1、热带亚热带植物学报 2023,31(4):521 530 Journal of Tropical and Subtropical Botany 收稿日期收稿日期:2022-01-24 接受日期接受日期:2022-05-17 基金项目基金项目:海南省自然科学基金项目(319MS017)；海南大学科研启动基金项目(kyqd1620)；海南大学国家级大学生创新创业训练计划项目(SA2000008501,SA2100001230)资助 This work was supported by the Project for Natural Science in Hainan(Grant No.319MS0
2、17),the Project for Scientific Research Startup in Hainan University(Grant No.kyqd1620),and the Project for National Innovation and Entrepreneurship Training of Hainan University(Grant No.SA2000008501,SA2100001230).作者简介:张水仙(1999 年生)，本科，研究方向为野生动物与自然保护区管理。E-mail:*通讯作者 Corresponding author.E-mail: 白化菠萝
3、蜜茎白化菠萝蜜茎2个蛋白激酶和个蛋白激酶和4个转录因子家族分析个转录因子家族分析 张水仙1a,王紫璇1a,谢柳青1b,于旭东1a,蔡泽坪1a*,罗佳佳1b,2(1.海南大学,a.林学院,热带特色林木花卉遗传与种质创新教育部重点实验室;b.热带作物学院,海口 570228;2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所,海口 571101)摘要：摘要：为探究蛋白激酶(PKs)和转录因子(TFs)在白化菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)幼苗茎次生生长中的表达变化，基于转录组数据对其差异表达基因(DEGs)进行预测及分类，并对挑选出的 2 个 PKs 和 4 个 TFs 家族构
4、建系统进化树。结果表明,胞质类受体激酶(RLCK)-VIII 家族的 DEGs 上下调表达各 4 个，亮氨酸富集重复类受体激酶(LRR-RLK)-X 家族 Xa 和 Xb-2 分支中的 DEGs 均下调表达，Xb-1 中的均上调，TCP 家族的 20 个 DEGs 中有 15 个上调表达，zf-HD 和 GRF 家族中的大多数DEGs 上调表达，Alfin-like 家族中的 DEGs 均下调表达。因此，这表明 6 个家族可能在菠萝蜜茎的次生生长过程和应对非生物胁迫中发挥重要作用。关键词：关键词：菠萝蜜；茎；蛋白激酶；转录因子 doi:10.11926/jtsb.4619 Analysis o
5、n 2 Protein Kinases and 4 Transcription Factors Families in Albino Artocarpus heterophyllus Stems ZHANG Shuixian1a,WANG Zixuan1a,XIE Liuqing1b,YU Xudong1a,CAI Zeping1a*,LUO Jiajia1b,2(1a.Key Laboratory of Genetics and Germplasm Innovation of Tropical Special Forest Trees and Ornamental Plants,Minist
6、ry of Education,College of Forestry;1b.College of Tropical Crops,Hainan University,Haikou 570228,China;2.Tropical Crops Genetic Resources Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Haikou 571101,China)Abstract:Protein kinases(PKs)and transcription factors(TFs)are important component
7、s of signal transduction,which are involved in the secondary growth of stems.To explore their expression changes in stem secondary growth of albino Artocarpus heterophyllus seedlings,the differentially expressed genes(DEGs)of PKs and TFs were predicted and classified based on transcriptome data,and
8、phylogenetic trees were constructed for 2 PKs and 4 TFs families.The results show that the number of up-and down-regulated DEGs in the receptor-like cytoplasmic kinase(RLCK)-VIII family was 4 each.All of DEGs in Xa and Xb-2 branches in leucine-rich repeat receptor kinase(LRR-RLk)-X family were down-
9、regulated,while those in Xb-1 branch were up-regulated.Among 20 DEGs in TCP family,15 were up-regulated in AAS.And most genes in zf-HD and GRF families were up-regulated,while all DEGs in Alfin-like were down-regulated in AAS.Therefore,it was suggested that six families might play an important role
10、in the secondary growth of A.heterophyllus stems and the response to abiotic stress.Key words:Artocarpus heterophyllus;Stem;Protein kinase;Transcription factor 522 热带亚热带植物学报 第 31 卷 茎的次生生长是树木茎增粗的主要方式，包括次生木质部和次生韧皮部的形成等一系列过程，与木材形成密切相关1。近年来，植物茎次生生长的研究主要在杨属(Populus)植物中开展。Dharma-wardhana 等2研究表明，胡杨(P.trich
11、ocarpa)部分转录因子(transcription factors,TFs)基因上调表达与茎的次生生长相关，对其生长速度、木材质量等方面起促进作用。Seyfferth 等3确定了白杨(Temulus tremula)转录组中与木材相关的基因，并探究了木材形成中与乙烯相关的基因表达网络，然而目前的研究集中在杨属等速生树种。蛋白激酶(protein kinases,PKs)在细胞信号转导中发挥重要作用，其主要通过使底物蛋白磷酸化的方式将信号逐级放大从而引起细胞反应4。植物类受体激酶(receptor-like kinases,RLKs)是 PKs 中重要的一类。RLKs 定位在细胞膜上，典型的
12、 RLKs 调控机制为信号分子与其胞外结构域特异性结合后,激活胞内激酶域进而实现跨膜信号的传导5。茎的次生生长主要依赖于形成层的活动，Agusti 等6通过反向遗传学分析确定了拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的RLK基因AtRUL1和AtMOL1以相反的作用调节形成层的活动。TFs 作为一类反式作用因子，能与启动子区域的顺式作用元件特异性结合，调控基因表达7。有研究表明，POPCORONA(PtPCN)转录因子在杨树茎的次生生长过程中能够调控细胞的分化8，PtNAC、PtbZIP 等转录因子与胡杨茎的次生生长密切相关9。PtGRF9 转录因子通过调节毛果杨(P.tricho
13、carpa)细胞壁的生物合成，进而调控茎的次生生长10。但相关研究大多在正常植株中开展，对白化突变体茎次生生长中 PKs 和 TFs 的研究还鲜见报道。菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)是优质的木材树种，能够带来良好的经济效益。白化突变体已被运用在杂交育种、分子标记等诸多方面。本课题组前期考察中发现了白化菠萝蜜苗(albino Artocarpus heterophyllus seedling,AAS)，并对其次生生长茎进行了结构解剖观察，其次生木质部、次生韧皮部及周皮的厚度均减小11，且次生木质部导管和次生韧皮部筛管的孔径和面积减小，密度增大12，这说明白化现象对菠萝
14、蜜茎的次生生长具有负面影响。然而在细胞信号转导中起重要作用的PKs和TFs基因表达如何变化还需深入分析。因此，本研究对白化菠萝蜜苗次生生长茎中PKs 和 TFs 的差异表达基因(DEGs)进行预测及分类,并通过构建系统进化树等方法对挑选出的 2 个 PKs和4个TFs家族进行分析，为研究植物白化对茎PKs和 TFs 的影响提供参考。1 材料和方法 1.1 材料材料 菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)采自海南省儋州市海南大学儋州校区。菠萝蜜母株具有隐性的白化突变，且子代能分离出白化(AAS)和正常幼苗13，以分离出的正常幼苗作为对照(CK)。将萌发 40 d 的 AAS与
15、CK 次生生长茎置于液氮中速冻保存(196),送华大基因公司进行 RNA 提取、文库构建和测序。1.2 转录组数据来源转录组数据来源 次生生长茎DEGs的编码序列(coding sequence,CDS)、蛋白序列及基因表达量(fragments per kilo-base million,FPKM)从谢柳青等14获取，SRA 数据库登录号为 PRJNA611876。43 881 个 DEGs 的表达差异均在 2 倍以上，且 Q-value0.001。1.3 菠萝蜜菠萝蜜 PKs 和和 TFs 预测预测 将菠萝蜜DEGs的CDS上传到ITAK(http:/ PKs 和 TFs预测。对预测结果进
16、行统计，分析 PKs 和 TFs 家族中上下调基因的数量并绘制柱状图。1.4 多序列比对及系统进化树的构建多序列比对及系统进化树的构建 拟南芥蛋白序列或基因信息从TAIR(https:/www.arabidopsis.org/)数据库获得。进化树的构建采用MEGA 6.05 软件，用 Clustal W 将拟南芥和菠萝蜜蛋白进行多序列比对。以邻接法(neighbor-joining,NJ)建树，设置 Boot-strap 为 1 000，模式为 Poisson model，缺口设为 Pairwise deletion。1.5 各家族各家族 DEGs 的表达分析的表达分析 通过在线网站 Expression Heatmapper(http:/www2.heatmapper.ca/expression/)将样品的FPKM进行可视化处理。采用 Row Z-score 标准化方法绘制热图。2 结果和分析 2.1 PKs 和和 TFs 的数量和长度的数量和长度 本研究选取前期研究14得到的43 881个DEGs,对其中 PKs 和 TFs 相关基因进行分析。结果表明,第 4 期 张水仙等:白化菠
