西瓜全基因組ClTCP轉(zhuǎn)錄因子的鑒定與表達(dá)分析

時(shí)丕彪 吳維芳 方炳生 楊景華 張明方 胡仲遠(yuǎn)

目的與意義： TCP蛋白是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成起著重要的調(diào)控作用，比如：種子萌發(fā)、植株分枝、葉和花的發(fā)育等過(guò)程。西瓜是世界性的重要經(jīng)濟(jì)作物，栽培面積廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但是關(guān)于西瓜TCP基因家族的研究至今還沒(méi)有報(bào)道。本研究利用生物信息學(xué)分析，功能預(yù)測(cè)與驗(yàn)證等方法，揭示西瓜TCP家族的結(jié)構(gòu)與表達(dá)特征，為西瓜TCP家族的功能分析奠定基礎(chǔ)。

材料與方法： 本研究利用生物信息學(xué)方法，基于西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)信息，首次對(duì)西瓜TCP轉(zhuǎn)錄因子家族成員進(jìn)行鑒定與命名，并系統(tǒng)分析了其序列、分類、結(jié)構(gòu)、進(jìn)化、染色體位置、保守結(jié)構(gòu)域，及通過(guò)時(shí)空表達(dá)分析預(yù)測(cè)各TCP亞家族的潛在功能。

結(jié)果與分析： （1）獲得27個(gè)TCP類型基因，分別命名為CITCPla—CITCP21。27個(gè)TCP基因廣泛分布于西瓜的其中9條染色體上。所有TCP蛋白都含有一個(gè)由55或59個(gè)氨基酸組成的非典型的bHLH保守結(jié)構(gòu)域，即TCP結(jié)構(gòu)域。根據(jù)結(jié)構(gòu)域差異及系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分析，可將西瓜TCP基因家族分為I類和11類2個(gè)亞家族，其中II類又可分為CYC/TBl和C1N 2個(gè)分支。（2）半定量RT-PCR結(jié)果表明TCP基因具有時(shí)空表達(dá)模式差異，27個(gè)基因在莖尖端分生組織均具有較高的表達(dá)量;大多數(shù)C1N類基因在種子、子葉和葉片中具有相對(duì)較高的表達(dá)量;大多數(shù)CYC/TBl型TCP基因在節(jié)間和莖尖端分生組織中的表達(dá)量較高;I類基因沒(méi)有明顯的組織表達(dá)特異性，可能參與了西瓜生長(zhǎng)發(fā)育各個(gè)階段的調(diào)控。（3）GA和CCC可以分別促進(jìn)和抑制西瓜的植株高度，RT-qPCR結(jié)果發(fā)現(xiàn)ClTCPl4a和ClTCPl5基因表達(dá)受上述處理影響且與節(jié)間長(zhǎng)度變化高度正相關(guān)。此外，擬南芥TCPl4和TCPl5基因的雙突變引起株高降低，而在tcpl4 tcpl5雙突變體中過(guò)量表達(dá)ClTCPl4a和ClTCPl5基因均可使突變體株高回復(fù)到野生型水平。并且在過(guò)表達(dá)植株中，GA生物合成相關(guān)基因K01和GA信號(hào)接收基因GIDla呈上調(diào)表達(dá)，與GA降解相關(guān)基因GA20x3呈下調(diào)表達(dá)。表明ClTCPl4a和ClTCPl5 2個(gè)基因可能是通過(guò)GA相關(guān)途徑來(lái)正向調(diào)控植株高度。

結(jié)? ? 論： 本研究在西瓜基因組中發(fā)現(xiàn)了27個(gè)TCP基因，并將這些TCP基因分為2類。每類/分支的成員都表現(xiàn)出類似的表達(dá)式模式。此外，結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式分析表明TCP家族在這西瓜和擬南芥中具有保守的功能。此外，ClTCP14a和ClTCP15在擬南芥節(jié)間伸長(zhǎng)功能驗(yàn)證部分佐證了TCP基因在上述兩個(gè)物種中的保守功能。這些發(fā)現(xiàn)將為TCP基因在西瓜中的功能研究與應(yīng)用提供理論支撐。