張紅, 員世宇, 王文浩, 劉文俊, 何麗芬, 閆玉星, 王彥尊, 王鵬冬, 鄭洪元, 張鑫,2

向日葵和基因家族的鑒定和表達(dá)分析

張紅1, 員世宇1, 王文浩1, 劉文俊1, 何麗芬1, 閆玉星1, 王彥尊1, 王鵬冬1, 鄭洪元1*, 張鑫1,2*

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所，太原 030031；2. 省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(籌)，太原 030031)

為了解向日葵()的Argonaute (AGO)和Dicer-like (DCL)的功能，利用擬南芥()的和基因序列在向日葵基因組數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源比對，對向日葵AGO和DCL家族成員進(jìn)行生物信息學(xué)分析。結(jié)果表明，從向日葵中鑒定到15個(gè)和5個(gè)家族成員；這2類基因在染色體上的分布均不均勻。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，與擬南芥相似，家族成員可分為3個(gè)分支，可分為4個(gè)分支；所有的都具有保守的N domain、DUF1785、PAZ和PIWI結(jié)構(gòu)域，家族成員都含有PAZ和RIBOc結(jié)構(gòu)域。表達(dá)分析表明，和在莖和花序中高度表達(dá)；亞細(xì)胞定位表明HaAGO多定位于細(xì)胞核。這表明向日葵中可能存在典型的RNAi干擾機(jī)制，并可能參與了協(xié)調(diào)向日葵的生長發(fā)育過程。

RNA干擾；AGO家族；DCL家族；向日葵；基因表達(dá)

RNAi (RNA interference)即RNA干擾，是在生物體內(nèi)普遍存在的一種古老的生物學(xué)現(xiàn)象，是一種高度保守的基因表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制。典型的RNAi是指在Dicer-like (DCL)和Argonaute (AGO)作用下，利用雙鏈RNA (double-stranded RNA, dsRNA)誘導(dǎo)形成的小RNA (small RNA, sRNA)，對目標(biāo)序列的mRNA進(jìn)行降解從而特異性地阻斷或抑制相應(yīng)基因表達(dá)的過程[1]。DCL和AGO分別參與了RNAi過程中的啟動階段和效應(yīng)階段。具有RNaseIII型活性DCL蛋白可將dsRNA加工成為包括siRNAs (small interfering RNAs)、miRNAs (microRNAs)和piRNAs (piwiRNA)等，長度約為20～30個(gè)核苷酸的sRNA (small RNA, sRNA)[2–3],進(jìn)而啟動RNAi。AGO蛋白則分別與miRNAs、siRNAs和piRNAs等不同類型的小非編碼RNA (small non-coding RNA)結(jié)合，在這些小RNA的引導(dǎo)下，AGO蛋白特異地停留在與小RNA互補(bǔ)的靶基因mRNA上，通過AGO蛋白自身的內(nèi)切酶活性對目標(biāo)基因mRNA進(jìn)行切割或翻譯抑制等以引起靶基因的沉默[4–5]。

DCL是植物中一種高度保守的核糖核酸酶,屬于RNase Ⅲ家族，是RNAi途徑中至關(guān)重要的組分[6]。DCL蛋白是加工dsRNA前體生成小分子RNA的關(guān)鍵酶，可通過剪切dsRNA產(chǎn)生sRNA，啟動RNAi途徑。AGO是一個(gè)進(jìn)化上高度保守、成員數(shù)量較多的家族[7]。該基因最初由Bohmert等[8]在擬南芥中發(fā)現(xiàn)，并在生物界中廣泛存在。在動、植物中，AGO與小RNA共同參與維持基因組的穩(wěn)定性。兩者介導(dǎo)的RNAi沉默機(jī)制在調(diào)控植物個(gè)體的生長發(fā)育水平及生物和非生物脅迫的反應(yīng)等重要的生理活動中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[9–10]。目前對RNAi途徑及其關(guān)鍵成分的研究主要集中在擬南芥和水稻等模式植物上，在其他作物中的研究還較少。

向日葵()是重要的油料作物之一，在鹽堿和貧瘠地區(qū)廣泛種植，具有抗旱和耐鹽堿特性，是優(yōu)異的抗逆基因資源[11]。向日葵生長發(fā)育過程中會受到許多逆境影響，培育和科學(xué)利用抗逆品種是提高向日葵產(chǎn)量最經(jīng)濟(jì)有效的方式。RNAi機(jī)制在植物中普遍存在，解析RNAi通路關(guān)鍵基因，從RNAi分子機(jī)制的角度分析向日葵基因，對提高向日葵的抗逆性、抗病性、產(chǎn)量及品質(zhì)等有重要意義。本研究利用生物信息學(xué)方法，結(jié)合向日葵基因組測序數(shù)據(jù)，鑒定了向日葵和基因家族，分析了AGO和DCL的理化性質(zhì)、系統(tǒng)進(jìn)化樹、蛋白保守結(jié)構(gòu)域、三級結(jié)構(gòu)和亞細(xì)胞定位，以及基因的染色體定位和組織特異性表達(dá)等，進(jìn)而對和基因功能進(jìn)行預(yù)測，以期為深入研究向日葵RNAi沉默機(jī)制提供依據(jù)，為向日葵抗逆分子育種奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 基因的搜索與確認(rèn)

在擬南芥數(shù)據(jù)庫TAIR (http://www.arabidopsis. org)以關(guān)鍵詞“AGO”和“DCL”搜索全部和家族，得到10個(gè)和4個(gè)基因的核酸序列及其對應(yīng)的氨基酸序列。

參考和家族的序列信息，以向日葵()自交系XRQ為研究對象, 在Phytozome13向日葵基因組r1.2數(shù)據(jù)庫(https://phyto zome.jgi.doe.gov/pz/portal.html)中用擬南芥同源序列比對得到向日葵和基因家族所有候選成員的氨基酸序列，先刪除掉氨基酸數(shù)量過少的序列，再將剩余蛋白的氨基酸序列提交到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域預(yù)測網(wǎng)站PFAM (http://pfam.sanger.ac.uk/)及SMART (http://smart.embl-heidelberg.de/)，根據(jù)基因家族典型結(jié)構(gòu)域PAZ與PIWI，基因家族結(jié)構(gòu)域PAZ和RIBOc，篩除不具有上述結(jié)構(gòu)域的基因,得到向日葵相應(yīng)基因家族的所有成員和，進(jìn)而得到相應(yīng)的CDS序列、氨基酸序列、基因登錄號和染色體定位信息。

1.2 生物信息學(xué)分析

使用在線軟件ExPASy (http://www.expasy.org./ tools/protparam.html)分析和基因家族成員的理化特性。使用在線軟件NCBI (https:// blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)獲得基因外顯子數(shù)量。使用GSDS 2.0 [Gene Structure Display Server 2.0 (gao-lab.org)]獲得基因內(nèi)含子數(shù)量。

1.3 系統(tǒng)發(fā)育樹建立

使用Phylogeny (http://phylogeny.lirmm.fr/)軟件構(gòu)建向日葵和擬南芥的AGO和DCL蛋白的系統(tǒng)發(fā)育樹。MUSCLE參數(shù)設(shè)置為Run mode:full processing mode；Gblocks參數(shù)設(shè)置為Min. seq. for flank pos.: 85%、Max. contig. nonconserved pos.:8、Min. block length:10、Gaps in final blocks:no；Phy ML參數(shù)設(shè)置為Model: Default、Statistical test: alrt、Number of categories: 4、Gamma: estimated、Invariable sites: estimated; Tree Dyn參數(shù)設(shè)置為Conformation: rec- tangular、Branch annotation: bootstra。

1.4 多序列比對

用Clustal Omega (https://www.ebi.ac.uk/Tools/ msa/clustalo/)和Mview (https://www.ebi.ac.uk/Tools/ msa/mview/)多重比對工具進(jìn)行保守殘基可視化和結(jié)構(gòu)域的顯示。參數(shù)設(shè)置為Output Format: Mview、Html Markup: Head、Alignment Width: 120、Con- sensus: OFF、Congaps: On。

1.5 蛋白質(zhì)和基因結(jié)構(gòu)域的搜索及繪制

用SMART和PFAM進(jìn)行結(jié)構(gòu)域搜索，為保證氨基酸序列的準(zhǔn)確性，去除在SMART中結(jié)構(gòu)域殘缺的氨基酸序列，確定所需每個(gè)結(jié)構(gòu)域的具體位置, 并使用IBS 1.0 (Illustrator for Biological Sequences)進(jìn)行可視化繪圖。SMART具體參數(shù)設(shè)置為Outlier homologues and homologues of known structure、PFAM domains、signal peptides、internal repeats。

1.6 三維結(jié)構(gòu)預(yù)測

用SWISS-MODEL (https://swissmodel.expasy. org/)對HaAGO蛋白進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)同源性建模。首先通過SWISS-MODEL模板庫進(jìn)行BLAST和HHBlits模板搜索，其次根據(jù)檢索結(jié)果篩選QMEAN (-4～0)和GMQE (0～1)最大值的模板，并在SAVES v 6.0 (http:// saves.mbi.ucla.edu)中進(jìn)行鑒定，最后通過PyMOL (The PyMOL Molecular Graphics System)軟件對預(yù)測的三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行可視化。

1.7 植物亞細(xì)胞定位預(yù)測

利用PSI (http://bis.zju.edu.cn/psi/)在線工具對HaAGOs和HaDCLs蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位，設(shè)置- values<0.01。

1.8 組織特異性表達(dá)分析

將和基因的ID號輸入eFP- Browser數(shù)據(jù)庫(http://bar.utoronto.ca/)中查詢，分析其相對表達(dá)模式，參數(shù)設(shè)置為：Use Local Max。

2 結(jié)果和分析

2.1 向日葵AGO和DCL基因的篩選及其編碼蛋白的理化性質(zhì)分析

利用擬南芥中的10個(gè)和4個(gè)基因進(jìn)行同源比對分析，最終確定向日葵中有15個(gè)和5個(gè)基因家族成員(表1)。HaAGOs蛋白由869～1 387氨基酸組成，最多的是HaAGO1b, 最少的是HaAGO4b；等電點(diǎn)為8.98～ 9.57，均為堿性；分子量為97.77～155.88 kDa;的外顯子和內(nèi)含子數(shù)量均比較少，只有2～4個(gè)，而其他s成員的外顯子數(shù)量均較多。HaAGOs蛋白的親水性值均為負(fù)值，表明均為親水蛋白，最小值是-0.924, 為HaAGO1b, 親水性最強(qiáng); 除HaAGO1b外, HaAGOs蛋白的脂溶性指數(shù)都較大，平均73.00～83.97。HaDCLs有1 272～1 710氨基酸組成，最多的為HaDCL1, 最少為HaDCL3a；等電點(diǎn)為6.10～6.46，均為酸性; 分子量為142.26～191.99 kDa，脂溶性指數(shù)最大的是HaDCL2，親水性值最大的也是HaDCL2，且HaDCLs親水性值均為負(fù)值，預(yù)測均為親水蛋白。

本研究分析了和基因的染色體定位，結(jié)果表明，在14號染色體上有5個(gè)基因，分別是和；在16號染色體上有3個(gè)，分別是和；其他染色體上分布的較少，大多為1～2個(gè)。2、4、7、8、9、15號染色體上無和基因分布，表明向日葵和基因在染色體上分布不均勻。

2.2 HaAGOs和HaDCLs的系統(tǒng)進(jìn)化分析

基于擬南芥和向日葵和基因編碼蛋白的氨基酸序列，采用最大似然法構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹。從圖1: A可見，25個(gè)AGO家族成員可分為3類，第I類分支中有6個(gè)成員，其中3個(gè)HaAGOs家族成員，分別是HaAGO2a、HaAGO2b和HaAGO7, 編碼該類成員的基因外顯子數(shù)目較少(表1); 第II類分支有9個(gè)成員，其中6個(gè)HaAGOs家族成員，分別是HaAGO1a、HaAGO1b、HaAGO1c、HaAGO5a、HaAGO5b和HaAGO10; 第III類分支有10個(gè)成員，其中6個(gè)HaAGOs家族成員，分別是HaAGO4a、HaAGO4b、HaAGO8a、HaAGO8b、HaAGO8c和HaAGO8d。相比第I類分支，編碼第II和第III類成員的基因外顯子數(shù)目明顯較多(表1)。

表1 向日葵AGO和DCL基因家族成員信息

圖1 向日葵和擬南芥AGO (A)和DCL (B)家族蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化樹。分支上的數(shù)字為1 000次復(fù)制的支持值。

從圖1: B可見，5個(gè)HaDCL蛋白可分為4個(gè)分支, AtDCL1與HaDCL1、AtDCL2與HaDCL2、AtDCL3與HaDCL3a和HaDCL3b、AtDCL4與HaDCL4分別聚在同一分支中。

2.3 HaAGOs和HaDCLs蛋白的保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測

本研究使用SMART進(jìn)行了蛋白結(jié)構(gòu)域搜索,結(jié)果表明，15個(gè)HaAGOs蛋白都包含PAZ和PIWI結(jié)構(gòu)域(圖2: A)。位于進(jìn)化樹第I分支的HaAGO2a、HaAGO2b、HaAGO7和第III分支的HaAGO8a、HaAGO8B沒有預(yù)測到MID結(jié)構(gòu)域。位于進(jìn)化樹第II分支的HaAGO1a、HaAGO1b、HaAGO1c、HaAGO5a、HaAGO10和第III分支的HaAGO4a、HaAGO4b、HaAGO8c、HaAGO8d均有保守結(jié)構(gòu)域N domain、DUF1785、PAZ、L2、MID和PIWI。在HaAGO1a中有1個(gè)富含甘氨酸(A Gly-Rich)的特異性結(jié)構(gòu)域。

與擬南芥的DCL相似，HaDCLs家族也包含DEXDc、HELICc、Dicer_dimer、PAZ、RIBOc和DSRM等保守結(jié)構(gòu)域(圖2: B)。位于進(jìn)化樹第I分支的HaDCL3b沒有預(yù)測到DEXDc結(jié)構(gòu)域, HaDCL3a和HaDCL3b沒有預(yù)測到HELICc、Dicer_dimer和DSRM結(jié)構(gòu)域。位于進(jìn)化樹第II分支的HaDCL1和第IV分支的HaDCL4沒有預(yù)測到上述結(jié)構(gòu)域。位于第III分支的HaDCL2沒有預(yù)測到DSRM結(jié)構(gòu)域。而HaDCL1和HaDCL4在N末端有1個(gè)額外的DSRM結(jié)構(gòu)域。

圖2 HaAGOs (A)和HaDCLs (B)蛋白的保守結(jié)構(gòu)域

2.4 HaAGOs蛋白PIWI結(jié)構(gòu)域的多重序列比對

15個(gè)HaAGOs中有8個(gè)(第I分支的HaAGO2a、HaAGO2b、HaAGO7和第II分支的HaAGO1a、HaAGO1c、HaAGO5a、HaAGO5b、HaAGO10)具有保守的H798位點(diǎn)，而位于第II分支的HaAGO1b的H798位點(diǎn)則被P (脯氨酸)替換。位于第III分支的HaAGO4a和HaAGO4b的H798位點(diǎn)也被P替換，HaAGO8a和HaAGO8b的H798位點(diǎn)被S (絲氨酸)替換，HaAGO8c和HaAGO8d的H798位點(diǎn)被A (丙氨酸)替換，預(yù)示這些被替換的蛋白酶活性功能可能喪失。除了第I分支的HaAGO2a和HaAGO2b有DEDD基序外，其余HaAGOs蛋白均為DEDH基序(圖3)。

2.5 HaAGOs的三級結(jié)構(gòu)預(yù)測

結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域可以看出,向日葵和擬南芥的AGO蛋白三維模型總體上都是帶有底部凹槽的新月形結(jié)構(gòu)，但各自又有所不同(圖4)。第I分支的HaAGO2a、HaAGO2b和HaAGO7 和第II分支都沒有預(yù)測到MID結(jié)構(gòu)域(紅色區(qū)域)，而第III分支僅部分成員有MID結(jié)構(gòu)域。

圖3 向日葵AGO蛋白PIWI結(jié)構(gòu)域的多重序列比對。紅色框: DEDD/H和QF-F基序。

圖4 HaAGOs蛋白的三級結(jié)構(gòu)。黃色: PAZ; 藍(lán)色: PIWI; 紅色: MID; 紫紅色: DEDD/H。

2.6 HaAGOs和HaDCLs的表達(dá)模式和亞細(xì)胞定位

利用eFP-Brower對和在花序、莖、葉和種子4種組織中的特異性表達(dá)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明(表2)，和在不同組織中的表達(dá)差異明顯。其中和在花序中高表達(dá)，和分別在種子和葉中高表達(dá)。值得注意的是,和在4個(gè)組織中均不表達(dá)。5個(gè)基因在各組織中均有不同程度的表達(dá),和在莖和花序中高表達(dá)。

亞細(xì)胞定位分析結(jié)果表明(表3)，HaAGO1b、HaAGO2a和HaAGO8c定位于細(xì)胞核，HaAGO1c和HaAGO2b定位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，HaAGO7定位于細(xì)胞核和線粒體，HaAGO1a、HaAGO4a、HaAGO4b和HaAGO10定位于線粒體，HaAGO8a定位于高爾基體和質(zhì)體。

表2 向日葵AGO和DCL家族的組織特異性表達(dá)

3 結(jié)論和討論

RNAi是真核生物調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一種保守機(jī)制, 在植物生長發(fā)育、表觀遺傳修飾、對非生物和生物脅迫的反應(yīng)和防御等多個(gè)過程中發(fā)揮著重要作用[12–14]。由AGO和DCL介導(dǎo)的RNAi是一個(gè)重要的生理調(diào)控過程，二者協(xié)同作用，參與了不同種類小RNA的產(chǎn)生、靶基因的沉默和生物途徑的調(diào)節(jié)。在擬南芥中，和分別在抗病毒防御和表觀遺傳途徑中發(fā)揮重要作用，并且這兩個(gè)基因編碼的氨基酸序列表現(xiàn)出高度的同源性[15], AtAGOs蛋白還包括介導(dǎo)mRNA裂解的AtAGO1、指導(dǎo)DNA甲基化的AtAGO4、調(diào)控植株發(fā)育的AtAGO7等[16]。擬南芥AtDCL1主要參與miRNA的生物生成[17]，AtDCL2主要負(fù)責(zé)切割dsRNA從而產(chǎn)生22nt siRNA，對病毒起抵抗作用[18]，AtDCL3參與RNA指導(dǎo)的DNA甲基化和染色體修飾過程, AtDCL4與ta-siRNA的產(chǎn)生有關(guān)，并在轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默發(fā)揮作用[19]。但是在向日葵中RNAi途徑的關(guān)鍵基因尚未見報(bào)道。

本研究共挖掘出向日葵15個(gè)和5個(gè)家族成員，分析并注釋了這些成員的氨基酸數(shù)量、分子量及基因登錄號等，并通過對20個(gè)蛋白的理化性質(zhì)分析以及染色體定位預(yù)測，以確定不同基因間的進(jìn)化關(guān)系。與擬南芥類似，系統(tǒng)發(fā)育樹分析表明基因包含3個(gè)分支, 并且基因的內(nèi)、外顯子數(shù)量、大小在不同分支內(nèi)保持較高的一致性, 這些與擬南芥中基因家族的結(jié)構(gòu)和特征一致，說明他們的基因起源甚至功能有一定的關(guān)聯(lián)性。每個(gè)分支都有來自向日葵和擬南芥的基因，推斷向日葵的祖先種類含有至少3個(gè)基因，也說明向日葵在進(jìn)化上相對保守。有趣的是，向日葵家族成員數(shù)量高于擬南芥，第Ⅲ分支且位于14號染色體上的，以及第I分支且位于16號染色體的出現(xiàn)在同一基因區(qū)間，且不超過1個(gè)干預(yù)基因，推測基因的串聯(lián)復(fù)制導(dǎo)致了向日葵基因的多樣性。

AGO和DCL蛋白成員結(jié)構(gòu)域存在差異, HaAGO家族包含7種結(jié)構(gòu)域，15個(gè)HaAGOs都有PAZ和PIWI結(jié)構(gòu)域，有研究表明PAZ有助于siRNA 3′末端的結(jié)合，而PIWI則將siRNA 5′末端與靶RNA結(jié)合[20]，暗示所有的HaAGO具有與小RNA結(jié)合的功能。在HaAGO1a中有1個(gè)富含甘氨酸(Gly-rich)的特異性結(jié)構(gòu)域，這與擬南芥和咖啡等植物中AGO1富含甘氨酸(Gly-rich)的結(jié)構(gòu)域類似，具體功能未知，有待進(jìn)一步研究。PIWI會形成一種類似于RNase H酶的折疊結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)源核酸酶的活性[21]，可將siRNA的5′末端與靶RNA結(jié)合，是核心AGO蛋白家族最主要的功能域。H798 (組氨酸)位點(diǎn)、QF-V (谷氨酰胺-苯丙氨酸-纈氨酸)和DEDD/H基序則是PIWI功能域的核心元件，有研究表明H798是AtAGO1蛋白行使體外內(nèi)切酶活性的重要位點(diǎn)[22],QF-V是sRNA雙重識別和分類中所必需的高度保守的基序[23]，DEDD/H是PIWI行使切割功能不可或缺的保守基序[24]。本研究中的PIWI大部分都包含了上述主要的功能元件，也有部分殘基被取代, 說明了向日葵AGO在功能上與擬南芥存在一定的差異。三維建模是解析蛋白功能的有效方式，用SWISS-MODEL對向日葵AGO蛋白的氨基酸序列進(jìn)行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)同源性建模[25]。SWISS-MODEL是迄今為止AGO蛋白的首選建模工具[26]，并通過PyMOL分子進(jìn)行可視化顯示。HaAGO家族三級結(jié)構(gòu)模型更明顯的顯示向日葵與擬南芥AGO結(jié)構(gòu)相似但有細(xì)微差別。HaDCLs家族成員都含有PAZ、RIBOc結(jié)構(gòu)域，氨基酸數(shù)量較多的HaDCL1和HaDCL4包含有DEXDc、HELICc、Dicer_dimer、PAZ、RIBOc和DSRM等6種結(jié)構(gòu)域；而HaDCL3a和HaDCL3b沒有預(yù)測到Dicer_dimer結(jié)構(gòu)域, 有研究表明AtDCL3也沒有預(yù)測到Dicer_dimer結(jié)構(gòu)域，而擬南芥中Dicer---_dimer結(jié)構(gòu)域參與介導(dǎo)AtDCL4的異源二聚作用[27]，因此沒有預(yù)測到Dicer_dimer可能會導(dǎo)致HaDCL3a和HaDCL3b相應(yīng)功能的喪失。綜上所述，與擬南芥相比，向日葵在進(jìn)化的過程中既有保守性又有自身的特點(diǎn)。

和組織特異性表達(dá)分析表明,在花序和種子中表達(dá)量最高，而在擬南芥的花和種子的各發(fā)育階段，也有較高的表達(dá)[28]，這可能是由于積極參與植物分生組織活動的結(jié)果。和基因在花序和莖中的表達(dá)量比其他組織高，推測其在花序和莖的生長發(fā)育中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

本研究對向日葵的AGO和DCL家族進(jìn)行了挖掘和鑒定，共發(fā)掘出15個(gè)和5個(gè)家族成員，并對其理化性質(zhì)、染色體定位、系統(tǒng)進(jìn)化樹、蛋白保守結(jié)構(gòu)域、三級結(jié)構(gòu)、亞細(xì)胞定位及組織特異性表達(dá)等進(jìn)行了分析，結(jié)果表明向日葵中可能存在典型的RNAi干擾機(jī)制，向日葵和基因其功能在進(jìn)化上是保守的，但有其自己的特殊性，并且在花序和莖的生長發(fā)育中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但具體的功能還需要更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)去佐證，以便全面解析向日葵RNAi途徑及其介導(dǎo)的沉默機(jī)制。這為揭示向日葵AGO和DCL蛋白功能、發(fā)掘向日葵的抗逆育種靶向基因資源提供了一定的理論依據(jù)。

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Identification and Expression Analysis ofandGene Families in Sunflower

ZHANG Hong1, YUAN Shiyu1, WANG Wenhao1, LIU Wenjun1, HE Lifen1, YAN Yuxing1, WANG Yanzun1, WANG Pengdong1, ZHENG Hongyuan1*, ZHANG Xin1,2*

(1. Institute of Industrial Crops, Shanxi Agricultural University,Taiyuan 030031, China; 2.State Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture (in preparation), Taiyuan 030031, China)

Ribonucleic acid interference (RNAi) is a biological process in which small RNAs regulate gene silencing at the transcriptional or post-transcriptional level. The argonaute (AGO) and dicer-like (DCL) proteins are two of the key components in the RNAi machinery of eukaryotes. In order to understand the function of AGO and DCL in sunflower (), the sequence ofandinwere used for homology alignment in the sunflower database. The bioinformatics of AGO and DCL family members in sunflower were analysed. The results showed that there were 15and 5members obtained, which were unevenly distributed on chromosomes. Themembers could be cluster into 3 clades, containing conserved domains of N domain, DUF1785, PAZ and PIWI, whereas those ofcould be cluster into 4 clades, containing conserved domains of PAZ and RIBOc. The expressions ofandin the steam and peduncle were stronger than those in other tissues. The subcellular localization showed that HaAGO was mostly localized in the nucleus. Therefore, it was suggested that a typical RNAi mechanism might exist in sunflower, and involve in coordinating growth and development in sunflower.

RNAi; AGO; DCL;; Gene expression

10.11926/jtsb.4612

2022-01-17

2022-05-02

山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(201903D221088)；國家特色油料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-14-2-05)；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生物育種工程項(xiàng)目(YZGC047)；山西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(2022-05)資助

This work was supported by the Project for Key Research and Development in Shanxi (Grant No. 201903D221088), the Project of National Characteristic Oil Industry Technology System (Grant No. CARS-14-2-05), the Project for Biological Breeding Engineering in Shanxi Agricultural University (Grant No. YZGC047), and the special Project for Modern Agricultural Industry Technology Research System in Shanxi (Grant No. 2022-05).

張紅(1984年生)，女，助理研究員，主要從事向日葵栽培與育種。E-mail: foogoohoo@126.com

. E-mail: 18935439365@163.com; 15177178@qq.com