低氮脅迫下文冠果轉錄因子的表達變化

呂梓劍　金純伊　鄒吉祥　金　華

低氮脅迫下文冠果轉錄因子的表達變化

呂梓劍金純伊鄒吉祥金華

（大連民族大學環境與資源學院遼寧大連116600）

利用Illumina測序技術對兩個低氮脅迫組( 0.2mM，LN; 0 mM，NN)和正常施氮組(2mM，CK) 處理的文冠果進行轉錄組測序，通過植物轉錄因子數據庫（PlantTFDB）獲得文冠果在低氮脅迫下被誘導表達的轉錄因子。結果表明，以WRKY轉錄因子家族為例，文冠果WRKY轉錄因子在氮素缺乏的條件下會受到強烈的響應文章對以WRKY家族為例對文冠果低氮脅迫下轉錄因子表達變化進行了分析。

文冠果；轉錄因子；基因表達

轉錄因子是將目的基因以特定的強度在特定的時間與空間表達的蛋白質分子。在特定的信號誘導下，調控目的基因表達并決定其表達的強弱。

氮素是植物生長和發育所必需的大量營養元素，是作物生長和產量形成的首要限制因子。氮素缺乏會導致植物生長發育受到限制，甚至導致植株死亡。WRKY作為高等植物中的轉錄因子家族，在植物的多種非生物脅迫（如低氮、溫度、干旱等）和生物脅迫，通過間接或者直接的方式參與調控，調節相關基因的表達和調控植物的各種生理與發育過程[1-2]。從甘薯中發現了第一個WRKY蛋白之后，研究人員在擬南芥中鑒定出了74個WRKY基因[3]。據報道，WRKY72 突變體在百草枯和低氮處理下主根延伸長度顯著變短，說明WRKY72 對MV和LN敏感，提示WRKY72 參與調控活性氧耐受和氮營養吸收或利用過程[4]。通過對AtWRKY31 進行亞細胞定位以及轉錄活性分析，發現AtWRKY31 定位于細胞核，具有轉錄抑制作用，且表達受熱害、低鉀、低氮等處理顯著的抑制[5]。因此，研究低氮脅迫下的轉錄因子的表達分析是十分必要的。

文冠果（Bunge），無患子科文冠果屬，文冠果耐干旱、貧瘠、抗逆性強，是中國特有的一種木本油料樹種[6]。該研究以兩種低氮脅迫處理下的文冠果為材料，以轉錄組測序為基礎分析了低氮脅迫下文冠果轉錄因子的表達變化，為探究文冠果在低氮條件下分子響應奠定了基礎。

1 材料和方法

1.1 文冠果材料處理及轉錄組測序

選取二月齡的文冠果幼苗葉片作為實驗材料。用改良的霍格蘭營養液（進行澆灌，每3 d澆灌一次營養液。設置3個氮濃度：2 Mm（對照）、0.2 Mm（低氮）和0 Mm（無氮），處理14 d后采集植物葉片并迅速置于液氮中冷凍，后進行RNA提取和RNA-seq測序。

1.2 文冠果WRKY轉錄因子鑒定

將文冠果轉錄組數據中的178 ,376 條CDS序列，與植物轉錄因子數據庫PlantTFDBv4.0[7]（http://planttfdb_v4.cbi. pku.edu.cn/）進行比對，共得到了1873 個轉錄因子，從中挑選得到WRKY轉錄因子。

1.3 文冠果WRKY轉錄因子家族聚類熱圖分析方法

使用百邁客云BMKClound[8]中的在線繪圖工具選擇熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 轉錄因子的鑒定

文冠果轉錄組測序片段經Trinity拼接共獲得178 376條CDS序列，將其上傳至植物轉錄因子數據庫（PlantTFDBv4.0）進行比對，得到1 873個轉錄因子，分屬于56個轉錄因子家族，我們將數量在前10的轉錄因子家族進行了整理。其中，C2H2家族最大，共335成員。接下來依次為ERF、bHLH、GRAS、C3H、bZIP、NAC、MYB-related、WRKY和Trihelix。

表1　文冠果轉錄因子的鑒定Top10

2.2 文冠果WRKY轉錄因子家族的聚類熱圖分析

通過前期實驗室轉錄組的數據分析，得到了所有文冠果WRKY轉錄因子NN、LN的log2FoldChange，通過BMKClound在線繪制熱圖工具，得到了文冠果WRKY轉錄因子家族的聚類熱圖（圖1）。可以從圖中看出，在無氮的情況下WRKY表達有高有低有明顯的差異化，通過與低氮脅迫的比對來看，在低氮脅迫的情況下大部分WRKY轉錄因子的差異表達不同于無氮的差異表達，說明了文冠果WRKY轉錄因子在氮素更為缺乏的條件下，會受到更為強烈的響應。一些轉錄因子在低氮時比無氮時差異表達變化量要大，這樣的轉錄因子還有很多，但是也有極個別的轉錄因子低氮時比無氮時差異表達變化量要小，這也說明了一小部分文冠果WRKY轉錄因子不會響應低氮脅迫。

圖1　文冠果WRKY轉錄因子家族的聚類熱圖

3 結論與討論

文章將從文冠果轉錄組數據庫中鑒定出的1 873個轉錄因子數量前十的家族進行了整理，分別為C2H2、ERF、bHLH、GRAS、C3H、bZIP、NAC、MYB-related、WRKY和Trihelix，其中ERF、bHLH、NAC、MYB-related、WRKY在以往報道中提到與低氮脅迫相關[9-12]。64個WRKY轉錄因子進行了聚類熱圖分析表明文冠果WRKY轉錄因子在氮素缺乏的條件下會受到強烈的響應。通過對文冠果WRKY轉錄因子家族的聚類熱圖分析，發現文冠果WRKY轉錄因子在氮素更為缺乏的條件下，會受到更為強烈的響應。

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省級大創項目201912026167

金華

S511

A

2095-1205(2020)05-87-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.42