洋蔥WRKY基因家族鑒定及其在鱗莖發育過程中的表達分析

摘要：為了探討洋蔥WRKY轉錄因子家族的功能，本研究基于洋蔥全基因組和鱗莖不同發育時期的轉錄組數據，利用生物信息學方法篩選并鑒定到55個AeWRK基因家族成員，其編碼蛋白序列長度為144-683aa，等電點為5.11-9.65，脂肪系數為47.14-77.24，均為親水性蛋白。亞細胞定位預測結果表明，這55個AcWRKY蛋白都定位在細胞核中。進化樹分析顯示，洋蔥WRXY家族基因分為Croup I、CroupⅡ和CroupⅢ三大類，其中CroupⅡ組可進一步分為5個亞組，洋蔥和擬南芥WRKY蛋白在各組中均有分布，推測相同組或亞組中洋蔥與擬南芥的WRKY轉錄因子可能具有相似的功能。保守結構域分析發現，所有AcWRKYs均具有高度保守的WRKYCQK基序及其特有的鋅指結構，少數成員存在保守結構域的變異。基因結構和保守基序分析結果顯示，不同AcWRKY成員的外顯子和motif在數量和分布上存在一定差異，同一組或亞組的成員表現出一定的相似性。轉錄組數據分析結果表明，絕大多數AcWRKYs基因直接或者間接參與了洋蔥鱗莖的發育與形成。本研究結果可為深入研究AcWRKY基因在洋蔥鱗莖形成中的機制提供參考。

關鍵詞：洋蔥；WRKY基因家族；生物信息學分析；基因表達；轉錄組分析

中圖分類號：S633.2：Q781 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）01-0001-11

洋蔥（Allium， cepaL）是石蒜科（Amaryllidace-ae）蔥屬（Atlium）二年生草本植物，富含人體所需多種氨基酸、維生素和礦物元素等，是一種食藥兩用型蔬菜。洋蔥是我國重要的特色蔬菜和出口創匯蔬菜，而且在人們的日常飲食中也發揮著必不可少的作用，其鱗莖，也就是我們常說的洋蔥頭，富含的有機硫化物具有抗衰老、抗菌、降血脂、促消化等藥用價值，深受廣大消費者喜愛，具有很好的發展前景。

按洋蔥鱗莖形成對光照長度的要求可分為長日生態型、中日生態型和短日生態型。鱗莖化實際是鱗莖類植物形態建成過程中的特異化發育，是植物特定基因表達的結果。WRKY轉錄因子作為植物所特有的最大基因家族之一，在植物生長發育中扮演重要角色，因含有一段靠近C端由約60個氨基酸殘基組成的高度保守的WRKY結構域而得名，這段區域由N端的七肽基序“WRKYGQK”和C端的C2H2或C2HC鋅指結構組成。根據WRKY結構域的數量和鋅指結構的類型，WRKY家族被分為3大類：Group I成員一般包含2個WRKY結構域和1個C2H2鋅指基序：GroupⅡ包含1個WRKY結構域和1個C2H2鋅指基序，根據其結構可進一步分為5個亞組，即Ⅱ一a、Ⅱ-b、Ⅱ-e、Ⅱ-d和Ⅱ-e；GroupⅢ成員含有1個WRKY結構域和1個C2HC鋅指基序。進一步研究發現，WRKY結構域還存在WKKYSEK、WRKYEQK、WSKYGQK、WRKYGEK以及WKKY等形式的變異序列。在功能方面，WRKY轉錄因子通過其兩端的特異性結構域與靶基因啟動子區的W box（TTGACC/T）順式元件結合，以此激活或抑制靶基因轉錄，進而調控下游基因的表達。研究表明，WRKY轉錄因子幾乎參與了植物所有的生長發育調控過程，且單個WRKY基因可能參與多個信號調節通路。

隨著基因組測序工作的大范圍開展，多物種測序已完成，在很多高等植物中鑒定到WRKY家族基因，例如在擬南芥全基因組中鑒定到72個WRKY基因，在粳稻和秈稻中分別鑒定到98和102個，在玉米中鑒定到125個，在大豆中鑒定到182個，在番茄中鑒定到81個，在黃瓜中鑒定到55個，在大蒜中鑒定到63個。雖然洋蔥基因組已經公布，但是關于洋蔥WRKY家族的全基因組鑒定與分析尚未見報道。本研究基于洋蔥全基因組數據庫和轉錄組數據，運用生物信息學手段對洋蔥WRKY家族進行全基因組鑒定與分析，以期為解析WRKY基因調控洋蔥鱗莖膨大形成的機理研究提供參考。

1材料與方法

1.1植物材料

本試驗所用材料為來自山東省農業科學院蔬菜研究所的洋蔥雙單倍體DH-17，分別取40、54、61、68 d苗齡的植株鱗莖部位，液氮速凍后，于-80℃保存，用于轉錄組測序（RNA-seq）。

1.2洋蔥全基因組WRKY基因鑒定和理化性質分析

從洋蔥基因組網站（https：//www.omonge-nome.wur.nl/）下載洋蔥全基因組數據、蛋白序列和完整的注釋信息（v1.2版本），從Pfam數據庫（http：//pfam.xfam.org）中下載WRKY隱馬爾科夫模型文件（PF03106）。通過Hmmer 3.0軟件構建本地蛋白數據庫篩選洋蔥WRKY基因。將篩選到的候選序列通過Pfam和NCBI數據庫CDD（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/SUucture/cdd/wrpsb.cgi）功能篩選保守結構域，剔除重復或不完整的轉錄因子，最后獲得55個洋蔥WRKY基因家族成員。