西瓜全基因組ClTCP轉(zhuǎn)錄因子的鑒定與表達分析

時丕彪 吳維芳 方炳生 楊景華 張明方 胡仲遠

目的與意義： TCP蛋白是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子，對植物的生長發(fā)育及形態(tài)建成起著重要的調(diào)控作用，比如：種子萌發(fā)、植株分枝、葉和花的發(fā)育等過程。西瓜是世界性的重要經(jīng)濟作物，栽培面積廣闊，經(jīng)濟效益顯著。但是關(guān)于西瓜TCP基因家族的研究至今還沒有報道。本研究利用生物信息學分析，功能預測與驗證等方法，揭示西瓜TCP家族的結(jié)構(gòu)與表達特征，為西瓜TCP家族的功能分析奠定基礎(chǔ)。

材料與方法： 本研究利用生物信息學方法，基于西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫信息，首次對西瓜TCP轉(zhuǎn)錄因子家族成員進行鑒定與命名，并系統(tǒng)分析了其序列、分類、結(jié)構(gòu)、進化、染色體位置、保守結(jié)構(gòu)域，及通過時空表達分析預測各TCP亞家族的潛在功能。

結(jié)果與分析： （1）獲得27個TCP類型基因，分別命名為CITCPla—CITCP21。27個TCP基因廣泛分布于西瓜的其中9條染色體上。所有TCP蛋白都含有一個由55或59個氨基酸組成的非典型的bHLH保守結(jié)構(gòu)域，即TCP結(jié)構(gòu)域。根據(jù)結(jié)構(gòu)域差異及系統(tǒng)進化關(guān)系分析，可將西瓜TCP基因家族分為I類和11類2個亞家族，其中II類又可分為CYC/TBl和C1N 2個分支。（2）半定量RT-PCR結(jié)果表明TCP基因具有時空表達模式差異，27個基因在莖尖端分生組織均具有較高的表達量;大多數(shù)C1N類基因在種子、子葉和葉片中具有相對較高的表達量;大多數(shù)CYC/TBl型TCP基因在節(jié)間和莖尖端分生組織中的表達量較高;I類基因沒有明顯的組織表達特異性，可能參與了西瓜生長發(fā)育各個階段的調(diào)控。（3）GA和CCC可以分別促進和抑制西瓜的植株高度，RT-qPCR結(jié)果發(fā)現(xiàn)ClTCPl4a和ClTCPl5基因表達受上述處理影響且與節(jié)間長度變化高度正相關(guān)。此外，擬南芥TCPl4和TCPl5基因的雙突變引起株高降低，而在tcpl4 tcpl5雙突變體中過量表達ClTCPl4a和ClTCPl5基因均可使突變體株高回復到野生型水平。并且在過表達植株中，GA生物合成相關(guān)基因K01和GA信號接收基因GIDla呈上調(diào)表達，與GA降解相關(guān)基因GA20x3呈下調(diào)表達。表明ClTCPl4a和ClTCPl5 2個基因可能是通過GA相關(guān)途徑來正向調(diào)控植株高度。

結(jié)? ? 論： 本研究在西瓜基因組中發(fā)現(xiàn)了27個TCP基因，并將這些TCP基因分為2類。每類/分支的成員都表現(xiàn)出類似的表達式模式。此外，結(jié)構(gòu)和表達模式分析表明TCP家族在這西瓜和擬南芥中具有保守的功能。此外，ClTCP14a和ClTCP15在擬南芥節(jié)間伸長功能驗證部分佐證了TCP基因在上述兩個物種中的保守功能。這些發(fā)現(xiàn)將為TCP基因在西瓜中的功能研究與應(yīng)用提供理論支撐。