巨桉轉錄因子ZF-HD基因家族及其功能初步分析

摘要：[目的]解析轉錄因子ZF-HD在桉樹生長發育中的作用，進而深入了解其在桉樹中如何發揮功能。[方法]在本研究中利用生物信息學鑒定巨桉ZF-HD基因家族成員，并對其染色體定位、理化性質、基因結構、蛋白保守結構域和表達模式進行分析。[結果]桉樹中共發現10個基因家族成員，編碼78-343個氨基酸，幾乎所有成員都屬于堿性蛋白質，主要定位于細胞核，且motifl在ZF-HD家族中非常保守，其啟動子順式作用元件主要為激素應答、生長發育和逆境應答等響應元件。ZF-HD基因家族成員在不同組織、不定根誘導和不定芽誘導過程中的表達分析表明，大多數家族成員在不同組織中存在著差異表達，且家族成員主要在頂端等初生生長階段表達。且巨桉ZF-HD家族部分成員在不定根和不定芽誘導階段表達量顯著上升，亞細胞定位分析與預測結果相同。同時EgrZHD2定位于細胞核，且在莖尖的表達量較高，隨著莖頂端向下其表達量顯著下降。[結論]巨桉ZF-HD基因家族成員在桉樹不定根和不定芽誘導等發育中起著重要的調控作用。EgrZHD2作為重要的轉錄因子作用于桉樹的初生生長以及不定根誘導等生物學過程。

關鍵詞：巨桉；轉錄因子；ZF-HD；發育；表達模式；生物信息學分析

中圖分類號：S722 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）04-0073-12

ZF-HD是一類植物特有的轉錄因子，在生長發育、作物產量質量以及逆境脅迫響應中發揮重要作用。主要包含一個鋅指結構域（zine finger，ZF）和一個同源異形盒結構域（homeodomain，HD）。ZF結構域在自然界中廣泛存在，一般由鋅離子和半胱氨酸、組氨酸構成，能特異地結合到DNA/RNA上，也能促進蛋白間的互作。HD含有一個由180個堿基組成的同源異形框（homeobox），穩定翻譯形成一個高度保守的三螺旋結構域，能夠與特定DNA序列相互作用，調控靶基因的表達水平，從而參與植物的生長發育。植物中HD主要分為ZF-HD、HD-ZIP（Homeodomain-Ieucine zipper）、PHD（Plant homeodomain-finger）、KNOX I-II（Knotted-like homeobox）、WOX （Wuschel-related homeobox），BLH（BELl-Iike homeodomain）等亞家族。其中ZF-HD家族又分為ZHD和MIF兩個亞家族，其中MIF基因只含有ZF結構域，并不編碼HD結構域。

ZF-HD轉錄因子首先在C4植物黃花菊（Flaveria trinervia Spreng）中鑒定，發現FtZHD主要通過調控C4磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（PEPCase）的合成，進而影響C02固定的過程。在擬南芥（Arabidopsis thaliana L）中17個ZF-HD基因家族成員中有13個成員特異或主要在花器官巾表達，其家族成員HB （Homeobox）基因可能通過ZF-HD結構域參與花的發育調控。相似的結果在番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）和苦蕎麥（Fagopyrum tataricum L.）中發現。在擬南芥中，ZF-HD家族中一些成員參與了生長素轉換來影響生長的過程，AtHB22和AtHB25通過控制赤霉素（GA）的生物合成參與種子壽命的調控；HB33和ARF2是ABA信號通路中的調控因子，在生長素信號通路調節植物生長；HB24通過直接調控參與IBA（ Indole-3-butyric acid）到IAA（ Indole-3-acetic acid）轉化過程中關鍵酶IBRl（ Indole-3-butyric acid response1）的基因控制根毛形成和生長。此外發現，共表達擬南芥轉錄因子ZHDI和NAC增強了ERD1基因的表達，從而提高擬南芥的抗逆性。在葡萄（Vitis vinifera L.）中，VvZHD主要在果實中表達。在茶樹（Camellia sinensis L）中，CsZHD在頂芽和幼葉等幼嫩組織中表達更高。玉米（Zea mays L.）的轉錄組分析中顯示：ZmZHD可能在玉米的葉片衰老過程中起到作用。盡管如此，其在桉樹巾的家族成員以及如何發揮作用還尚不清楚。