霸王四种抗旱基因家族的鉴定和分析

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我国是世界上干旱最严重的国家之一,干旱对植物的生长发育有严重危害。霸王(Zygophyllum xanthoxylon)是生长于荒漠、戈壁地区的超旱生植物,它具有极强的耐旱能力。OSCA、NAC、bZIP和WRKY基因家族在植物的抗旱过程中发挥作用,对这些家族的鉴定及分析主要集中在模式物种中。病毒介导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)可以验证基因的功能,也主要在模式物种中构建了VIGS体系,而在霸王中研究较少。所以我们对霸王中这四种基因家族进行了分析。本研究基于霸王全长转录组数据,利用了一些生物信息学方法对霸王中OSCA基因家族以及NAC、bZIP和WRKY转录因子家族成员进行鉴定以及分类、理化性质、二级结构、保守基序以及磷酸化位点进行了分析,并且分析了霸王OSCA家族蛋白的跨膜结构域,对霸王OSCA1.3基因功能进行验证,构建VIGS载体,摸索了霸王的VIGS体系。本研究的主要结果如下:1.在霸王转录组数据中鉴定出9个霸王OSCA基因,28个NAC转录因子,22个霸王bZIP转录因子以及45个WRKY转录因子,将这些基因的蛋白序列通过进化树进行分类,ZxOSCAs分为4个亚族,ZxNACs分为8个亚族,ZxbZIPs分为9个亚族,ZxWRKYs分为6个亚族;2.ZxOSCAs序列理化性质差异较小,蛋白都呈碱性,且都是疏水性蛋白。ZxNACs、ZxbZIPs和ZxWRKYs理化性质如氨基酸数量和等电点差异显著,结构都比较稳定且都是亲水性蛋白。ZxOSCAs和ZxbZIPs二级机构都以α螺旋和无规则卷曲为主,ZxNACs和ZxWRKYs都以无规则卷曲为主,ZxNACs、ZxbZIPs和ZxWRKYs的亚细胞定位显示大都定位在细胞核中;3.霸王的四个家族成员都具有该家族特有的保守结构域,保守基序的组成和每个家族成员的分类相关,可以为分类提供更有力的依据;4.除了ZxbZIP18没有酪氨酸(Tyr)磷酸化位点,和ZxWRKY35没有苏氨酸(Thr)磷酸化位点,四个家族的其他成员都具有丝氨酸(Ser)、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点;5.霸王OSCA基因家族都有跨膜结构域,其功能可能与拟南芥OSCA功能相同;6.构建了VIGS载体pTRV2-ZxPDS和pTRV2-ZxOSCA1.3。综上,这些研究预测了霸王中四种基因家族的结构和功能,为进一步研究霸王中抗旱基因的功能提供了依据。
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