呂梓劍　金純伊　鄒吉祥　金　華

低氮脅迫下文冠果轉(zhuǎn)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(xué)環(huán)境與資源學(xué)院遼寧大連116600）

利用Illumina測序技術(shù)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(zhuǎn)錄組測序，通過植物轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫（PlantTFDB）獲得文冠果在低氮脅迫下被誘導(dǎo)表達的轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)果表明，以WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族為例，文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子在氮素缺乏的條件下會受到強烈的響應(yīng)文章對以WRKY家族為例對文冠果低氮脅迫下轉(zhuǎn)錄因子表達變化進行了分析。

文冠果；轉(zhuǎn)錄因子；基因表達

轉(zhuǎn)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(zhì)分子。在特定的信號誘導(dǎo)下，調(diào)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(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素，是作物生長和產(chǎn)量形成的首要限制因子。氮素缺乏會導(dǎo)致植物生長發(fā)育受到限制，甚至導(dǎo)致植株死亡。WRKY作為高等植物中的轉(zhuǎn)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(diào)控，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達和調(diào)控植物的各種生理與發(fā)育過程[1-2]。從甘薯中發(fā)現(xiàn)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(jù)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W(wǎng)RKY72 參與調(diào)控活性氧耐受和氮營養(yǎng)吸收或利用過程[4]。通過對AtWRKY31 進行亞細胞定位以及轉(zhuǎn)錄活性分析，發(fā)現(xiàn)AtWRKY31 定位于細胞核，具有轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)錄組測序為基礎(chǔ)分析了低氮脅迫下文冠果轉(zhuǎn)錄因子的表達變化，為探究文冠果在低氮條件下分子響應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 文冠果材料處理及轉(zhuǎn)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(yǎng)液（進行澆灌，每3 d澆灌一次營養(yǎng)液。設(shè)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(zhuǎn)錄因子鑒定

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

1.3 文冠果WRKY轉(zhuǎn)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(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)錄因子的鑒定

文冠果轉(zhuǎn)錄組測序片段經(jīng)Trinity拼接共獲得178 376條CDS序列，將其上傳至植物轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫（PlantTFDBv4.0）進行比對，得到1 873個轉(zhuǎn)錄因子，分屬于56個轉(zhuǎn)錄因子家族，我們將數(shù)量在前10的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄因子的鑒定Top10

2.2 文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的聚類熱圖分析

通過前期實驗室轉(zhuǎn)錄組的數(shù)據(jù)分析，得到了所有文冠果WRKY轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)錄因子在氮素更為缺乏的條件下，會受到更為強烈的響應(yīng)。一些轉(zhuǎn)錄因子在低氮時比無氮時差異表達變化量要大，這樣的轉(zhuǎn)錄因子還有很多，但是也有極個別的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄因子不會響應(yīng)低氮脅迫。

圖1　文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的聚類熱圖

3 結(jié)論與討論

文章將從文冠果轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫中鑒定出的1 873個轉(zhuǎn)錄因子數(shù)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(guān)[9-12]。64個WRKY轉(zhuǎn)錄因子進行了聚類熱圖分析表明文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子在氮素缺乏的條件下會受到強烈的響應(yīng)。通過對文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的聚類熱圖分析，發(fā)現(xiàn)文冠果WRKY轉(zhuǎn)錄因子在氮素更為缺乏的條件下，會受到更為強烈的響應(yīng)。

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省級大創(chuàng)項目201912026167

金華

S511

A

2095-1205(2020)05-87-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.42