木豆WD40基因家族鉴定及响应茉莉酸甲酯的表达分析

摘要

WD40蛋白参与调控植物生长发育、次生代谢产物合成及胁迫应答等生物学过程。WD40主要作为MYB-bHLH-WD40(MBW)蛋白复合体成员之一，激活花青素合成下游基因转录进而促进花青素的积累。探究WD40基因家族的功能是解析黄酮类次生代谢产物代谢调控机制的关键环节。本研究基于木豆(Cajanus cajan)基因组鉴定了木豆CcWD40家族成员，并对CcWD40基因进行生物信息学分析以及对茉莉酸甲酯响应的实验。利用生物信息学在木豆基因组中鉴定出116个CcWD40基因家族成员，系统全面地评价了候选基因的基因结构、染色体分布、启动子顺式作用元件及系统发育进化历程等特征，并分析了其在茉莉酸甲酯处理下的表达模式。结果表明：WD40蛋白质包含的氨基酸残基数目在296～1 709之间，等电点范围为4.33～9.58;116个基因可进行定位的基因有68个，这68个CcWD40基因不均匀分布于11条染色体上，大多位于3号染色体；系统进化树将木豆CcWD40家族成员分为18个亚家族，尽管其基因结构间内含子差异较大，但在进化树同一分支中的较为相似；共线性分析显示，在所选3种模式植物中，木豆与大豆亲缘关系最近；木豆CcWD40基因具有多个响应元件，包括胁迫响应元件、发育响应元件和激素响应元件，如脱落酸响应元件(ABRE)、水杨酸响应元件(TCA-element)、赤霉素响应元件(GARE-Motif)等，可见它们的表达受到复杂的调控网络的控制，可能在非生物胁迫中起到重要作用；基于RNA-seq数据分析木豆CcWD40家族基因应茉莉酸甲酯的表达特征，其中96个CcWD40基因的表达量会在MeJA处理后首先逐渐降低，只有20个CcWD40基因的表达量会首先呈现升高趋势，并且同一进化分支的CcWD40基因相应趋势大体相同。该研究将为进一步探索WD40基因在调控黄酮类化合物合成和响应非生物胁迫应答中的功能提供重要基因资源和理论基础。

关键词

木豆 / CcWD40 / 全基因组鉴定 / 茉莉酸甲酯