，会受到更为强烈的响应。

[1]周静,曾玫艳,安新民.杨树WRKY基因家族鉴定及其干旱胁迫响应模式分析[J].中国细胞生物学学报,2019,41(11):2160-2173.

[2]薛宝平,张昊,祖欢欢,等.枣WRKY转录因子家族的生物信息学分析[J].分子植物育种,2018,16(14):4543-4558.

[3]吴雨捷,吴健,王幼平,等.WRKY转录因子在植物抗逆反应中的功能研究进展[J/OL].分子植物育种:1-11[2020-05-21].[4]李琪,李烨,牛芳芳,等.拟南芥转录因子基因WRKY72的特性分析及其抗逆功能鉴定[J].农业生物技术学报,2019,27(02):191-203.

[5]王艺桥,赵新杰,牛芳芳,等.拟南芥中WRKY31转录因子的转录活性与互作蛋白分析[J].生物技术通报,2018,34(5):101-109.

[6]张娜,郭晋平.文冠果不定芽再生与快速繁殖[J].山西农业大学学报(自然科学版),2009,31(6):492-497.

[7]靳进朴,郭安源,何坤,等.植物转录因子分类､预测和数据库构建[J].生物技术通报,2015,31(11):68-77.

[8]Becker R A,Chambers J M,Wilks A R. The New S Lan guage[M].Chapman & Hall,1988.

[9]Lea U S,Slimestad R,Smedvig P, et al.Nitrogen deficiency enhances expression of specific MYB and bHLH transcri ption factors and accumulation of end products in the flavo noid pathway[J].Planta,2007,225:1245-1253.

[10]Zebarth B J,Tai H,Luo S,et al.Effect of Nitrogen Form on Gene Expression in Leaf Tissue of Greenhouse Grown Potatoes During Three Stages of Growth[J].American Journal of Potato Research,2012,89:315-327.

[11]Wang X,Li D,Jiang J,et al.Ma.SoybeanNACgene family:sequence analysis and expression under low nitrogen supply[J].Biologia Plantarum,2017,61:473-482.

[12]Pal S,Yadav A K,Singh A K,et al.Nitrogen treatment en hances sterols and withaferin A through transcriptional acti vation of jasmonate pathway, WRKY transcription factors,and biosynthesis genes in(L.) Dunal[J].Protoplasma,2017,254:389-399.

省级大创项目201912026167

金华

S511

A

2095-1205(2020)05-87-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.42