白樺五個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)分析

金秋++楊淼++史美葳++任如意++魏繼承

摘要：在白樺（Betula platyphylla Suk.）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子，將其進(jìn)行蛋白質(zhì)分子量與等電點(diǎn)、核定位信號(hào)、跨膜結(jié)構(gòu)域和蛋白保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)，并與擬南芥的MYB蛋白質(zhì)進(jìn)行氨基酸序列比對(duì)分析和系統(tǒng)樹構(gòu)建。結(jié)果表明，白樺的5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子都屬于R2R3-MYB類蛋白；系統(tǒng)進(jìn)化樹表明白樺的5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子與擬南芥抗逆相關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子親緣關(guān)系較近，而與非抗逆相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，說明白樺的5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子可能具有植物抗逆相關(guān)功能。

關(guān)鍵詞：白樺（Betula platyphylla Suk.）；MYB轉(zhuǎn)錄因子；逆境脅迫

中圖分類號(hào)：S792.153；Q78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）09-1759-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.09.040

Bioinformatics Analysis of Five MYB Transcription Factors from Betula piatyphylla Suk.

JIN Qiu，YANG Miao，SHI Mei-wei，REN Ru-yi，WEI Ji-cheng

（College of Life Sciences and Technology，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011，Heilongjiang，China）

Abstract：5 candidate MYB transcription factors were obtained from Betula platyphylla Suk. transcriptome datebase. The theoretical molecular weight（MW）， isoelectronic point（pI）， nuclear localization signal，transmembrane domain and amino acid conserved domain of 5 MYB transcription factors were predicted， amino acid sequence alignment and phylogenetic tree were contructed with the MYB transcription factors from Arabidopsis. The results indicated that 5 MYB transcription factors of birch were all belonged to R2R3 type MYB members according to amino acid sequence alignment. Phylogenetic construction showed that the 5 MYB transcription factors of birch were closely with MYB transcription factors related to stress resistance from Arabidopsis， which suggested that the 5 birch MYB members may function in stress resistance.

Key words：Betula platyphylla Suk.；MYB transcription factors；stress resistance

MYB（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）轉(zhuǎn)錄因子參與植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成以及非生物脅迫等多種生物學(xué)過程。MYB轉(zhuǎn)錄因子在防蟲、耐高低溫、干旱、高鹽、調(diào)節(jié)開花轉(zhuǎn)型關(guān)鍵基因表達(dá)以及調(diào)控植株主根伸長(zhǎng)通路等過程中起重要作用[1]。它是植物界轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一，對(duì)植株抗逆性起關(guān)鍵作用[2]。研究發(fā)現(xiàn)，GhMYB11基因在黃萎病菌侵染，鹽、干旱和氧化脅迫反應(yīng)處置后的棉花新苗葉片中表達(dá)明顯上調(diào)，表明GhMYB11基因在棉花生物和非生物脅迫反應(yīng)中起關(guān)鍵作用[3]。GmMYB042基因在大豆的莖、根、根瘤、種子、花和莢果皮中均有表達(dá)，且在大豆中受到PEG、低溫、高鹽和輻射的誘導(dǎo)[4]。木薯R2R3-MYB類轉(zhuǎn)錄因子MeMYB63在葉面上有高強(qiáng)度抗旱反應(yīng)，說明該基因?qū)Ω珊得{迫誘導(dǎo)下的表達(dá)調(diào)控起關(guān)鍵作用[5]。水稻R2R3-MYB類鹽脅迫表明OsMPS基因有調(diào)控植物激素和細(xì)胞壁合成的功效，該基因的表達(dá)受多種植物激素的誘導(dǎo)[6]。擬南芥AtMYB13基因受激素誘導(dǎo)后強(qiáng)烈表達(dá)，能夠提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對(duì)病原細(xì)菌（PstDC3000）的基本防衛(wèi)反應(yīng)。MYB15蛋白可以結(jié)合CBF基因啟動(dòng)子的MYB元件，繼而調(diào)控抑制低溫相關(guān)基因的表達(dá)[7]。擬南芥AtMYB73基因可以通過影響水楊酸和茉莉酸抵抗病原菌丁香假單孢桿菌和核盤菌，從而在干旱脅迫中發(fā)揮作用[8]。AtMYB44在HrpNEa調(diào)控?cái)M南芥預(yù)防桃蚜過程中起重要作用[9]。AtMYB44基因通過E1N2調(diào)控?cái)M南芥對(duì)桃蚜與菜蛾的抗蟲性[9]。鄭博[10]通過基因槍轉(zhuǎn)化技術(shù)把擬南芥的AtMYB44基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到揚(yáng)麥158中，得到擁有良好耐寒、耐旱和抗鹽堿的優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)基因小麥。MYB轉(zhuǎn)錄因子在紅根甘肅桃抗根結(jié)線蟲機(jī)制中能夠經(jīng)過調(diào)控苯丙烷代謝途徑增長(zhǎng)紅根甘肅桃根部花色素苷和其余類黃酮物質(zhì)的含量，從而抵抗根結(jié)線蟲侵染[11]。多年生黑麥草3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子LpMYB1、LpMYB2和LpMYB3參與黑麥草對(duì)紫外、干旱、高鹽脅迫的應(yīng)答和形態(tài)建成[12]。目前，MYB轉(zhuǎn)錄因子對(duì)植物作用的分子機(jī)理還不完全清楚。

白樺（Betula platyphylla Suk.）為樺木屬落葉喬木，可用于建筑、園林觀賞以及保健藥用等方面。隨著對(duì)白樺研究的不斷深入，其潛在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)價(jià)值也不斷被發(fā)掘。本研究首先利用擬南芥數(shù)據(jù)庫(kù)找到與植物抗逆相關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子，然后到白樺數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，找到相似性最高的白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)行氨基酸序列比對(duì)以及系統(tǒng)樹構(gòu)建，推測(cè)白樺的MYB基因的抗逆性，從而為下一步深入研究白樺的MYB基因的功能提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)軟件和生物信息學(xué)網(wǎng)站

計(jì)算5種白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子的理論分子量和等電點(diǎn)登錄http：//www.expasy.org/tools/protparam.html，核定位信號(hào)和跨膜域的預(yù)測(cè)利用Server 2.0軟件（http：//bioinfo.tsinghua.edu.cn/SubLoc/），蛋白保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)采用NCBI（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/），數(shù)據(jù)分析所用軟件為BioEdit和MEGA 5.1，MYB轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)下載和DNA序列翻譯成蛋白序列采用TAIR-Home-Page（https：//www.arabidopsis.org/）、Home（http：//birch.genomics.cn/page/species/index.jsp）。序列在線處理登錄http：//www.bio-soft.net/sms/。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 白樺MYB氨基酸序列的獲得 從擬南芥數(shù)據(jù)庫(kù)里找到一些抗逆相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，將其輸入到白樺基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中Home（http：//birch.genomics.cn/page/species/index.jsp）進(jìn)行比對(duì)，找到同源性最高的白樺MYB序列，然后使用序列處理在線工具包（http：//www.bio-soft.net/sms/）進(jìn)行翻譯得到白樺MYB氨基酸序列。

1.2.2 白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子的特征分析 預(yù)測(cè)白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子的理論分子量和等電點(diǎn)登錄http：//www.expasy.org/tools/protparam.html。通過SbLocv1.0、TMHMM server 2.0軟件（http：//bioinfo.tsinghua.edu.cn/SubLoc/）預(yù)測(cè)白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子的核定位信號(hào)和跨膜結(jié)構(gòu)域。

1.2.3 白樺MYB氨基酸序列NCBI比對(duì) 將白樺MYB氨基酸序列輸入到NCBI網(wǎng)站（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）上進(jìn)行保守結(jié)構(gòu)域分析。

1.2.4 白樺MYB氨基酸序列的多重序列比對(duì)分析 采用Bio Edit軟件對(duì)白樺MYB氨基酸序列和擬南芥抗逆相關(guān)的氨基酸序列進(jìn)行多重序列比對(duì)分析，進(jìn)行白樺基因與擬南芥抗逆基因的同源性比較。

1.2.5 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建 采用MEGA 5.1軟件將白樺MYB氨基酸序列和擬南芥抗逆相關(guān)的MYB氨基酸序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，并以擬南芥非抗逆相關(guān)的MYB氨基酸序列為外群，通過系統(tǒng)進(jìn)化親緣關(guān)系遠(yuǎn)近預(yù)測(cè)白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子的功能。

2 結(jié)果與分析

2.1 白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子的基因特征

白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子的相對(duì)分子質(zhì)量和等電點(diǎn)如表1所示。將白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行核定位信號(hào)預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示BP007945.1、BP009993.1、BP002520.1和BP032559.1屬于核蛋白，BP035919.1屬于細(xì)胞質(zhì)蛋白。

跨膜域預(yù)測(cè)分析如圖1所示。從圖1中可以看到，BP007945.1、BP009993.1、BP002520.1和BP032559.1無跨膜結(jié)構(gòu)域，而BP035919.1有跨膜結(jié)構(gòu)域。

2.2 白樺MYB轉(zhuǎn)錄因子的保守結(jié)構(gòu)域分析

在NCBI上將白樺的5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行保守結(jié)構(gòu)域分析，結(jié)果如圖2所示，BP007945.1在白樺氨基酸序列的17～60位和70～113位各有一個(gè)高度保守的SANT結(jié)構(gòu)域；BP009993.1在白樺氨基酸序列的18～60位和70～113位各有一個(gè)高度保守的SANT結(jié)構(gòu)域；BP002520.1在白樺氨基酸序列的20～62位和72～113位各有一個(gè)高度保守的SANT結(jié)構(gòu)域；BP035919.1在白樺氨基酸序列的17～60位和70～111位各有一個(gè)高度保守的SANT結(jié)構(gòu)域，同時(shí)在224～285位和224～340位各存在一個(gè)類似RNA酶（RNase_H_like）的家族保守結(jié)構(gòu)域；BP032559.1在白樺氨基酸序列的17～60位和69～108位各存在一個(gè)高度保守的SANT結(jié)構(gòu)域；白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子具有這些保守結(jié)構(gòu)域說明他們都屬于典型的SANT家族基因。

2.3 白樺MYB氨基酸序列比對(duì)分析

通過Bio Edit軟件對(duì)白樺5個(gè)R2R3型MYB轉(zhuǎn)錄因子氨基酸序列進(jìn)行同源性分析，結(jié)果見圖3。如圖3所示，這5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子與擬南芥的AtMYB93和AtMYB74都具有典型的R2R3-MYB結(jié)構(gòu)域。

2.4 系統(tǒng)進(jìn)化樹分析

為了研究白樺MYB蛋白質(zhì)的進(jìn)化關(guān)系，用MEGA 5.1軟件構(gòu)建了MYB轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)的進(jìn)化樹，結(jié)果（圖4）表明，BP007945.1與擬南芥AtMYB60距離最近，之后與AtMYB96聚在一起；BP009993.1與擬南芥AtMYB13和AtMYB14距離最近，其次與AtMYB15聚在一起；BP002520.1與擬南芥AtMYB72距離最近，之后AtMYB10聚在一起；BP035919.1與擬南芥AtMYB8距離最近，之后再與AtMYB12聚在一起。從聚類關(guān)系可以看出，白樺的5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子與擬南芥抗逆相關(guān)基因親緣關(guān)系較近，與非抗逆基因MYB46和AtMYB2、AtMYB62等抗逆基因親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，說明這白樺這5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子可能具有抗逆性。

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)通過白樺5個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子氨基酸序列與擬南芥的MYB轉(zhuǎn)錄因子比對(duì)，經(jīng)過軟件Bio Edit和MEGA 5.1分析，構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，結(jié)果表明白樺的5個(gè)R2R3型MYB轉(zhuǎn)錄因子可能具有抗逆性。水稻OsmB3R-2基因在擬南芥中過表達(dá)后轉(zhuǎn)基因植株對(duì)凍害、干旱和高鹽的耐受性顯著提高[6]； Rahaie等[13]研究證明小麥TaMYBsduI轉(zhuǎn)錄因子是高鹽和干旱脅迫下的調(diào)控子，MdSIMYB1過表達(dá)能增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因小麥抗逆境能力。可見，MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要的調(diào)控作用。

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