小麥LBD基因家族的全基因組鑒定、表達(dá)特性及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析

邢光偉，王夢醒，馬小飛，趙 賢，張 婷，聶小軍，宋衛(wèi)寧

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊陵 712100； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾 041000)

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小麥LBD基因家族的全基因組鑒定、表達(dá)特性及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析

邢光偉1，王夢醒1，馬小飛2，趙 賢1，張 婷1，聶小軍1，宋衛(wèi)寧1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊陵 712100； 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾 041000)

為深入發(fā)掘小麥LBD基因的功能，利用小麥最新基因組數(shù)據(jù)，通過生物信息學(xué)手段，對小麥LBD基因家族進(jìn)行了鑒定，并對其表達(dá)特性及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析。鑒定結(jié)果表明，本研究得到了75個(gè)小麥LBD基因，根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化分析結(jié)果，可將它們劃分為Class Ⅰ和Class Ⅱ兩個(gè)亞家族。染色體定位結(jié)果表明，除了5D和7D外，其余染色體均含有LBD基因。共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析表明，15個(gè)LBD基因參與了小麥功能基因調(diào)控。利用RNA-seq數(shù)據(jù)對所有小麥LBD基因在不同組織以及不同逆境脅迫下的表達(dá)情況進(jìn)行分析表明，小麥LBD基因在不同組織間和脅迫下存在著差異表達(dá)，多個(gè)組織特異和脅迫響應(yīng)相關(guān)LBD基因被鑒定到，可作為后續(xù)功能研究的候選基因。

小麥；LBD基因家族；逆境脅迫；共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)；表達(dá)譜

LBD(Lateral organ boundaries domain)基因也稱作AS2/LOB基因，是一類植物中特有的轉(zhuǎn)錄因子基因家族。LBD通常包含四個(gè)高度保守的半胱氨酸基序CX2CX6CX3C，這是LBD家族最明顯的特征[1]。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)一些LBD含有甘氨酸組成的GAS基序和類亮氨酸拉鏈基序LX6LX3LX6L[2]。根據(jù)這些保守結(jié)構(gòu)域，前人將LBD轉(zhuǎn)錄因子家族分為兩個(gè)亞家族ClassⅠ和ClassⅡ。其中，ClassⅠ包含上述三個(gè)完整基序，ClassⅡ包含完整的CX2CX6CX3C基序及殘留的GAS基序和類亮氨酸拉鏈基序LX6LX3LX6L。根據(jù)含有的保守結(jié)構(gòu)域數(shù)目和分布情況，ClassⅠ亞家族又可細(xì)分為ⅠA-ⅠE五個(gè)亞類[3]。迄今，多個(gè)物種的LBD轉(zhuǎn)錄因子家族已經(jīng)在全基因組水平被鑒定和研究，如玉米基因組中鑒定到了44個(gè)LBD基因，在水稻中鑒定到了35個(gè)[4-5]。在此基礎(chǔ)上，對LBD基因的生物學(xué)功能也開展了較為深入地研究。在擬南芥中， AS1和 AS2基因能夠通過抑制KNOX基因的表達(dá)來形成對稱葉片[6]； AtLBD16和 AtLBD18調(diào)控了側(cè)根最初的形成，并且能夠下調(diào) ARF7和 ARF9的表達(dá)[7]； AtASL9參與調(diào)控了細(xì)胞分裂素的生物學(xué)合成[8]。在水稻中， OsARL1基因編碼含有LBD結(jié)構(gòu)域的蛋白，能夠響應(yīng)生長素調(diào)節(jié)因子，并參與生長素調(diào)節(jié)的細(xì)胞分化過程[9]； OsAS2基因參與嫩枝的分化和葉片的發(fā)育[10]； OsLBD3-7可能作為下游調(diào)控基因，參與了葉片卷曲的調(diào)控過程[11]。在大豆中， GmLBD12能夠被干旱、鹽脅迫和植物激素誘導(dǎo)表達(dá)[12]。這些研究表明，LBD基因廣泛參與植物的生長發(fā)育調(diào)控和逆境脅迫響應(yīng)過程。

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一[13]。從遺傳上講，小麥?zhǔn)怯扇齻€(gè)近緣祖先種經(jīng)歷兩輪自然雜交而產(chǎn)生的異源六倍體[14]。因此，小麥的基因組巨大且復(fù)雜(約17 Gb)，為開展小麥基因組研究帶來了巨大挑戰(zhàn)[15]。2014年，基于單條染色體測序的小麥品種中國春全基因組測序的完成，為小麥基因組學(xué)研究和小麥的基因家族鑒定奠定了基礎(chǔ)[16]。目前，有關(guān)小麥LBD基因家族的全基因組鑒定還未見報(bào)道，這限制了小麥LBD基因的生物學(xué)功能的深入研究。鑒于此，本研究利用最新的小麥基因組信息，通過生物信息學(xué)方法對小麥LBD基因家族的組成在全基因組水平上進(jìn)行了鑒定，并進(jìn)一步對其基因結(jié)構(gòu)、保守結(jié)構(gòu)域、染色體分布、啟動(dòng)子順式作用元件、參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和時(shí)空表達(dá)特性進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，以期為小麥LBD基因的功能研究提供有益信息。

1 材料與方法

1.1 小麥LBD家族成員的全基因組鑒定

首先，在Ensembl Plants數(shù)據(jù)庫(http://plants.ensembl.org/index.html)中下載小麥全基因組數(shù)據(jù)，將下載到的蛋白序列使用BLAST構(gòu)建本地?cái)?shù)據(jù)庫，利用擬南芥中LBD家族(http://www.arabidopsis.org/browse/genefamily/lob.jsp)蛋白序列作為query序列進(jìn)行BLASTP(1e-5)搜索；同時(shí)，在Pfam數(shù)據(jù)庫(http://pfam.xfam.org/)中下載LBD典型結(jié)構(gòu)域(PF03195)作為搜索模型，利用HMM 3.0軟件篩選含有該結(jié)構(gòu)域的蛋白序列。將利用上述兩種方法篩選到的候選蛋白序列合并，然后利用DNAMAN 5.0軟件進(jìn)行多重比對，手工去除不完整讀碼框序列和冗余序列。利用Pfam及NCBI-CDD工具檢測候選蛋白結(jié)構(gòu)域，去掉保守結(jié)構(gòu)域不完整的序列，最終得到小麥LBD基因。利用ExPASy(http://web.expasy.org/protparam/)在線軟件對小麥LBD蛋白的分子量、氨基酸長度和等電點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測；利用cello軟件進(jìn)行亞細(xì)胞定位[17]。

1.2 系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建、基因結(jié)構(gòu)分析和蛋白結(jié)構(gòu)域序列比對分析

首先，從擬南芥基因組數(shù)據(jù)庫(http://www.arabidopsis.org/browse/genefamily/lob.jsp)和水稻基因組數(shù)據(jù)庫(http://rice.plantbiology.msu.edu/)中檢索并下載其LBD蛋白，然后利用Clustal_W工具將小麥、水稻和擬南芥LBD蛋白序列進(jìn)行多重比對；將比對結(jié)果，利用MEGA 7.0軟件，采用鄰接法(NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹[18]，Bootstrap參數(shù)設(shè)置為1 000。根據(jù)小麥基因組注釋信息，獲得各小麥候選LBD基因的外顯子-內(nèi)含子結(jié)構(gòu)信息，并利用在線軟件GSDS 2.0(http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)進(jìn)行圖像顯示。采用MEME工具(http://meme-suite.org/)預(yù)測各小麥LBD蛋白序列中的保守結(jié)構(gòu)域，并利用DNAMAN 5.0軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)域序列多重比對，比對參數(shù)為默認(rèn)值。

1.3 染色體定位和順式作用元件分析

根據(jù)小麥基因組注釋信息(http://plants.ensembl.org/index.html)及BLASTN比對結(jié)果，獲得小麥LBD基因的染色體位置信息。利用Circos 0.67軟件展示LBD基因在染色體上的物理位置[19]。利用perl程序截取各個(gè)小麥LBD基因上游1.5 kb的基因組序列，然后遞交到啟動(dòng)子預(yù)測數(shù)據(jù)庫Plant Care(http://bioinformatice.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)進(jìn)行啟動(dòng)子順式作用元件地預(yù)測并手工整理。

1.4 小麥LBD基因的組織表達(dá)模式分析、逆境表達(dá)分析和互作網(wǎng)絡(luò)分析

在WHEAT URGI數(shù)據(jù)庫(http://urgi.versailles.inra.fr/files/RNASeqWheat/)中下載小麥5個(gè)組織(根、莖、葉、穗和籽粒)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，從NCBI Sequence Read Archive(SRA)數(shù)據(jù)庫下載低溫(SRR1460552、SRR1460549)、干旱(SRR1542407、SRR1542409)和熱(SRR1542411、SRR1542413)脅迫下轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)；利用TopHat和Cufflinks軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組reads的全基因組mapping，計(jì)算各個(gè)LBD基因的FPKM值，并鑒定差異表達(dá)基因，利用R軟件繪制表達(dá)譜熱圖[20]。最后，基于小麥和擬南芥中的同源基因，利用STRING 工具(http://string-db.org/cgi) 和AraNetV2工具 (http://www.inetbio.org/aranet/) 分析小麥LBD基因參與的互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥LBD基因家族成員鑒定

利用BLASTP比對和HMM比對兩種方法，從小麥基因組中共鑒定出80個(gè)LBD轉(zhuǎn)錄因子候選基因，進(jìn)一步的保守域和基因結(jié)構(gòu)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，其中5個(gè)基因的LBD保守結(jié)構(gòu)域不完整，剔除后，最終得到了75個(gè)包含有完整特征結(jié)構(gòu)域的小麥LBD基因，根據(jù)其在染色體上的位置，將其命名。小麥LBD基因的蛋白序列長度為175～384 aa，分子量為18.7～41.9 kDa，等電點(diǎn)介于4.75～9.66之間，表明LBD基因存在較大的組成變異。同時(shí)，亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)，有33個(gè)小麥LBD基因定位在葉綠體，6個(gè)在線粒體，另外的36個(gè)在細(xì)胞核中。

2.2 小麥LBD基因的系統(tǒng)進(jìn)化、保守結(jié)構(gòu)域和基因結(jié)構(gòu)分析

為明確小麥LBD基因的分類和進(jìn)化關(guān)系，將鑒定到的小麥LBD基因與已報(bào)道的水稻和擬南芥LBD基因進(jìn)行了系統(tǒng)進(jìn)化分析。結(jié)果(圖1)發(fā)現(xiàn)，所有基因聚為6大類，而且大類中均包含有小麥、水稻和擬南芥的LBD基因，暗示LBD基因的分化發(fā)生在單子葉和雙子葉植物分化之前；根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化樹及水稻和擬南芥LBD基因家族的分類信息，可將75個(gè)小麥LBD基因分為兩大類，即ClassⅠ和ClassⅡ亞家族，ClassⅠ亞家族又可以進(jìn)一步細(xì)分為ⅠA-ⅠE[5,7]，其中，小麥ClassⅠ亞家族包含60個(gè)成員，ClassⅡ包含15個(gè)成員(圖2a)。

利用MEME工具對小麥LBD基因的保守結(jié)構(gòu)域組成和數(shù)目進(jìn)行了分析，結(jié)果(圖2b)發(fā)現(xiàn)，75個(gè)小麥LBD基因中共有15個(gè)保守的蛋白基序。其中，基序1和基序3最為保守，在所有小麥LBD基因中均被鑒定到，而其他保守結(jié)構(gòu)域只在部分基因中鑒定到。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，所有的ClassⅠLBD基因都含有保守基序1、2和3，而ClassⅡ均含有基序1、3和5，表明同一亞家族成員間具有相似的保守結(jié)構(gòu)域組成，而不同亞家族成員間具有各自特異的保守結(jié)構(gòu)域，這可能與其具體的生物學(xué)功能相關(guān)。

基因的結(jié)構(gòu)是決定基因表達(dá)和功能的重要因素。最后，對小麥LBD基因家族的基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果(圖2c)發(fā)現(xiàn)，小麥LBD家族的基因結(jié)構(gòu)相對簡單，其外顯子數(shù)目在1～4之間，其中28個(gè)LBD基因只含有一個(gè)外顯子，不包含內(nèi)含子，其余的包括了1～3個(gè)內(nèi)含子。從亞家族來看，整體上，每個(gè)亞家族成員間的基因結(jié)構(gòu)基本一致，各個(gè)亞家族之間存在一定差異，其中，ⅠC亞家族基因與其他亞家族基因相比，內(nèi)含子多，基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些。

2.3 小麥LBD基因的染色體定位和順式作用元件分析

根據(jù)BLASTN和基因組注釋信息，將鑒定得到的小麥LBD進(jìn)行染色體定位。結(jié)果(圖3)發(fā)現(xiàn)，除了 Ta-U-LBD67、 Ta-U-LBD68、 Ta-U-LBD69和 Ta-U-LBD70外，另外的71個(gè)小麥LBD基因均可以定位到小麥染色體的scaffold序列上。在小麥的A、B和D三個(gè)同源染色體組中，分別含有24、24和23個(gè)LBD基因，暗示小麥LBD基因的含量在A、B和D亞基因組中沒有顯著變化，在小麥兩次自然雜交并加倍的過程中，同源染色體的保留和丟失在亞基因組間沒有明顯偏好。進(jìn)一步根據(jù)染色體定位結(jié)果和序列相似性，可將71個(gè)小麥LBD基因分為30個(gè)同源基因群，其中，17個(gè)同源基因群包含A、B、D三個(gè)同源拷貝，7個(gè)只包含A、B、D三個(gè)同源基因中的兩個(gè)拷貝，而6個(gè)只包含A、B、D同源拷貝中的一個(gè)。這表明在小麥多倍體化過程中，LBD同源基因也發(fā)生了部分丟失的情況，進(jìn)一步弄清同源基因保留和丟失的規(guī)律將為揭示小麥多倍化進(jìn)化提供重要信息。

圖1 小麥、擬南芥和水稻LBD基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.1 Phylogenetic tree of LBD genes in wheat,Arabidopsis and rice

順式作用元件在調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)方面發(fā)揮重要作用。本研究對鑒定的75個(gè)小麥LBD候選基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件進(jìn)行了分析，結(jié)果共鑒定到了42個(gè)順式作用元件，主要包括生長發(fā)育相關(guān)、響應(yīng)逆境和光調(diào)節(jié)三類。其中，脫落酸響應(yīng)元件ABRE在大多數(shù)(2/3)小麥LBD基因中被檢測到，特別是 Ta-3B-LBD17和 Ta-6A-LBD60，分別含有8個(gè)和10個(gè)ABRE元件，表明其可能參與了小麥ABA代謝調(diào)控過程。另外，小麥LBD基因的順式作用元件中還含有豐富的光調(diào)節(jié)因子，如sp1和G-box。所有的小麥LBD基因均含有sp1，平均每個(gè)基因含有4.1個(gè)，暗示小麥LBD基因的表達(dá)可能受光調(diào)節(jié)。

2.4 小麥LBD基因參與的互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析

本研究基于同源基因預(yù)測方法，參考已構(gòu)建好的擬南芥基因互作網(wǎng)絡(luò)(http://www.inetbio.org/aranet/)，構(gòu)建了小麥LBD基因與其他基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(圖4)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，15個(gè)小麥LBD基因與其他小麥基因存在互作關(guān)系，形成了152個(gè)互作分支。LBD調(diào)控的基因主要是與生長發(fā)育相關(guān)，表明小麥LBD基因廣泛地參與調(diào)控了小麥生長發(fā)育過程。 Ta-2B-LBD73和 Ta-2D-LBD74與大量的基因存在互作關(guān)系，包括生長發(fā)育、逆境脅迫、激素響應(yīng)、光調(diào)節(jié)等方面的基因，如 IAA4、 IAA9、 MYB3、 MYB5、 ERF8和 SPL10等，表明這兩個(gè)基因可能在小麥生長發(fā)育過程中起到重要作用；而 Ta-3A-LBD11與 KAN1、 KAN2基因存在互作關(guān)系，根據(jù)前人的研究， KAN1和 KAN2參與了植物橫軸依賴型側(cè)生器官發(fā)育[21]，暗示 Ta-3A-LBD11可能與小麥側(cè)根發(fā)育有關(guān)。

2.5 小麥LBD基因的表達(dá)模式分析

為探究LBD基因在小麥生長發(fā)育過程中的潛在生物學(xué)功能，利用RNA-Seq數(shù)據(jù)對小麥LBD基因在5個(gè)不同組織(根、莖、葉、種子、穗)的表達(dá)情況進(jìn)行了研究。結(jié)果(圖5)發(fā)現(xiàn)，小麥LBD基因在不同組織的表達(dá)模式有明顯差異，部分LBD基因在5個(gè)組織中表達(dá)量均較低。 Ta-4A-LBD34、 Ta-4B-LBD43和 Ta-4D-LBD54在根中的表達(dá)量明顯高于其他4個(gè)組織，前人研究發(fā)現(xiàn)其水稻同源基因 Os-LBD3參與了根冠的形成，表明這些基因可能在小麥根部的形態(tài)建成過程中發(fā)揮重要作用[22]。 Ta-2D-LBD74、 Ta-2A-LBD72和 Ta-2D-LBD75在根和穗中的表達(dá)量較高，在莖中無表達(dá)，表明這3個(gè)基因在小麥根和穗的形態(tài)建成中可能具有重要作用。

圖2 小麥LBD基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化(a)、保守結(jié)構(gòu)域(b)和基因結(jié)構(gòu)(c)Fig.2 Phylogenetic relationships (a),conserved motifs (b),gene structure (c) of LBD genes in wheat

進(jìn)一步，利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析了小麥LBD家族基因在冷凍、高溫和干旱脅迫下的表達(dá)情況。結(jié)果(圖6、圖7)發(fā)現(xiàn)， Ta-4A-LBD34、 Ta-4B-LBD43和 Ta-4D-LBD54在4 ℃處理下的表達(dá)量低于23 ℃，而 Ta-2B-LBD73表現(xiàn)出明顯的上調(diào)表達(dá)；在高溫和干旱脅迫下， Ta-2A-LBD72、 Ta-2B-LBD73和 Ta-2D-LBD75三個(gè)同源基因的表達(dá)模式相同，均為上調(diào)表達(dá)，表明它們在小麥逆境響應(yīng)過程發(fā)揮了重要作用。

3 討 論

隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，越來越多的植物基因組被解析，使得從全基因組水平鑒定植物基因家族成為了可能。植物基因家族的全基因組鑒定及其結(jié)構(gòu)、進(jìn)化和表達(dá)特性分析不僅為進(jìn)一步的基因功能研究提供重要參考，也將為植物基因組進(jìn)化等研究提供了有益信息。LBD家族是一類植物所特有的轉(zhuǎn)錄因子基因家族，參與調(diào)控了植物眾多生長發(fā)育過程[6-12]。本研究利用最新的小麥基因組信息對小麥LBD基因家族進(jìn)行了鑒定，結(jié)果從小麥基因組中鑒定到了75個(gè)小麥LBD基因，其數(shù)量上遠(yuǎn)多于擬南芥(43)、大麥(34)和水稻(35)[3,5,23]，這可能是小麥?zhǔn)钱愒戳扼w，在進(jìn)化過程中經(jīng)歷了3個(gè)二倍體祖先種的兩輪自然加倍，使得其基因組也經(jīng)歷了2次擴(kuò)張，造成LBD基因數(shù)目加倍。同時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)化分析也發(fā)現(xiàn)部分小麥LBD基因在長期的進(jìn)化過程中出現(xiàn)了基因復(fù)制事件。

順式作用元件通過響應(yīng)不同外界環(huán)境信號來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄過程，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥LBD基因啟動(dòng)子區(qū)域共有42類不同順式作用元件，主要包括ABA響應(yīng)元件ABRE和光響應(yīng)元件sp1和G-box等，暗示小麥LBD基因在調(diào)節(jié)組織生長和發(fā)育過程中可能受到ABA和光的影響，這與前人的研究一致[25]。

LBD基因廣泛參與基因互作。在擬南芥中， AS1 和 AS2 基因能夠通過抑制 KNOX 基因的表達(dá)來形成對稱葉片[6]； AtLBD16 和 AtLBD18 調(diào)控了側(cè)根最初的形成，并且能夠下調(diào) ARF7 和 ARF9 的表達(dá)[7]。 本研究發(fā)現(xiàn)共有15個(gè)小麥LBD基因參與了其他基因的表達(dá)調(diào)控，其中， Ta-3A-LBD11 參與WOX和KAN基因的調(diào)控，表明 Ta-3A-LBD11 很可能具有調(diào)節(jié)小麥側(cè)生器官生長發(fā)育的作用。另外， Ta-2B-LBD73 、 Ta-2D-LBD74 和大量的基因存在互作關(guān)系，包括生長發(fā)育、逆境脅迫、激素響應(yīng)、光調(diào)節(jié)等方面的基因，如 IAA4 、 IAA9 、 MYB3 、 MYB5 、 ERF8 和 SPL10 等。Jung等[26]研究表明，IAA在水稻中能夠響應(yīng)干旱脅迫和調(diào)節(jié)分蘗。表明以上兩個(gè)基因在響應(yīng)干旱脅迫和分蘗過程中可能具有重要作用。

圖4 基于擬南芥同源基因構(gòu)建的小麥LBD基因互作網(wǎng)絡(luò)Fig.4 Interaction network of LBD genes in wheat according to the orthologs in Arabidopsis

紅色表示基因的表達(dá)較強(qiáng)，綠色表示沒有表達(dá)信號。下同。
The red color represents the higher expression of relative gene,and green color indicates no expression signal. The same in figure 6 and 7.
圖5 小麥LBD基因在不同組織中的表達(dá)
Fig.5 Expression profiles ofTaLBDgenes in different organs or tissues

圖6 小麥LBD基因在冷脅迫下的表達(dá)Fig.6 Expression profiles of TaLBD genes under cold stress

1和2：熱脅迫處理1 h和6 h；3和4：干旱脅迫處理1 h和6 h。
1 and 2:Treatment for 1 h and 6 h under heat stress,respectively;3 and 4:Treatment for 1 h and 6 h under drought strees,respectively.
圖7 小麥LBD基因在熱及干旱脅迫下的表達(dá)
Fig.7 Expression profiles ofTaLBDgenes under heat and drought stress

擬南芥和水稻等作物中的研究表明，LBD中的ClassⅠ亞家族基因成員主要參與生長發(fā)育調(diào)控，而ClassⅡ類亞家族成員除了參與生長發(fā)育調(diào)控，還可能參與了響應(yīng)各種逆境脅迫過程[5]。本研究利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對小麥LBD基因在不同組織、不同脅迫下的表達(dá)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示， ClassⅠ亞家族基因成員 Ta-4A-LBD33 、 Ta-4B-LBD39 和 Ta-4D-LBD50 在根中表達(dá)量較高，ClassⅡ亞家族基因成員 Ta-4A-LBD34 、 Ta-4B-LBD43 和 Ta-4D-LBD54 在根、莖和葉中表達(dá)，在種子和穗中無表達(dá)，暗示這些基因在小麥生長發(fā)育過程中可能主要參與了營養(yǎng)生長階段的調(diào)控；ClassⅡ亞家族的 Ta-4A-LBD34 、 Ta-4B-LBD43 和 Ta-4D-LBD54 在冷脅迫下差異表達(dá)，表明它們在逆境響應(yīng)方面具有重要調(diào)控作用， Ta-2A-LBD72 、 Ta-2B-LBD73 和 Ta-2D-LBD75 在高溫和干旱脅迫下表達(dá)量上調(diào)，表明其可能在熱脅迫和高溫脅迫響應(yīng)方面發(fā)揮作用。

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Genome-Wide Analysis,Expression Characteristics and Regulatory Network ofLBDGene Family in Bread Wheat(TriticumaestivumL.)

XING Guangwei1,WANG Mengxing1,MA Xiaofei2,ZHAO Xian1,ZHANG Ting1,NIE Xiaojun1,SONG Weining1

(1.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100，China;2.Wheat Research Institute,Shanxi Academy of Agriculture Sciences,Linfen,Shanxi 041000,China)

In order to explore the function of wheatLBDgenes,theLBDgene family in wheat was identified by bioinformatics,using the latest genome data of wheat. A total of 75 wheatLBDgenes were identified. According to the phylogenetic analysis,they could be divided into chass Ⅰ and class Ⅱ subfamilies. Chromosome mapping results showed that,except for 5D and 7D,the other chromosomes contained theLBDgenes. Among them,a further analysis of the co-expression regulation network found that 15 wheatLBDgenes were involved in the regulation of wheat functional genes. Finally,the RNA-seq data was used to analyze the expression ofLBDgenes in different tissues and under different stresses.The results showed that theLBDgenes of wheat were differentially expressed in different tissues and under different stresses,and some tissue-specific and stress-relatedLBDgenes were identified and could be used as candidate genes for subsequent functional studies.

TriticumaestivumL.;LBDgene family; Abiotic stress; Co-expression network; Expression profiles

時(shí)間：2017-07-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170707.1815.002.html

2017-03-04

2017-06-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31571647；31401373)

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