1、茶叶科学 2023，43（2）：159172 Journal of Tea Science www.tea- 收稿日期：2023-01-17 修订日期：2023-03-04 基金项目：国家自然科学基金（32172629）、湖南省种业创新项目（2021NK1008）作者简介：陈振艳，女，硕士研究生，主要从事茶树栽培育种及分子生物学方面研究。*通信作者：； 茶树 NUDIX 基因家族的鉴定及表达分析 陈振艳1，张相琴1，陈兰1，谢思艺1，刘硕谦1,2*，田娜1,2*1.湖南农业大学园艺学院茶学教育部重点实验室，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学园艺学院茶学系，湖南 长沙 410128 摘要
2、：NUDIX 水解酶属于焦磷酸酶，在信息传递、植物生长协调和响应逆境胁迫等方面起着重要作用。基于茶树（Camellia sinensis）基因组鉴定出 43 个 NUDIX 家族基因，并运用生物信息学和实时荧光定量 PCR 等方法对其分析。结果表明，43 个 CsNUDXs 蛋白质分子量介于 11.889.2 kDa，氨基酸长度为 102342 个，理论等电点为 4.499.26，18.6%的蛋白为稳定性蛋白；根据进化关系将 CsNUDXs 分为 6 个亚家族；启动子顺式作用元件分析发现 CsNUDXs 具有许多与激素响应、逆境胁迫和生长发育等调控相关的作用元件；对 CsNUDXs家族基因在不
3、同器官表达模式进行分析，发现 CsNUDX3、CsNUDX7 在果实中表达量较高，而 CsNUDX22、CsNUDX25 在果实中表达量极低，CsNUDX30 在老叶中表达量极低；不同处理组的实时荧光定量 PCR 结果表明，1 mmolL-1茉莉酸甲酯（MeJA）处理下 CsNUDX1、CsNUDX2 和 CsNUDX33 等表达量呈现先升后降再升的趋势，而 1 mmolL-1水杨酸（SA）处理下 CsNUDX4、CsNUDX12 和 CsNUDX22 等表达量则呈现先降后升再降的趋势，300 mmolL-1 NaCl 处理下 CsNUDX2、CsNUDX4 和 CsNUDX22 等表达量呈现
4、先升后降的趋势。本研究应用生物信息学技术初步解析了 CsNUDXs 的基本特征和功能，发现 CsNUDXs 可响应高盐胁迫和 MeJA、SA 处理。关键词：茶树；NUDIX 基因家族；非生物胁迫；表达分析 中图分类号：S571.1；Q786 文献标识码：A 文章编号：1000-369X(2023)02-159-14 Identification and Expression Pattern Analysis of NUDIX Gene Family in Camellia sinensis CHEN Zhenyan1,ZHANG Xiangqin1,CHEN Lan1,XIE Siyi1,LI
5、U Shuoqian1,2*,TIAN Na1,2*1.Key Laboratory of Tea Science of Ministry of Education,Changsha 410128,China;2.Department of tea science,College of horticulture,Hunan Agricultural university,Changsha 410128,China Abstract:NUDIX hydrolase belongs to pyrophosphatase,which plays an important role in inform
6、ation transmission,plant growth coordination and responses to adversity stresses.In this study,43 NUDIX family genes were identified based on the tea(Camellia sinensis)genome,and analyzed by bioinformatics and fluorescence quantitative PCR.The results show that the protein molecular weight of 43 CsN
7、UDXs rang from 11.889.2 kDa,with 102 to 342 amino acids.The theoretical isoelectric point was from 4.49 to 9.26,and 18.6%of them were stable proteins.According to the evolutionary relationship,CsNUDXs is divided into six subfamilies.Cis-acting element analysis of promoter shows that CsNUDXs have man
8、y functional elements related to hormone response,adversity stress,growth and development.The expression patterns of CsNUDXs in different organs were analyzed.It was found that the expression levels of CsNUDX3 and CsNUDX7 were high in fruits,while the expression levels of CsNUDX22 and CsNUDX25 were
9、extremely low in fruits,and the expression level of CsNUDX30 was extremely low in old leaves.In addition,the DOI:10.13305/ki.jts.2023.02.002160 茶 叶 科 学 43 卷 results of real-time fluorescence quantitative PCR show that the expression levels of CsNUDXs,such as CsNUDX1,CsNUDX2 and CsNUDX33 increased fi
10、rst,then decreased and then increased under the treatment of 1 mmolL-1 MeJA.However,under the treatment of 1 mmolL-1 SA,the expression levels of CsNUDX4,CsNUDX12 and CsNUDX22 decreased first,then increased and then decreased.While under the treatment of 300 mmolL-1 NaCl,the expression levels of CsNU
11、DX2,CsNUDX4 and CsNUDX22 increased first and then decreased.In summary,the basic characteristics and functions of CsNUDXs were preliminarily analyzed by bioinformatics technology,and it was found that CsNUDXs could respond to high salt stress,MeJA and SA treatments.Keywords:Camellia sinensis,NUDIX g
12、ene family,abiotic stress,expression analysis NUDIX 水解酶（Nucleoside diphosphate linked to x hydrolases）是一类能够催化水解核苷糖、二核苷多聚磷酸盐和三磷酸核苷等多类有机焦磷酸盐的焦磷酸酶1，广泛分布在生物体内。大肠杆菌中 MutT（NudA）是最早被发现的 NUDIX 水解酶，故 NUDIX 水解酶家族又被称为 MutT 家族2。该家族特征是具有一段高度保守的氨基酸序列GX5EX7REUX EEXGU（其中 U 表示疏水基团，X 表示任意氨基酸），当其核心序列 REUXEEX 中的谷氨酰胺残基与
13、二价阳离子结合时，NUDIX 蛋白发挥作用2-3。NUDIX 水解酶在植物逆境胁迫响应过程中发挥着重要作用。干旱胁迫下，过表达山桃（Prunus davidiana）PpNUDX8可 提 高DREBA1、RAB18 和 RD29A 等抗性基因的表达，有效减少烟草的干旱损伤4；敲除拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的 AtNUDX7 基因会降低其抗氧化胁迫能力5，当 AtNUDX7 被沉默后会诱导防御相关基因的表达，并提高植物对丁香假胞菌的抗性6；过表达 AtNUDX2 可维持植物体内正常的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide
14、，NAD）和腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate，ATP）含量，增强植物抗氧化胁迫的能力5,7。此外，NUDIX 水解酶也广泛参与了植物激素信号的转导过程。对山桃苗进行脱落酸（Abscisicacid，ABA）处理后，PpNUDX8 会受到明显诱导，且 PpNUDX8 转 基 因 烟 草 中 的 PP2C6 和PP2C53 等 ABA 信号通路中关键基因的转录水平明显高于野生型（WT），而 SnRK2.2 的转录水平明显低于 WT，表明 PpNUDX8 可调控 ABA 信号转导通路4；AtNUDX6 是 NPR1依水杨酸（Salicylic acid，SA）信号通路的阳性调
15、节因子，敲除或过表达 AtNUDX6 会使参与 SA 诱导 NPR1 激活过程中相关基因和TRX-h5 的表达量增加或降低4,8；与野生型相比，AtNUDX6 和 AtNUDX7 基因共缺失型拟南芥 的 差 异 基 因 对 茉 莉 酸 甲 酯（Methyl jasmonate，MeJA）的响应显著9。目前，NUDIX家族已经在拟南芥10、陆地棉（Gossypium hirsutum）11、桃树（Prunus persica）4、玫瑰（Rosa rugosa）12、甘菊（Chrysanthemum lavandulifolium）13、大豆（Glycine max）14和葡萄（Vitis vin
16、ifera）15等植物中被鉴定，其在拟南芥中响应植物激素和逆境胁迫的作用机制已逐渐被揭开，但在茶树中的研究尚浅16。因此本研究基于茶树基因组数据库，对茶树 NUDIX 家族基因进行全基因组鉴定，并分析茶树 NUDIX 基因家族成员在不同器官及高盐胁迫和激素处理（MeJA 和 SA）下的表达模式，为进一步探究 NUDIX 家族基因在茶树中的作用奠定基础。1 材料与方法材料与方法 1.1 试验材料 以碧香早茶树枝梢为试验材料，采自湖南农业大学茶叶研究所茶园（113 E，28 N）。高盐处理：将长势一致且生长状况良好的茶树枝梢插入 300 mmolL-1 NaCl 溶液中。激素处理：向茶树枝梢分别喷洒 1 mmolL-1 2 期 陈振艳，等：茶树 NUDIX 基因家族的鉴定及表达分析 161 MeJA 溶液和 1 mmolL-1 SA 溶液，以液体布满叶片为标准；并将插入 ddH2O 中的茶树枝梢作为对照。将以上处理材料放入温度为(252)、相对湿度为 70%75%、光照周期为14 h 光/10 h 暗的气候室中进行培养。在处理0、3、9、24 h 和 48 h 后随机摘取 35 片嫩叶，取