1、 收稿日期:2022-08-10 基金项目:黑龙江省教育厅基本科研业务专项(145109508)资助。作者简介:陈 晗,硕士研究生。E-mail:*通信作者:祁宏英,副教授。E-mail: 安徽农业大学学报,2023,50(3):410-415 Journal of Anhui Agricultural University DOI 10.13610/ki.1672-352x.20230625.001 网络出版时间:2023-06-27 09:11:48 URL https:/ 汉麻 Alfin-like 转录因子家族鉴定及表达分析 陈 晗1,徐洪国1,2,王志刚1,2,高美玲1,2,祁宏英1
2、,2*(1.齐齐哈尔大学生命科学与农林学院,齐齐哈尔 161006;2.寒区麻及制品教育部工程研究中心,齐齐哈尔 161006)摘 要:对汉麻 Alfin-like 转录因子家族进行鉴定和生物信息学分析,为 Alfin-like 转录因子调控汉麻生长发育及抗性奠定基础。通过利用拟南芥 Alfin-like 转录因子蛋白序列作为模板,利用 TBtools、MEGA 等生物信息学工具分析汉麻全基因组数据。在汉麻基因中共鉴定出 5 个 CsALs 基因,对其进行了理化性质分析、亚细胞定位、保守基序、基因结构、染色体定位、顺式元件、共线性分析、进化分析及聚类分析等基础分析。结果表明:鉴定的 5个汉麻
3、AL 转录因子均含有 DUF3594 结构域(PAL 结构域)和 PHD 手指状结构域;经理化性质分析得出,CsALs蛋白质长度在 239256 aa 之间,等电点在 4.975.31 之间,亲水性为0.8090.623,属于酸性亲水蛋白;CsALs基因分布在 4 条染色体上,亚细胞定位发现 AL 转录因子均定位在细胞核;上游 2 000 bp 启动子元件分析与光响应、胁迫响应和激素相关;根据与拟南芥、大豆、水稻、玉米、烟草等系统发育分析共分为 B、E、F 3 个亚族;热图聚类分析表明 CsALs 基因在汉麻中具有较高表达。关键词:汉麻;Alfin-like;成员鉴定;生物信息学;表达分析 中
4、图分类号:S563.3 文献标识码:A 文章编号:1672-352X(2023)03-0410-06 Identification and expression analysis of the Alfin-like transcription factor family in Cannabis sativa CHEN Han1,XU Hongguo1,2,WANG Zhigang1,2,GAO Meiling1,2,QI Hongying1,2(1.College of Life Sciences,Agriculture and Forestry,Qiqihar University,Qiqi
5、har 161006;2.Engineering Research Center of Hemp and Hemp Products in Cold Regions,Ministry of Education,Qiqihar 161006)Abstract:Identification and bioinformatics analysis of Alfin-like transcription factor family of hemp lay the foundation for the regulation of Alfin-like transcription factor on th
6、e growth,development and resistance of hemp.In this study,Arabidopsis thaliana Alfin-like transcription factor protein sequence was used as a template,and bi-oinformatics tools such as TBtools and MEGA were used to analyze the whole genome data of hemp.Five CsALs genes were identified in Cannabis sa
7、tiva,and their physical and chemical properties,subcellular localization,conserved motif,gene structure,chromosome location,cis element,collinear analysis,evolutionary analysis and cluster analysis were performed.The results showed that all the five identified AL transcription factors contained DUF3
8、594 domain(PAL domain)and PHD finger domain,and the physicochemical properties showed that the length of CsALs protein was between 239 to 256 aa,the isoelectric point ranged from 4.97 to 5.31,and the hydro-philicity was-0.809,which was an acidic hydrophilic protein.CsALs gene was distributed on four
9、 chromosomes and subcellular localization showed that AL transcription factors were located in the nucleus.The upstream 2000bp promoter element analysis was related to light response,stress response and hormone.According to the phylogenetic analysis of Arabidopsis thaliana,soybean,rice,maize and tob
10、acco,it was divided into three sub-groups:B,E,F;heat map cluster analysis showed that CsALs gene was highly expressed in Cannabis sativa.Key words:Cannabis sativa L.;Alfin-like;member identification;bioinformatics;expression analysis Alfin-like 转录因子家族 N 端含有高度保守的DUF3594 结构域、C 末端含有 PHD 手指状蛋白和保守结构域之间可变
11、区域,是植物中小型特异性基因家族,该转录因子家族首次在苜蓿中被鉴定1-3。50 卷 3 期 陈 晗等:汉麻 Alfin-like 转录因子家族鉴定及表达分析 411 Alfin1 是苜蓿中根和愈伤组织特异性转录因子,通过结合 MsPRP2 的启动子,增强其耐盐表达,其过表达明显改善根系生长状况4-5。拟南芥中 AL 家族中 PHD 手指蛋白可以与赖氨酸 4(H3K4me3/2)高度甲基化形式结合,也是拟南芥各种植物组织中表达的核蛋白,并参与染色质调节6。拟南芥 AL6、AL7 在种子中优先表达,其中 AL PHD-PRC1 复合物以染色质的形式激活 H3K4me3 转录转换至H3K27me3
12、种子萌发7。AL6 在拟南芥幼苗生长期间通过调节染色质结构协调磷酸盐和茉莉酸盐信号转导8。目前 AL 基因在拟南芥9、玉米10、核桃11、棉花12中被鉴定。汉麻又称为工业大麻(Cannabis sativa),属大麻科(Cannabinaceae),春种夏收,是一年生直立草本植物13。7 000 年前我国已开始将工业大麻应用于生产生活,近 30 年,工业大麻被欧美专家称为“最完美纤维”、“第二层皮肤”14-15。毒品大麻与汉麻的区别在于 THC 含量,低于 0.3%THC 含量的大麻为汉麻,应用于纤维制衣、食品面粉、大麻籽油、乙醇燃料16-17。但关于 Alfin-like 相关研究很少,对汉
13、麻中 Alfin-like 转录因子家族进行生物信息学分析,基于汉麻全基因组数据,分析其家族成员,进行基因定位、基因结构、顺式作用元件、保守基序、与拟南芥共线性分析,并与其他作物进行同源序列比对,为进一步研究其生物学功能奠定基础。1 材料与方法 1.1 汉麻 AL 转录因子家族的鉴定 汉麻、拟南芥全基因序列与蛋白质序列来源于NCBI(https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/)、拟 南 芥Alfin-like转 录 因 子 蛋 白 序 列 来 源 于TAIR(https:/www.arabidopsis.org/)。根据拟南芥 AL 转录因子家族利用 TBtools 中的 bla
14、st 比对分析 CsALs候选基因,并上传 Pfam 进行结构域鉴定,除去不含 Alfin、PHD 结构域的候选基因,最终确定汉麻Alfin-like 转录因子相关基因。1.2 汉麻 AL 转录因子定位及进化树分析 将汉麻全基因组注释文件与筛选出的 CsALs 转录因子基因号导入 TBtools 进行基因定位可视化。利用 NCBI 对玉米、大豆、水稻、烟草进行 blast 比对,并下载其 Alfin-like 转录因子蛋白序列,使用MEGA 7.0 与 拟 南 芥、汉 麻 根 据 邻 近 算 法(neighbor-joining,NJ)构建系统发育树,利用在线工具 EvolView(https
15、:/www.evolgenius.info/)对进化树进行美化。1.3 汉麻 AL 转录因子保守基序及基因结构分析 利 用 在 线 网 站 MEME(https:/meme-suite.org/meme/tools/meme)分析汉麻 Alfin-like 转录因子相关基因的保守基序,基序预测选择 10,其他设置默认。将 MEME 分析结果、汉麻全基因组注释文件、CsALs 转录因子基因号导入 TBtools 进行保守基序、基因结构结果可视化。1.4 汉麻 AL 转录因子家族理化性质分析及亚细胞定位 使 用 在 线 网 站 Expasy(https:/web.expasy.org/protpa
16、ram/)分析汉麻 Alfin-like 转录因子基因的理化性质,包括氨基酸数、等电点、分子量、亲水性。利用在线工具 Cell-PLoc 2.0(http:/ Alfin-like转录因子基因的亚细胞定位。1.5 汉麻 AL 转录因子顺式作用元件及共线性分析 筛选汉麻 Alfin-like 转录因子基因上游 2 000 bp利用在线软件PlantCARE分析其启动子顺式作用元件,使用 TBtools 中 Dual Systeny Plot for MCScanX分析汉麻与拟南芥共线性共线性关系,利用 TBtools对顺式作用元件、共线性进行可视化。1.6 汉麻 AL 转录因子不同品种表达模式分析 根据已报道的 9 个大麻栽培品种(Black Berry Kush,Black Lime,Canna Tsu,Cherry Chem,Valley Fire,Mama Thai,Sour Diesel,Terple 和 White Cook-ies)腺毛转录组数据18筛选关于汉麻 Alfin-like 转录因子基因的表达量数据并导入 TBtools 软件中绘制热图,对其进行不同品种表达量的聚类