水稻Trihelix轉錄因子家族全基因組分析及功能預測

紀劍輝，周穎君，吳賀賀，楊立明

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水稻Trihelix轉錄因子家族全基因組分析及功能預測

紀劍輝，周穎君，吳賀賀，楊立明

淮陰師范學院生命科學學院，江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農業(yè)生物技術重點實驗室，江蘇省區(qū)域現代農業(yè)與環(huán)境保護協(xié)同創(chuàng)新中心，淮安 223300

Trihelix轉錄因子家族在植物生長發(fā)育以及響應逆境脅迫等方面發(fā)揮著重要作用，但目前基于水稻全基因組水平鑒定和分析該基因家族的研究尚未見相關報道。本文利用生物信息學方法在水稻基因組數據庫中鑒定到Trihelix家族成員31個，序列聚類和功能結構域分析發(fā)現該家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix結構域；根據親緣關系遠近和結構域特點，將其分為5個亞家族(Ⅰ~Ⅴ)。通過與擬南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚類分析發(fā)現，這4個物種中Trihelix家族的分類相一致，但每個物種均含有不同亞家族的成員，表明該基因家族的分化早于物種的分化?；贛EME程序分析水稻Trihelix轉錄因子家族的保守基序與聚類分析結果具有較高的一致性。染色體區(qū)段復制分析表明，部分Trihelix家族成員在水稻以及水稻與其他物種之間存在種內和種間的染色體區(qū)段復制；生物芯片數據分析發(fā)現，Trihelix基因家族在水稻不同組織中、以及對6種不同植物激素的響應呈現多樣化的表達譜。采用RiceFREND在線數據庫分析發(fā)現，水稻Trihelix轉錄因子家族的20個成員與其他蛋白存在互作關系。本研究結果初步明確了水稻Trihelix轉錄因子家族的進化特點、染色體分布、染色體區(qū)段復制關系、組織表達、激素應答，以及該家族蛋白與其他蛋白質的互作情況，為進一步揭示Trihelix轉錄因子家族的分子進化規(guī)律和生物學功能奠定了基礎。

水稻；Trihelix；轉錄因子家族；進化

轉錄因子(又稱反式作用因子)是一類DNA結合蛋白，能夠與靶標基因啟動子區(qū)域的順式作用元件發(fā)生特異性相互作用，從而調控靶標基因的表達。目前在植物中已發(fā)現60多個轉錄因子家族，其中Trihelix是植物中最早發(fā)現的轉錄因子家族之一，因其保守結構域含有3個串聯(lián)的α螺旋而得名[1,2]。Kaplan-Levy等[3]根據Trihelix家族的保守域結構特征將Trihelix家族分為5個亞家族，分別為GT-1、GT-2、SH4、GTγ和SIP1，每個亞家族的名稱根據該亞家族第一個被發(fā)現的成員名字來命名。已有研究報道Trihelix轉錄因子在植物生長發(fā)育過程和響應逆境脅迫中起著重要調控作用[4~7]。豌豆(L)GT-1因子是最早被鑒定的Trihelix轉錄因子，能與光誘導基因啟動子上的GT元件特異性結合[4]，進而調控基因的表達，因此也被稱為GT因子家族[4]。隨后在煙草(L.)[5]、擬南芥()[6]和水稻()[7]中均克隆出該基因的同源基因。此外，在水稻中鑒定出一個類似于GT-1因子的DNA結合蛋白GT-2，與水稻光敏色素A基因對光處理的應答相關[7]，相較于GT-1因子，該蛋白含有2個重復的保守結構域[8,9]。擬南芥的()屬于GT-2家族，該基因能夠調控擬南芥花瓣和萼片的生長，這也是Trihelix家族中發(fā)現的首個與花器官形態(tài)相關基因[10~12]。水稻()基因是目前鑒定出的唯一一個SH4亞家族成員，該基因編碼一個SH4類型的轉錄因子，在細胞分化激活中扮演重要作用，該基因的突變體在栽培水稻中導致種子落粒性的消失[13]。GTγ亞家族中目前只鑒定出4個水稻GTγ成員，分別是、和，其中大部分基因已被證實與冷、干旱和鹽脅迫相關[14]。SIP1亞家族的部分成員已在煙草、擬南芥中被克隆和鑒定，與植物的胚胎發(fā)育、葉片發(fā)育以及細胞增殖相關[15~17]。

為進一步了解Trihelix轉錄因子家族的分子特征、基因組分布及其可能的生物學功能，本文利用生物信息學方法鑒定和分析了水稻Trihelix轉錄因子家族，并從基因組水平上對水稻Trihelix基因家族的序列特征、進化規(guī)律、染色體定位和染色體區(qū)段復制、組織表達、激素應答以及蛋白互作等方面進行了系統(tǒng)地分析與預測，從而為深入分析水稻Trihelix轉錄因子基因家族的進化規(guī)律和生物學功能提供依據。

1 材料和方法

1.1 Trihelix基因家族數據獲取與分析

從水稻TIGR基因組數據庫下載水稻全基因組序列，以模式植物擬南芥Trihelix蛋白在Pfam數據庫(http://pfam.sanger. ac.uk/)中檢索Trihelix基因家族蛋白特征結構域[18](標號PF13837)，利用HMMER3程序(http://hmmer.janelia.org/)以PF13837隱馬可夫模型在水稻全基因組序列中搜索含有Trihelix結構域特征的序列(E≤10-10被認為是候選蛋白)。利用SMART在線程序檢測候選蛋白，去除不含Trihelix結構域特征的序列[19]，即獲得水稻Trihelix轉錄因子家族序列，同時利用ExPASy數據庫(http:// www.expasy.org/)對水稻Trihelix蛋白的分子量、等電點等基本信息進行分析[20]?；谏鲜龇椒ㄔ赥FDB數據庫(http://planttfdb.cbi.edu.cn/index.php, v3.0)[21]獲得擬南芥、二穗短柄草()和高粱()的Trihelix基因序列。

在RGAP數據庫(http://rice.plantbiology.msu.edu/)獲取上述水稻Trihelix蛋白基因的CDS序列，并在KOME數據庫(http://cdna01.dna.affrc.go.jp/cDNA/)中獲得對應的Trihelix基因序列號。

1.2 Trihelix保守基序的鑒定和分析

利用蛋白質保守基序在線搜索程序MEME (http://meme.nbcr.net/meme/cgi-bin/meme.cgi)分析水稻Trihelix轉錄因子家族的保守基序，并設置相關參數為基序重復的數量為“any”，基序長度為6~200 aa，預測基序的數量為25個[22,23]。

1.3 多序列聯(lián)配、蛋白質保守序列比對和系統(tǒng)進化樹的構建

利用Cluster 3.0程序對候選水稻Trihelix轉錄因子家族保守區(qū)域氨基酸進行多序列聯(lián)配分析[24]，序列比對結果通過Mega5程序[25](http://www.mega-software.net/)的鄰接法(Neighbor-joining method, NJ)構建水稻Trihelix轉錄因子保守區(qū)域的系統(tǒng)進化樹，Bootstrap值設為1000。利用WebLogo 3.3程序對水稻Trihelix轉錄因子保守區(qū)域氨基酸進行分析[26]。采用鄰接法構建水稻、擬南芥、二穗短柄草和高粱中Trihelix轉錄因子家族的系統(tǒng)進化樹。

1.4 Trihelix基因家族在不同物種中染色體區(qū)段的復制分析

利用植物基因組復制數據庫PGDD(http://chibba. agtec.uga.edu/duplication/)[27]分析候選水稻Trihelix基因所在染色體區(qū)段的復制情況，結果通過基因染色體定位軟件MapInspect (http://www.dpw.wau.nl/pv/ pub/MapComp/)進行圖示化；利用相同方法分析水稻與二穗短柄草、水稻與高粱之間Trihelix基因所在染色體區(qū)段的復制情況，所得結果通過Circos軟件 (http://circos.ca/)進行圖示化[28]。

1.5 水稻Trihelix基因家族的不同組織表達以及對不同植物激素的響應分析

利用水稻全基因芯片數據[29](http://ricexpro.dna. affrc.go.jp/data-set.html)以及表達譜芯片分析系統(tǒng)(Agilent one-color (Cy3) microarray-based gene analysis system)獲得水稻Trihelix基因家族在葉片、葉鞘、根、莖、穗、花藥、雌蕊、外稃、內稃、胚珠、胚和胚乳等不同組織中的表達結果，每組包含3個重復。利用水稻RiceXPRO芯片數據獲取水稻根組織在脫落酸(Abscisic acid)、赤霉素(Gibberellin)、生長素(Auxin)、油菜素甾醇(Brassinosteroid)、細胞分裂素(Cytokinin)和茉莉酸(Jasmonic acid ) 6種植物激素處理下水稻Trihelix基因家族的表達結果。水稻Trihelix基因家族的不同組織表達以及對不同植物激素的響應結果均采用RiceXPro內置Cluster 3.0程序進行層次聚類，并由RiceXPro提供的R程序中的"gplots"程序包進行Heatmap圖示。

1.6 水稻Trihelix轉錄因子的蛋白互作網絡

利用水稻RiceFREND在線數據庫(http://ricefrend. dna.affrc.go.jp/)分析水稻Trihelix轉錄因子與其他蛋白的互作情況，結果采用Graphviz軟件(Graph Visualization Software)作圖[30]。

2 結果與分析

2.1 水稻Trihelix轉錄因子家族的鑒定

在水稻基因組數據庫中共鑒定出31個Trihelix轉錄因子(表1)，其中最長的序列有882個氨基酸殘基，最短序列有89個氨基酸殘基，等電點范圍為4.1264~10.7441。WebLogo圖示化結果顯示，31個Trihelix轉錄因子均含有典型的α螺旋結構，并且氨基酸殘基Trp(W)-1、Trp(W)-69和Cys(C)-102在這些序列中高度保守(圖1)。

表1 水稻Trihelix轉錄因子家族基因基本信息

圖1 Trihelix家族特征結構域在水稻中的保守性分析

序列中不同位點氨基酸的堆疊高度表明該位點的保守程度，堆疊中單一氨基酸的高度顯示該種氨基酸在該位置的相對頻率。紅色三角顯示保守核心氨基酸Trp(W)-1、Trp(W)-69和Cys(C)-102。

2.2 Trihelix轉錄因子家族的進化分析

為了解水稻Trihelix轉錄因子家族成員的進化關系，以水稻Trihelix蛋白的保守域序列構建了系統(tǒng)進化樹。結果顯示水稻Trihelix轉錄因子家族分成5個亞家族(Ⅰ~Ⅴ)(圖2)，其中亞家族Ⅰ、Ⅱ在親緣關系上更為相近。同樣，擬南芥、二穗短炳草和高粱等3個物種的Trihelix轉錄因子家族也分成5個亞家族(Ⅰ~Ⅴ)(圖3)。除Trihelix25外，水稻和其他植物中的Trihelix家族基因并非單獨聚類并獨立進化，而是每個亞家族都同時含有水稻和其他植物中的Trihelix成員，并且每個亞家族的成員具有相似的結構域。由此表明在水稻、高粱、擬南芥和二穗短柄草等物種分化之前，這些Trihelix基因已在同一物種中發(fā)生了分化。此外，從每個亞家族的基因分布量上看，Ⅳ亞家族的基因數量遠多于其他亞家族基因數量。

圖2 水稻Trihelix轉錄因子家族的進化樹分析

系統(tǒng)進化樹采用鄰接法由MEGA 5.0程序構建，Bootstrap值設置為1000。

圖3 水稻、擬南芥、二穗短柄草和高粱中Trihelix轉錄因子家族進化分析

黑色三角代表水稻Trihelix家族基因；紅色圓形代表擬南芥Trihelix家族基因；綠色方形代表二穗短柄草Trihelix家族基因，藍色棱形代表高粱Trihelix家族基因。

水稻Trihelix轉錄因子家族的基序分析結果顯示，水稻Trihelix轉錄因子含有Trihelix家族典型的保守基序Motif1和Motif2(Trihelix25不含有Motif1)。此外，還有其他一些相對保守的基序，這些基序最少含6個氨基酸殘基，最多含79個氨基酸殘基(表2)。

表2 水稻Trihelix轉錄因子的保守基序

水稻Trihelix轉錄因子的基序特征與進化樹基本保持一致。從圖4可以看出，亞家族Ⅰ中所有蛋白均含有Motif7基序，親緣關系更為接近的Trihelix4、7和16的C端含有Motif16基序。亞家族Ⅲ中Trihelix1、9、30、31都含有Motif12基序，且均緊鄰Motif1基序；親緣關系更為接近的Trihelix9、30、31均含Motif21基序。此外，Trihelix30相較于Trihelix31僅在其N末端多出Motif25基序，其余完全一致。從亞家族Ⅳ中親緣關系較近的Trihelix10、17可以看出，Trihelix17比Trihelix10多出3個Motif10基序，其他部分基本一致；從亞家族Ⅴ中親緣關系較近的Trihelix11、19、12、28中也可以看出這個幾個轉錄因子的C端基序整體結構相似性較高。

2.4 水稻Trihelix轉錄因子家族所在染色體區(qū)段復制分析

染色體區(qū)段復制分析發(fā)現，水稻所有染色體均分布有Trihelix基因，其中2號和4號染色體各分布7個基因，9、11和12號染色體上各分布1個基因(圖5)。此外，水稻31個Trihelix基因在染色體上的分布存在聚集現象，如在2號染色體的20 Mb、3號染色體的10 Mb、4號染色體的27 Mb區(qū)段位置均存在2個或2個以上基因聚集。總體而言，發(fā)生復制的7組水稻Trihelix基因均屬于同一個亞家族，并且在進化樹的位置均較為靠近，顯示其具有較高的同源性(表3)。

圖5 水稻Trihelix轉錄因子家族在染色體上的復制分析

染色體的物理位置(Mb)在每一條染色體的右側顯示；水稻中所有的Trihelix基因則被標注在染色體的左側，基因組進化過程中同源復制事件用直線連接表示；整條染色體的長度用mtm(1~12)來標注，復制的Trihelix基因用紅色連線來顯示。

表3 水稻Trihelix轉錄因子家族在染色體上的復制分析

2.5 Trihelix轉錄因子家族在水稻和高粱、水稻和二穗短柄草之間染色體區(qū)段復制分析

Trihelix轉錄因子家族在水稻和高粱、水稻和二穗短柄草之間的染色體復制分析結果顯示，水稻中有28個Trihelix基因(Trihelix2、22和25除外)與二穗短柄草中的Trihelix基因具有線性同源關系(圖6A)，有28個Trihelix基因(Trihelix8、14和25除外)與高粱中的Trihelix基因具有線性同源關系(圖6B)。推測這些基因在進化過程中經歷了復制、重排和缺失等一系列進化事件。

圖6 Trihelix基因在水稻和二穗短柄草、水稻和高粱中的染色體線性復制分析

A：Trihelix基因在水稻和二穗短柄草基因組中的染色體線性復制分析 (水稻染色體用R1~R12來表示，二穗短柄草染色體用B1~B5來表示)；B：Trihelix基因在水稻和高粱基因組中的染色體線性復制分析 (水稻染色體用R1~R12來表示，高粱染色體用S1~S10來表示)。發(fā)生復制的Trihelix基因則用黑色連線來顯示。

2.6 Trihelix轉錄因子家族在水稻不同組織中的表達模式分析

Trihelix轉錄因子家族在水稻不同組織的表達模式分析結果顯示，相關基因的表達幾乎涉及水稻不同組織的整個生長過程，27個Trihelix基因(Trihelix4、15、22和25無芯片數據)根據其表達情況經聚類分析后分成7個不同的亞類，不同的亞類具有相似的表達譜變化。從表達譜的分析結果可以看出，第Ⅶ亞類的Trihelix11、12、19和28在葉片、根的部分時期和花序中的表達量較低，在外稃和內稃、子房早期和胚乳后期中表達相對較高，提示第Ⅶ亞類可能更多和生殖生長有關；第Ⅵ亞類的Trihelix5和24在花序、花藥、雌蕊、外稃和內稃中表達較高，在其他組織中表達相對較低(圖7)，但在聚類分析中Trihelix5和24則分別位于Ⅴ和第Ⅳ亞家族(圖2)；第Ⅴ亞類的Trihelix1、2、9、20和30在葉片、葉鞘和莖中表達相對較低，在子房、胚和胚乳中表達相對較高，其中Trihelix20為第Ⅲ亞家族成員，Trihelix1、9和30則均為第Ⅱ亞家族成員；除以上幾個亞類，其他亞類的基因表達則相對分散。

圖7 水稻Trihelix轉錄因子家族在不同組織及不同生長階段的表達聚類分析

1：27 d生長葉片；2：28 d生長葉片；3: 76 d生長葉片；4: 77 d生長葉片；5: 125d旗葉；6: 126 d旗葉；7: 27 d葉鞘；8: 28 d葉鞘；9: 76 d葉鞘；10: 77 d葉鞘；11: 27 d根部；12: 28 d根部；13: 76 d根部；14: 77 d根部；15: 26 d莖部組織；16: 27 d莖部組織；17: 76 d莖部組織；18: 77 d莖部組織；19：花序(0.6~1.0 mm)；20: 花序(3.0~4.0 mm)；21: 花序(5.0~10.0 mm)；22: 花藥(0.3~0.6 mm)；23: 花藥(0.7~1.0 mm)；24: 花藥(1.2~1.5 mm)；25: 花藥(1.6~2.0 mm)；26: 雌蕊(穗長5~10cm)；27: 雌蕊(穗長10~14 cm)；28: 雌蕊(穗長14~18 cm)；29: 外稃(小花1.5~2.0 mm)；30: 內稃(小花1.5~2.0 mm)；31: 外稃(小花長4.5-5.0 mm)；32: 內稃(小花長4.5~5.0 mm)；33: 外稃(小花長7.0 mm)；34: 內稃(小花長7.0 mm)；35: 子房(開花后1 d)；36: 子房(開花后3 d)；37: 子房(開花后5 d)；38: 子房(開花后7 d)；39: 胚(開花后7 d)；40: 胚(開花后10 d)；41: 胚(開花后14 d)；42: 胚(開花后28 d)；43: 胚(開花后42 d)；44: 胚乳(開花后7 d)；45: 胚乳(開花后10 d)；46: 胚乳(開花后14 d)；47: 胚乳(開花后28 d)；48：胚乳(開花后42 d);彩色棒狀圖中的顏色顯示基因表達強度, 紅色代表最高, 白色代表居中，藍色代表最低。

2.7 6種不同激素處理后Trihelix基因在水稻根組織中的表達分析

生物芯片的數據分析顯示，水稻根組織在經過脫落酸處理后Trihelix2、5、11、13、19和21的表達有明顯的增加，Trihelix1和12則呈明顯的減少；經生長素處理后Trihelix11和12呈明顯減少；經油菜素甾醇處理之后僅Trihelix1的表達量呈明顯減少；經細胞分裂素處理后Trihelix1和28呈明顯減少，Trihelix11則呈明顯增加；在經茉莉酸處理后Trihelix9、20、21和27呈明顯增加，除此之外，其他基因沒有明顯的變化(圖8)。

圖8 6種植物激素處理后水稻根部組織中Trihelix基因表達分析

彩色棒狀圖中的顏色顯示基因表達強度，紅色代表最高，白色代表居中，藍色代表最低。Heatmap圖示通過Cluster和Treeviewer來進行顯示。

2.8 水稻Trihelix轉錄因子家族的蛋白互作關系

蛋白互作分析結果顯示，20個Trihelix轉錄因子與水稻中其他蛋白存在互作關系(圖9)。從圖9可以看出，Trihelix2和20，Trihelix11、12和28分別在同一個互作網絡并存在直接的聯(lián)系，并且Trihelix2和20位于第Ⅳ亞家族，Trihelix11、12和28位于第Ⅴ亞家族，提示其不僅在蛋白序列上具有較高同源性，同時在功能上也具有關聯(lián)性。Trihelix3、5、14、23和26則只與1個其他蛋白存在互作關系，且并沒有發(fā)現與Trihelix家族自身的基因存在相關性。

圖9 Trihelix轉錄因子與水稻中其他蛋白的互作網絡結構圖

灰色框體為水稻Trihelix轉錄因子，空白框體為水稻中其他蛋白。

3 討 論

相較于DOF、MYB、DREB、WRKY和NAC等轉錄因子家族，Trihelix是近期才被關注的轉錄因子家族，就基因數目而言，Trihelix只是轉錄因子家族中的一個小家族。Trihelix最早被發(fā)現參與光應答反應，其后被發(fā)現在植物生長發(fā)育調控以及逆境脅迫響應中起到重要作用。雖然目前已經在一些模式物種如擬南芥、大豆[31]、水稻等一些植物中對Trihelix轉錄因子的生物學規(guī)律開展了一些研究，并對Trihelix轉錄因子家族進行了初步的分類[4]，但近年來隨著生物信息學技術的飛速發(fā)展，利用相關的數據庫和生物學軟件對Trihelix轉錄因子家族進行更加深入和全面的分析成為可能。

本文通過對水稻Trihelix轉錄因子全基因組分析，將水稻Trihelix轉錄因子家族分為5個亞家族，結合水稻、擬南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix轉錄因子的序列分析，除Trihelix25之外，水稻Trihelix基因的亞家族劃分與幾個物種中的分類完全一致，表明在水稻、高粱、擬南芥和二穗短柄草發(fā)生分化之前，這些Trihelix基因已在同一物種中發(fā)生了分化。Trihelix基因的結構域的特征與Trihelix轉錄因子家族的分類具有一致性。在水稻Trihelix家族31個基因中，基序Motif2存在于所有基因中，Motif1則存在于除Trihelix25之外的30個基因中，結合4個物種中Trihelix基因的進化分析發(fā)現，Trihelix25獨立存在于其他亞家族分區(qū)之外，這表明Trihelix25可能是進化上較為特殊的一個成員。

植物的多倍體化使基因組中保留了大量復制的染色體片段，由染色體片段復制造成基因的復制也較為常見?；驈椭茷樾禄虻漠a生和功能分化提供了物質基礎，也為生物體的進化提供了條件。因此，研究同一物種或不同物種之間局部染色體片段的復制能夠幫助人們更好地認識基因家族以及物種的進化規(guī)律。從圖6可以看出，水稻4號染色體的8個基因與二穗短柄草的6個基因存在同源性，也與高粱6號染色體的7個基因存在同源性。這種線性同源性關系與水稻，二穗短柄草和高粱的基因組線性關系也保持一致[32]。其他染色體上由于基因數量較少，線性關系并不明顯。

已有研究表明Trihelix轉錄因子在植物的營養(yǎng)器官和生殖器官等如花[10, 12]、氣孔[33, 34]、胚胎和種子[35]的發(fā)育等不同生長發(fā)育過程中都起著重要調控作用，但在水稻中的功能研究還不多。本文利用生物芯片綜合分析了Trihelix轉錄因子在水稻中的表達情況，并將基因表達結果聚類后分成7個不同的亞類，結果顯示部分Trihelix轉錄因子的表達在水稻花器官相關組織中具有較高的表達并且呈現聚類現象，表現在第Ⅴ亞類的Trihelix1、2、9、20和30在子房、胚和胚乳中表達較高，第Ⅵ亞類的Trihelix5和24在花序、花藥、雌蕊、外稃和內稃中表達較高，第7亞類的Trihelix11、12、19和28在外稃、內稃以及子房和胚乳的部分時期中表達較高(圖7)，這些分析結果將為后期研究這些基因的功能提供了一定的線索。此外，我們發(fā)現表達譜的聚類分析和蛋白聚類分析的結果雖然存在部分一致性，但并不明顯，說明Trihelix轉錄因子的功能與其蛋白序列的相似性并不完全一致。

Trihelix轉錄因子除了在植物形態(tài)建成方面發(fā)揮作用之外，最近研究發(fā)現部分Trihelix基因在應對生物和非生物脅迫中扮演著重要角色[14]。本研究通過生物芯片數據分析了水稻Trihelix基因對6種植物激素的響應情況，發(fā)現不同的Trihelix基因對不同激素呈現出不同的應答模式，如Trihelix2、5、11、13、19和21對脫落酸的處理呈明顯的表達上調，Trihelix1和12則相反；Trihelix1和28對細胞分裂素的處理呈明顯的表達下調，Trihelix11則表現為上調?？傮w而言，本文所分析的6種植物激素脅迫只是逆境脅迫的一個方面，水稻Trihelix基因對更多逆境脅迫的響應機制還有待進一步研究。

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Genome-wide analysis and functional prediction of the Trihelix transcription factor family in rice

Jianhui Ji, Yingjun Zhou, Hehe Wu, Liming Yang

The Trihelix transcription factor family plays an essential role in plant growth, development and stress response. However, the studies about identification and analysis of this gene family in rice on the genome-wide level have not been reported. In this study, 31 members of the Trihelix family, which contain highly conserved and characteristic trihelix domain through sequence clustering and functional domains analysis, were identified in rice genome database using bioinformatic tools. These members could be classified into 5 subfamilies (I~V) based on the evolutionary relationship and domain characteristics. Clustering analyses of the Trihelix family in rice,,andshowed that each species contained different members of subfamily although the classification of the Trihelix family were consistent in these four species, which indicated that the differentiation of the Trihelix gene family occur earlier than that of these species. The conserved motifs in the Trihelix family of rice analyzed using the MEME program were highly consistent with the results of clustering analyses. Intraspecific and interspecific chromosomal replication in partial Trihelix family members were found to exist in rice and between rice and other species through chromosome replication analysis. Microarray data analysis revealed diverse expression patterns of Trihelix family genes in different tissues of rice or in response to six different phytohormones. Moreover, 20 members of the Trihelix transcription factor family were found to interact with other proteins in rice using RiceFRIEND online database analysis. Therefore, our results preliminarilyidentified the evolution, chromosome distribution and replication, expression patterns, phytohormones response of the Trihelix transcription factor family andthe interaction between trihelix family proteins and other proteins in rice, which will provide a basis to further reveal the molecular evolution and biological function of the Trihelix transcription factor family.

rice; Trihelix; transcription factor family; evolution

2015-05-07;

2015-07-13

國家自然科學基金項目(編號：31400169，30900871)，江蘇省自然科學基金項目(編號：BK20140454，BK2011409)，淮安市科技計劃項目(編號：HAC2014012)，江蘇高校品牌專業(yè)建設工程項目(編號：PPZY2015A018)和江蘇省高?！扒嗨{工程”項目資助

紀劍輝，講師，研究方向：水稻分子生物學。E-mail: jijianhui@hytc.edu.cn周穎君，實驗員，研究方向：植物分子生物學。E-mail: zhouzhou@hytc.edu.cn紀劍輝和周穎君并列第一作者。

楊立明，副教授，研究方向：植物抗逆分子生物學。E-mail: yanglm@hytc.edu.cn

10.16288/j.yczz.15-196

網絡出版時間: 2015-11-25 17:02:28

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20151125.1702.002.html

(責任編委: 儲成才)