胡仲遠(yuǎn) 呂小龍 張明方

目的與意義： NAC基因家屬在植物生長發(fā)育和逆境調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)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(jìn)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(jié)構(gòu)以及時空表達(dá)狀況。并對其在西瓜生長發(fā)育以及應(yīng)對各種非生物脅迫的功能進(jìn)行了全面的功能預(yù)測。為挖掘NAC轉(zhuǎn)錄因子在西瓜中的功能提供有價值的參考，并為其他經(jīng)濟(jì)作物的非生物脅迫的耐受性機(jī)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(jìn)行NaCl，PEG6000，ABA，JA和低溫等處理后進(jìn)行根部取樣進(jìn)行表達(dá)分析。利用擬南芥與水稻所有NAC基因家族序列進(jìn)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(jìn)行多重同源序列比對。利用Pfam或SMART在線工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)域鑒定。根據(jù)已公布的同源或相似度最高擬南芥NAC轉(zhuǎn)錄因子，對西瓜NAC轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行命名。利用Gene Structure Display Server 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行NAC基因的結(jié)構(gòu)分析。用CIRCOS軟件（http：//circos.ca） 進(jìn)行染色體定位繪圖。利用MEGA 6.0，采用鄰位相連法（Neighbor-Joining， NJ）構(gòu)建無根系統(tǒng)發(fā)育樹。利用MEME（http：//meme-suite.org/）尋找保守的Motif并繪制其蛋白二級結(jié)構(gòu)。利用PlantCARE進(jìn)行 NAC基因的啟動子預(yù)測及響應(yīng)元件分析。利用WoLF PSORT （http：//wolfpsort.seq.cbrc.jp） 對西瓜所有NAC蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)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(diǎn)及多肽位點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測分析。

結(jié)果與分析： 利用生物信息學(xué)分析方法，在西瓜中鑒定到了80個NAC轉(zhuǎn)錄因子，并根據(jù)它們的基因和蛋白結(jié)構(gòu)特征將其分類為12個亞家族。基因表達(dá)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(huán)境中維持植物體內(nèi)水分平衡，以及水和代謝物向果實(shí)內(nèi)的轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮重要作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示了西瓜對低溫脅迫的敏感性可能與大量NAC轉(zhuǎn)錄因子對低溫脅迫的迅速負(fù)響應(yīng)有關(guān)。同時基于基因表達(dá)譜探討了NAC轉(zhuǎn)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(yīng)。

結(jié)? ? 論： 西瓜中鑒定到了80個NAC轉(zhuǎn)錄因子，分類為12個亞家族。NAC轉(zhuǎn)錄因子在非生物脅迫（干旱、鹽脅迫、低溫等）發(fā)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(yīng)。