西瓜NAC轉錄因子家族成員的鑒定及表達分析

胡仲遠 呂小龍 張明方

目的與意義： NAC基因家屬在植物生長發育和逆境調控網絡中發揮重要作用。但該基因家族在葫蘆科作物中的功能研究較少。本研究基于西瓜全基因組序列信息，首次對西瓜NAC基因家族成員進行了全基因組搜索、比對和鑒定，并全面分析了其家族分類、序列結構以及時空表達狀況。并對其在西瓜生長發育以及應對各種非生物脅迫的功能進行了全面的功能預測。為挖掘NAC轉錄因子在西瓜中的功能提供有價值的參考，并為其他經濟作物的非生物脅迫的耐受性機制的研究提供新思路。

材料與方法： 以西瓜自交系LFM為研究材料。植株在水培條件下分別進行NaCl，PEG6000，ABA，JA和低溫等處理后進行根部取樣進行表達分析。利用擬南芥與水稻所有NAC基因家族序列進行葫蘆科基因組比對搜尋同源序列。然后，使用HMM對得到的所有候選序列進行多重同源序列比對。利用Pfam或SMART在線工具進行結構域鑒定。根據已公布的同源或相似度最高擬南芥NAC轉錄因子，對西瓜NAC轉錄因子進行命名。利用Gene Structure Display Server 數據庫進行NAC基因的結構分析。用CIRCOS軟件（http：//circos.ca） 進行染色體定位繪圖。利用MEGA 6.0，采用鄰位相連法（Neighbor-Joining， NJ）構建無根系統發育樹。利用MEME（http：//meme-suite.org/）尋找保守的Motif并繪制其蛋白二級結構。利用PlantCARE進行 NAC基因的啟動子預測及響應元件分析。利用WoLF PSORT （http：//wolfpsort.seq.cbrc.jp） 對西瓜所有NAC蛋白進行亞細胞定位預測。并利用NetPhos2.0 Server （http：//www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/）和SignalP （http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP） 分別對磷酸位點及多肽位點進行了預測分析。

結果與分析： 利用生物信息學分析方法，在西瓜中鑒定到了80個NAC轉錄因子，并根據它們的基因和蛋白結構特征將其分類為12個亞家族。基因表達譜分析表明，幾個NAC 亞家族對非生物脅迫非常敏感，例如，亞家族IV可能在干旱和高鹽的環境中維持植物體內水分平衡，以及水和代謝物向果實內的轉移方面發揮重要作用。實驗結果還揭示了西瓜對低溫脅迫的敏感性可能與大量NAC轉錄因子對低溫脅迫的迅速負響應有關。同時基于基因表達譜探討了NAC轉錄因子在非生物脅迫和不同激素（脫落酸和茉莉酸）信號途徑中的交叉響應。

結? ? 論： 西瓜中鑒定到了80個NAC轉錄因子，分類為12個亞家族。NAC轉錄因子在非生物脅迫（干旱、鹽脅迫、低溫等）發揮重要作用，并和不同激素（脫落酸和茉莉酸）信號存在交叉響應。