鐵皮石斛熱激轉(zhuǎn)錄因子（Hsf）基因家族鑒定及生物信息學(xué)分析

韓利紅 劉潮 張維維 李發(fā) 鄧發(fā)虎 阮子恒

摘要：【目的】鑒定鐵皮石斛熱激轉(zhuǎn)錄因子（Hsf）基因家族成員，并進(jìn)行生物信息學(xué)分析，為深入研究該家族在鐵皮石斛熱應(yīng)激響應(yīng)中的調(diào)控機(jī)制提供理論參考。【方法】以擬南芥和水稻Hsf蛋白氨基酸序列為參考序列，在鐵皮石斛蛋白數(shù)據(jù)中搜索其同源蛋白序列，利用SMART和Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定出其Hsf基因家族成員。利用生物信息學(xué)方法對(duì)鐵皮石斛Hsf基因家族組成、基因結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件及其編碼蛋白結(jié)構(gòu)域和進(jìn)化關(guān)系等進(jìn)行分析?！窘Y(jié)果】共鑒定獲得23個(gè)鐵皮石斛Hsf基因家族成員，編碼氨基酸數(shù)量為132～514個(gè)，平均343個(gè)，多數(shù)屬于酸性蛋白和親水性蛋白，可分為HsfA、HsfB和HsfC組，其中HsfA組成員13個(gè)、HsfB組成員9個(gè)、HsfC組成員1個(gè)。除DoHsfA3僅包含motif 1和motif 2外，其他HsfA組蛋白均含有motif 1～motif 5，HsfB和HsfC組蛋白均缺少motif 5。鐵皮石斛Hsf蛋白缺少A9、B3、B5和C1亞類成員，與同屬于單子葉蘭科植物的小蘭嶼蝴蝶蘭Hsf蛋白親緣關(guān)系最近。HsfA組成員包含完整的HSF功能域和卷曲螺旋（CC）功能域，HsfB和HsfC組成員缺少或含不完整的CC功能域。DoHsfA1A蛋白具有保守的絲氨酸—苯丙氨酸—纈氨酸—精氨酸—谷氨酰胺序列。鐵皮石斛Hsf基因啟動(dòng)子區(qū)含有大量激素響應(yīng)、脅迫響應(yīng)和生長(zhǎng)相關(guān)元件?！窘Y(jié)論】鐵皮石斛Hsf基因家族成員進(jìn)化較保守，其生物學(xué)功能存在明顯物種特異性，進(jìn)化關(guān)系較復(fù)雜，推測(cè)其在不同的非生物脅迫和植物激素信號(hào)途徑中發(fā)揮潛在“節(jié)點(diǎn)”作用。

關(guān)鍵詞： 鐵皮石斛;熱激轉(zhuǎn)錄因子（Hsf）;基因家族;系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹;脅迫;順式作用元件

中圖分類號(hào)： S567.239? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2019）04-0677-08

Abstract：【Objective】In this study，gene family members of heat shock transcription factors（Hsf） in Dendrobium officinale were identified and bioinformatics analysis was conducted. It provided? reference for studying the regulation me-chanism of this family in response of D. officinale to heat stress. 【Method】The amino acid sequences of Hsf protein in Arabidopsis thaliana and rice were as reference sequence，the homologous protein sequence was searched in D. officinale protein database，and the Hsf gene family members were identified by SMART and Pfam database. The member composition，gene structure，cis-acting elements of gene promoter， protein functional domain and evolution of D. officinale Hsf family were analyzed by bioinformatics methods. 【Result】A total of 23 Hsf gene family members were identified in D. officinale，the number of coding amino acids ranged from 132 to 514，with an average of 343，and most of them belonged to acidic and hydrophilic proteins. The proteins were divided into HsfA，HsfB and HsfC groups，members of each group were thirteen，nine and one，respectively. All HsfA group proteins contained motif 1-motif 5，except DoHsfA3 only contained motif 1 and motif 2. Proteins in HsfB and HsfC groups all lacked motif 5. D. officinale Hsf protein lacked members belonging to A9， B3， B5 and C1 subclasses. Their genetic relationship was close to Hsf protein of Phalaenopsis equestris belonging to monocotyledon Orchidaceae. HsfA group members included complete HSF domain and coiled helix（CC） domain，while the HsfB and HsfC groups contained incomplete or missing CC domain. DoHsfA1A protein had conservative serine-phenylalanine-valine-arginine-glutamine sequence and Lys80 residues. The promoter region of D. officinale Hsf genes contained a large number of hormone response， stress response and growth related elements. 【Conclusion】These results indicate that D. officinale Hsf gene family members are conservative? in evolution，with obvious species specificity in function and complex evolutionary relationship. It is speculated that they play a potential node role in different abiotic stresses and plant hormone signaling pathways.

Key words： Dendrobium officinale; heat shock transcription factor（Hsf）; gene family; phylogenetic tree; stress;cis-acting element

0 引言

【研究意義】鐵皮石斛（Dendrobium officinale）為蘭科（Orchidaceae）石斛屬（Dendrobium）多年生草本植物，適宜生長(zhǎng)于涼爽、濕潤(rùn)、半陰濕的環(huán)境中，生長(zhǎng)速度緩慢，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境和氣候條件要求較苛刻，其莖可入藥，具有滋陰明目、潤(rùn)肺益腎的功效，市場(chǎng)前景較好（蔣素華等，2017;冼康華等，2017;江愛明等，2018;曾貞等，2018）。植物在整個(gè)生命周期需應(yīng)對(duì)多種生物和非生物脅迫而發(fā)生熱應(yīng)激響應(yīng)，從而產(chǎn)生熱激蛋白（Heat shock proteins，Hsp）等響應(yīng)分子，該蛋白在植物細(xì)胞修復(fù)、蛋白折疊和降解及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要作用（Al-Whaibi，2011）。在該響應(yīng)過程中，熱激轉(zhuǎn)錄因子（Heat shock transcription factors，Hsf）是主要的調(diào)控因子，通過識(shí)別保守的熱應(yīng)激元件直接激活Hsp的表達(dá)（陳曉軍等，2006;王海波等，2016）。研究鐵皮石斛Hsf蛋白對(duì)探究鐵皮石斛的應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有關(guān)鐵皮石斛的研究主要集中在栽培技術(shù)、有效成分含量及產(chǎn)品開發(fā)等方面（Huang et al.，2016;Zhang et al.，2017）。隨著鐵皮石斛基因組數(shù)據(jù)的公布，對(duì)鐵皮石斛分子生物學(xué)方面的研究逐漸增多（Zhang et al.，2016;Wang et al.，2018;Yu et al.，2018），但對(duì)Hsf蛋白家族研究主要集中于擬南芥（Guo et al.，2008）、水稻（Guo et al.，2008）、大豆（Scharf et al.，2012）、大白菜（Song et al.，2014）、辣椒（Guo et al.，2015）、梨（Qiao et al.，2015）、楊樹（Zhang et al.，2015）等植物，其原因是這些植物基因組數(shù)據(jù)公布相對(duì)較早，為該家族的研究提供了條件。目前，對(duì)植物細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)已有了深入了解，且研究發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激可誘導(dǎo)Hsp蛋白家族持續(xù)表達(dá)，但Hsf蛋白可抑制Hsp基因的轉(zhuǎn)錄（Pratt et al.，2010）。典型的植物Hsf蛋白具有DNA結(jié)合功能域（DBD）、寡聚化功能域（OD）、核定位信號(hào)（NLS）和核輸出信號(hào)（NES），其中DBD位于Hsf蛋白的N端，由H1、H2和H3等3個(gè)α螺旋和1個(gè)β片層組成（Schultheiss et al.，1996），可特異性識(shí)別熱激響應(yīng)元件（5'-AGAA nnTTCT-3'）（?kerfelt et al.，2010）。根據(jù)OD序列的特異性，可將Hsf分為HsfA、HsfB和HsfC 3組，不同植物中Hsf的數(shù)量及各組組成有明顯差異，如擬南芥中有21個(gè)Hsf蛋白，而大豆中有52個(gè)Hsf蛋白，且在進(jìn)化過程中各組的成員數(shù)量和組成會(huì)發(fā)生改變，可能是由物種間全基因組復(fù)制事件差異造成（Scharf et al.，2012）。相比于裸子植物和被子植物間的Hsf蛋白家族差異，單子葉和雙子葉植物間的Hsf蛋白家族差異較少，如Hsf蛋白的A9、B3和B5亞類僅存在于雙子葉植物中（Scharf et al.，2012）。大量研究表明，擬南芥的熱激響應(yīng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，作為主要調(diào)控因子的熱激轉(zhuǎn)錄因子HsfA1s可能通過調(diào)控DREB2A、HsfA2、HsfA7a、HsfBs和MBF1C等基因的轉(zhuǎn)錄在植物熱應(yīng)激響應(yīng)中發(fā)揮作用（Liu et al.，2011;Yoshida et al.，2011;Ohama et al.，2017）。擬南芥HsfA2基因在光照、熱激和H2O2處理下表達(dá)上調(diào)，其編碼蛋白是多種環(huán)境脅迫信號(hào)的防御誘導(dǎo)因子（Zhang et al.，2009）。番茄中HsfA2受熱激誘導(dǎo)表達(dá)，可與HsfA1形成異源寡聚物，增強(qiáng)其調(diào)控能力（Chan-Schaminet et al.，2009）。Hsf可調(diào)控Hsp表達(dá)，同時(shí)也受Hsp的反饋調(diào)控作用，如番茄Hsp70通過物理作用抑制HsfA1和HsfB1活性（Hahn et al.，2011）。此外，辣椒中大部分Hsf能響應(yīng)熱激、高鹽和滲透脅迫，其中HsfA1、HsfA6a、HsfA9a和HsfB1基因在多個(gè)組織中持續(xù)高效表達(dá)（Guo et al.，2015）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，鮮見有關(guān)鐵皮石斛Hsf基因家族的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過生物信息學(xué)軟件對(duì)鐵皮石斛Hsf基因家族組成、結(jié)構(gòu)、進(jìn)化和啟動(dòng)子區(qū)元件進(jìn)行分析，以期揭示鐵皮石斛Hsf基因家族的特征，為深入研究該家族在鐵皮石斛熱應(yīng)激響應(yīng)中的調(diào)控機(jī)制提供理論參考。

1 材料與方法

1. 1 鐵皮石斛Hsf基因家族成員鑒定

從NCBI網(wǎng)站GenBank搜索下載擬南芥和水稻Hsf蛋白的氨基酸序列，將其作為參考序列，在鐵皮石斛蛋白數(shù)據(jù)中搜索其同源蛋白序列。利用SMART和Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)獲得的Hsf蛋白序列進(jìn)行HSF保守結(jié)構(gòu)域（PF00447）鑒定。利用ExPASy ProtParam對(duì)蛋白理化性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1. 2 鐵皮石斛Hsf基因家族結(jié)構(gòu)和蛋白保守基序分析

使用基因結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)GSDS 2.0繪制鐵皮石斛Hsf基因家族的基因結(jié)構(gòu)示意圖。使用MEME 5.0.2對(duì)鐵皮石斛Hsf蛋白的保守基序進(jìn)行分析，基序搜索數(shù)目為5，其他參數(shù)為默認(rèn)設(shè)置。利用SWISS-MODEL預(yù)測(cè)蛋白的三維結(jié)構(gòu)，并使用VMD 1.9.1實(shí)現(xiàn)蛋白三維結(jié)構(gòu)的可視化。

1. 3 鐵皮石斛Hsf基因的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹分析

從PlantTFDB 4.0數(shù)據(jù)庫(kù)下載擬南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）和小蘭嶼蝴蝶蘭（Phalaenopsis equestris）Hsf蛋白序列，并利用SMART和Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行HSF保守結(jié)構(gòu)域（PF00447）鑒定。利用MEGA 6.0的Neighbor-Joining構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，Bootstrap值為1000。

1. 4 鐵皮石斛Hsf基因家族成員啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件分析

從GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)獲取鐵皮石斛Hsf基因家族成員轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游1.5 kb序列，并通過PlantCARE在線數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 鐵皮石斛Hsf基因家族成員的鑒定及理化性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果

以擬南芥和水稻Hsf蛋白的氨基酸序列為參考序列，搜索獲得鐵皮石斛同源蛋白序列，去除不含HSF結(jié)構(gòu)域和重復(fù)冗余的Hsf蛋白后，共獲得23個(gè)鐵皮石斛Hsf基因家族成員，經(jīng)SMART和Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定發(fā)現(xiàn)均具有HSF保守結(jié)構(gòu)域，最后根據(jù)進(jìn)化分組對(duì)其進(jìn)行命名（表1），其中有13個(gè)HsfA組成員、9個(gè)HsfB組成員和1個(gè)HsfC組成員，但僅HsfA組成員包含完整的CC功能域，HsfB和HsfC組成員缺少或含不完整的CC功能域。鐵皮石斛Hsf蛋白的氨基酸數(shù)量為132～514個(gè)，平均343個(gè)，分子量為15147.48～56695.63 Da，理論等電點(diǎn)（pI）4.76～9.10，73.91%屬于酸性蛋白，除DoHsfA3外，其他鐵皮石斛Hsf蛋白總平均疏水指數(shù)均為負(fù)值，屬于親水蛋白。

2. 2 植物Hsf蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分析結(jié)果

為了解植物Hsf基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系，本研究使用MEGA 6.0基于鐵皮石斛、擬南芥、水稻和小蘭嶼蝴蝶蘭Hsf蛋白的HSF保守功能域序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，結(jié)果如圖1所示。HsfA組成員數(shù)量最多，可分為A1～A9亞類，其次為HsfB組，可分為B1～B4亞類，HsfC組成員數(shù)最少，可分為C1和C2亞類。鐵皮石斛的13個(gè)HsfA組成員分布在A1～A8亞類，其中A1亞類中3個(gè)成員，A2亞類中4個(gè)成員，A4和A5亞類中各有2個(gè)成員，A3和A8亞類中各有1個(gè)成員。鐵皮石斛的9個(gè)HsfB組成員分布在B1、B2和B4亞類中，其中B2和B4亞類中均有4個(gè)成員，B1亞類中有1個(gè)成員。鐵皮石斛的1個(gè)HsfC組成員（DoHsfC2）位于C2亞類。擬南芥、水稻和小蘭嶼蝴蝶蘭中Hsf蛋白各組的成員數(shù)量與鐵皮石斛相似，且同樣表現(xiàn)為HsfA組成員數(shù)量最多，HsfB組次之，HsfC組成員數(shù)量最少?？梢姡F皮石斛Hsf蛋白缺少A9、B3、B5和C1亞類的成員，與同屬于單子葉蘭科植物的小蘭嶼蝴蝶蘭Hsf蛋白親緣關(guān)系最近。

2. 3 鐵皮石斛Hsf基因結(jié)構(gòu)及其編碼蛋白的保守基序分析結(jié)果

利用GSDS 2.0繪制鐵皮石斛Hsf基因結(jié)構(gòu)示意圖（圖2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)有17個(gè)Hsf基因僅含1個(gè)內(nèi)含子，4個(gè)Hsf基因含2個(gè)內(nèi)含子，2個(gè)Hsf基因無內(nèi)含子，其中僅含1個(gè)內(nèi)含子的Hsf基因中，內(nèi)含子為0型、1型和2型相位的數(shù)目分別為2、7和8個(gè)。A1、A2和A8亞類中多個(gè)成員具有較大的內(nèi)含子。

使用MEME 5.0.2對(duì)23個(gè)鐵皮石斛Hsf蛋白保守基序進(jìn)行分析（圖2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)基序（motif 1～motif 5）保守性較強(qiáng);除DoHsfA3僅包含motif 1和motif 2外，其他HsfA組蛋白均含motif 1～motif 5，HsfB和HsfC組蛋白均缺少motif 5，DoHsfB2B和DoHsfC2僅包含motif 1～motif 3。其中，motif 1～motif 3共同構(gòu)成了HSF保守功能域，保證蛋白的特異性結(jié)合DNA功能。motif 4和motif 5共同構(gòu)成了卷曲螺旋功能域，可能在信號(hào)激活中發(fā)揮作用（Maekawa et al.，2011）。

利用SWISS-MODEL預(yù)測(cè)23個(gè)鐵皮石斛Hsf蛋白的三維結(jié)構(gòu)，使用VMD 1.9.1進(jìn)行可視化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛HsfA組蛋白結(jié)構(gòu)較完整，其中DoHsfA1A蛋白（圖3）與乳酸克魯維酵母（Kluyveromyces lactis）Hsf1蛋白類似，其68～72位置上有保守的絲氨酸—苯丙氨酸—纈氨酸—精氨酸—谷氨酰胺序列，其可識(shí)別并插入至DNA熱激元件的溝槽中，序列中的精氨酸（Arg71）殘基通過與nGAAn元件中的鳥嘌呤形成氫鍵實(shí)現(xiàn)與DNA的結(jié)合（Littlefield and Nelson，1999）。由此推測(cè)DoHsfA1A蛋白的Arg71在蛋白與DNA的結(jié)合中發(fā)揮作用。

2. 4 鐵皮石斛Hsf基因啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件分析結(jié)果

為了解鐵皮石斛Hsf基因在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用及對(duì)脅迫響應(yīng)的能力，使用PlantCARE對(duì)鐵皮石斛Hsf基因啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表2所示。除了最基本的TATA-box和CAAT-box外，鐵皮石斛Hsf基因啟動(dòng)子區(qū)含大量的激素響應(yīng)、脅迫響應(yīng)和生長(zhǎng)相關(guān)元件，其中啟動(dòng)子區(qū)含脫落酸響應(yīng)元件（ABRE）的Hsf基因占56.5%，含茉莉酸響應(yīng)元件（CGTCA-motif）的Hsf基因占65.2%，含赤霉素響應(yīng)元件（TATC-box和P-box）和水楊酸響應(yīng)元件（TCA-element）的Hsf基因占34.8%，含生長(zhǎng)素響應(yīng)元件（TGA-element）的Hsf基因占17.4%，含厭氧誘導(dǎo)必需的順式作用元件（ARE）的Hsf基因占73.9%，含脫水響應(yīng)相關(guān)元件（MYB-like sequence）的Hsf基因占47.8%，含干旱響應(yīng)MYB結(jié)合元件（MBS）、低溫響應(yīng)元件（LTR）、損傷響應(yīng)元件（WUN-motif）及防御和脅迫響應(yīng)元件（TC-rich repeats）的Hsf基因均占21.7%，含病原激發(fā)子響應(yīng)元件（W box）的Hsf基因占26.1%。除此之外，34.8%和21.7%的Hsf基因啟動(dòng)子區(qū)分別含分生組織表達(dá)相關(guān)順式調(diào)控元件（CAT-box）和胚乳表達(dá)相關(guān)順式調(diào)控元件（GCN4_motif）等。

3 討論

高溫是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響因素，通過干擾植物細(xì)胞的生理和代謝阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)（Bita and Gerats，2013）。研究表明，植物Hsf基因可增強(qiáng)植物的耐熱性，響應(yīng)多種非生物脅迫，從而保護(hù)機(jī)體免受應(yīng)激損傷，并在其他許多生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用（Xin et al.，2010;Scharf et al.，2012;Xue et al.，2014）。多種植物的Hsf基因家族成員已被鑒定，如擬南芥（21個(gè)）、水稻（25個(gè)）、番茄（24個(gè)）、辣椒（25個(gè)）、楊樹（28個(gè)）、大豆（52個(gè)）、小麥（56個(gè)）等（Scharfet al.，2012;Xue et al.，2013;Fragkostefanakis et al.，2015;Guo et al.，2015;Zhang et al.，2015）。除Scharf等（2012）報(bào)道的21個(gè)擬南芥Hsf基因家族成員外，本研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥Hsf基因家族還有一個(gè)新成員At4g18870，該蛋白含有2個(gè)HSF結(jié)構(gòu)域。Hsf基因家族成員數(shù)量與物種基因組大小不相關(guān)，如水稻、番茄和辣椒基因組大小分別為466 Mb、900 Mb和3.14 Gb，而Hsf基因家族成員數(shù)卻相差不大，分別為25、24和25個(gè)。鐵皮石斛基因組為1.35 Gb，介于番茄和辣椒基因組大小之間，其Hsf基因家族成員數(shù)量（23個(gè)）與二者的Hsf基因家族成員數(shù)量相當(dāng)，但與基因組為1.10 Gb的大豆Hsf基因家族成員數(shù)量（52個(gè)）相差較大。前人研究發(fā)現(xiàn)，植物Hsf基因家族成員數(shù)量除取決于基因組復(fù)制事件外，很可能與植物進(jìn)化過程中所受的選擇壓力有關(guān)（Scharf et al.，2012）。

植物Hsf蛋白存在保守的功能域，包括N端的HSF功能域和中部的CC功能域，其中，HSF功能域含有DBD，其在DNA的特異性結(jié)合中發(fā)揮作用，CC功能域可能在信號(hào)激活中發(fā)揮作用（Maekawa et al.，2011）。Guo等（2016）研究認(rèn)為Hsf蛋白的A9、B3和B5亞類成員僅限于雙子葉植物，而HsfC2亞類成員屬于單子葉特異型，與本研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，歸屬于單子葉植物的鐵皮石斛同樣缺少Hsf蛋白的A9、B3和B5亞類成員，但含C2亞類成員。且系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹分析結(jié)果顯示，鐵皮石斛Hsf蛋白與同屬于單子葉蘭科植物的小蘭嶼蝴蝶蘭Hsf蛋白親緣關(guān)系最近，與物種的進(jìn)化關(guān)系一致。

植物HsfA組蛋白是熱應(yīng)激響應(yīng)的主要調(diào)控因子，尤其是A1和A2亞類（Mishra et al.，2002;Zhu et al.，2006）。本研究DoHsfA1A蛋白三維結(jié)構(gòu)顯示，其具有典型的DNA結(jié)合保守序列。Jaeger等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，Hsf蛋白A1亞類的賴氨酸（Lys80）發(fā)生乙酰化后，其電荷發(fā)生改變，進(jìn)而抑制該類蛋白與DNA結(jié)合。由此推測(cè)DoHsfA1A蛋白活性受Lys80乙酰化作用的控制?？梢?，Hsf基因家族在植物機(jī)體中的調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜。此外，HsfB組蛋白可能缺乏激活功能域，無法獨(dú)立發(fā)揮功能活性，但其能通過與HsfA組蛋白形成復(fù)合體而發(fā)揮作用（Scharf et al.，2012;Fragkostefanakis et al.，2015）。鐵皮石斛Hsf蛋白均含有保守的HSF結(jié)構(gòu)域，但僅HsfA組成員包含完整的CC功能域，HsfB和HsfC組缺少或含不完整的CC功能域，可能與不同組成員的功能活性有關(guān)。綜上所述，Hsf基因家族成員的生物學(xué)功能存在明顯物種特異性，進(jìn)化關(guān)系較復(fù)雜。

大量研究表明，Hsf蛋白在植物響應(yīng)非生物脅迫和激素信號(hào)中發(fā)揮作用（Xue et al.，2013;Fragkostefanakis et al.，2015;Guo et al.，2015;Huang et al.，2015;Zhang et al.，2015）。啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件可調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄活性，通過分析順式作用元件組成，可了解基因的功能及其表達(dá)潛力。鐵皮石斛Hsf基因家族成員的啟動(dòng)子區(qū)含大量激素響應(yīng)、脅迫響應(yīng)和生長(zhǎng)相關(guān)元件，且含順式作用元件的種類和數(shù)量不盡相同，存在順式作用元件的重疊和交叉現(xiàn)象，推測(cè)該家族成員在不同的非生物脅迫和植物激素信號(hào)途徑中發(fā)揮潛在的“節(jié)點(diǎn)”作用，說明其可能同時(shí)調(diào)節(jié)多種非生物脅迫和植物激素信號(hào)通路，體現(xiàn)了該基因家族生物學(xué)功能的多樣性和復(fù)雜性。

4 結(jié)論

鐵皮石斛Hsf基因家族成員進(jìn)化上保守，其生物學(xué)功能存在明顯物種特異性，進(jìn)化關(guān)系較復(fù)雜，推測(cè)其在不同的非生物脅迫和植物激素信號(hào)途徑中發(fā)揮潛在“節(jié)點(diǎn)”作用。

參考文獻(xiàn)：

陳曉軍，葉春江，呂慧穎，徐民新，李葳，張利明，王超，羅淑萍，朱保葛. 2006. GmHSFA1基因克隆及其過量表達(dá)提高轉(zhuǎn)基因大豆的耐熱性[J]. 遺傳，（11）：1411-1420. [Chen X J，Ye C J，Lü H Y，Xu M X，Li W，Zhang L M，Wang C，Luo S P，Zhu B G. 2006. Cloning of GmHSFAI gene and its overexpression leading to enhancement of heat tolerance in transgenic soybean[J]. Hereditas，（11）：1411-1420.]

江愛明，蔡高磊，曹俊，周向宇，柯尊偉. 2018. 白及小分子熱激蛋白BsHsp17.3基因的克隆與表達(dá)分析[J]. 廣西植物，38（9）：1191-1198. [Jiang A M，Cai G L，Cao J，Zhou X Y，Ke Z W. 2018. Cloning and expression analysis of small heat shock protein gene BsHsp17.3 in Bletilla striata[J]. Guihaia，38（9）：1191-1198.]

蔣素華，張燕，王默霏，王潔瓊，崔波. 2017. 鐵皮石斛RCA2基因克隆與生物信息學(xué)分析[J]. 廣西植物，37（1）：80-86. [Jiang S H，Zhang Y，Wang M F，Wang J Q，Cui B. 2017. Cloning and bioinformatics analysis of RCA2 gene in Dendrobium officinale[J]. Guihaia，37（1）：80-86.]

王海波，李璐，蘇新國(guó)，張昭其，龐學(xué)群. 2016. MaHSFA1和MaHSP70在熱處理誘導(dǎo)香蕉抗冷性中的作用[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，47（6）：873-878. [Wang H B，Li L，Su X G，Zhang Z Q，Pang X Q. 2016. Role of MaHSFA1 and MaHSP70 in heat-induced chilling tolerance of banana fruit[J]. Journal of Southern Agriculture，47（6）：873-878.]

冼康華，付傳明，何金祥，龔慶芳，蘇江，黃寧珍. 2017. 花粉管通道法介導(dǎo)的鐵皮石斛轉(zhuǎn)基因技術(shù)[J]. 廣西植物，37（9）：1101-1110. [Xian K H，F(xiàn)u C M，He J X，Gong Q F，Su J，Huang N Z. 2017. Transgene by pollen-tube pathway of Dendrobium officinale[J]. Guihaia，37（9）：1101-1110.]

曾貞，孫恒，陳駿飛，徐天才，王宇萍，李坤，康平德，胡強(qiáng). 2018. FTIR結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)快速預(yù)測(cè)鐵皮石斛中總多糖含量[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，30（1）：117-121. [Zeng Z，Sun H，Chen J F，Xu T C，Wang Y P，Li K，Kang P D，Hu Q. 2018. Rapid forecast of total polysaccharide content in Dendrobium officinale by FTIR combined with chemometrics[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，30（1）：117-121.]

?kerfelt M，Morimoto R I，Sistonen L. 2010. Heat shock factors： Integrators of cell stress，development and lifespan[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology，11（8）：545-555.

Al-Whaibi M H. 2011. Plant heat-shock proteins：A mini review[J]. Journal of King Saud University-Science，23（2）：139-150.

Bita C，Gerats T. 2013. Plant tolerance to high temperature in a changing environment：Scientific fundamentals and production of heat stress-tolerant crops[J]. Frontiers in Plant Science，4：273. doi：10.3389/fpls.2013.00273.

Chan-Schaminet K Y，Baniwal S K，Bublak D，Nover L，Scharf K D. 2009. Specific interaction between tomato HsfA1 and HsfA2 creates hetero-oligomeric superactivator complexes for synergistic activation of heat stress gene expression[J]. Journal of Biological Chemistry，284（31）：20848-20857.

Fragkostefanakis S，Roeth S，Schleiff E，Scharf K. 2015. Prospects of engineering thermotolerance in crops through modulation of heat stress transcription factor and heat shock protein networks[J]. Plant，Cell and Environment，38（9）：1881-1895.

Guo J，Wu J，Ji Q，Wang C，Luo L，Yuan Y，Wang Y，Wang J. 2008. Genome-wide analysis of heat shock transcription factor families in rice and Arabidopsis[J]. Journal of Genetics and Genomics，35（2）：105-118.

Guo M，Liu J H，Ma X，Luo D X，Gong Z H，Lu M H. 2016. The plant heat stress transcription factors（HSFs）：Structure，regulation，and function in response to abiotic stre-sses[J]. Frontiers in Plant Science，7：114. doi：10.3389/fpls.2016.00114. eCollection 2016.

Guo M，Lu J P，Zhai Y F，Chai W G，Gong Z H，Lu M H. 2015. Genome-wide analysis，expression profile of heat shock factor gene family（CaHsfs） and characterisation of CaHsfA2 in pepper（Capsicum annuum L.）[J]. BMC Plant Biology，15（1）：151. doi：10.1186/s12870-015-0512-7.

Hahn A，Bublak D，Schleiff E，Scharf K D. 2011. Crosstalk between Hsp90 and Hsp70 chaperones and heat stress transcription factors in tomato[J]. The Plant Cell，23（2）：741-755.

Huang K，Li Y，Tao S，Wei G，Huang Y，Chen D，Wu C. 2016. Purification，characterization and biological activity of polysaccharides from Dendrobium officinale[J]. Molecules，21（6）：701. doi：10.3390/molecules21060701.

Huang Y，Li M Y，Wang F，Xu Z F，Huang W，Wang G L，Ma J，Xiong A S. 2015. Heat shock factors in carrot：Genome-wide identification，classification，and expression profiles response to abiotic stress[J]. Molecular Biology Reports，42（5）：893-905.

Jaeger A M，Pemble IV C W，Sistonen L，Thiele D J. 2016. Structures of HSF2 reveal mechanisms for differential regulation of human heat-shock factors[J]. Nature Structural and Molecular Biology，23（2）：147-154.

Littlefield O，Nelson H C M. 1999. A new use for the ‘wing’of the ‘winged’ helix-turn-helix motif in the HSF-DNA cocrystal[J]. Nature Structural and Molecular Biology，6（5）：464-470.

Liu H C，Liao H T，Charng Y Y. 2011. The role of class A1 heat shock factors（HSFA1s） in response to heat and other stresses in Arabidopsis[J]. Plant，Cell and Environment，34（5）：738-751.

Maekawa T，Cheng W，Spiridon L N，T?ller A，Lukasik E，Saijo Y，Liu P，Shen Q H，Micluta M A，Somssich I E，Ta-kken F L W，Petrescu A J，Chai J，Schulze-Lefert P. 2011. Coiled-coil domain-dependent homodimerization of intracellular barley immune receptors defines a minimal functional module for triggering cell death[J]. Cell Host and Microbe，9（3）：187-199.

Mishra S K，Tripp J，Winkelhaus S，Tschiersch B，Theres K，Nover L，Scharf K D. 2002. In the complex family of heat stress transcription factors，HsfA1 has a unique role as master regulator of thermotolerance in tomato[J]. Genes & Development，16（12）：1555-1567.

Ohama N，Sato H，Shinozaki K，Yamaguchi-Shinozaki K. 2017. Transcriptional regulatory network of plant heat stress response[J]. Trends in Plant Science，22（1）：53-65.

Pratt W B，Morishima Y，Peng H M，Osawa Y. 2010. Propo-sal for a role of the Hsp90/Hsp70-based chaperone machinery in making triage decisions when proteins undergo oxidative and toxic damage[J]. Experimental Biology and Medicine，235（3）：278-289.

Qiao X，Li M，Li L T，Yin H，Wu J Y，Zhang S L. 2015. Genome-wide identification and comparative analysis of the heat shock transcription factor family in Chinese white pear（Pyrus bretschneideri） and five other Rosaceae species[J]. BMC Plant Biology，15（1）：12.

Scharf K D，Berberich T，Ebersberger I，Nover L. 2012. The plant heat stress transcription factor（Hsf） family：Structure，function and evolution[J]. Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-gene Regulatory Mechanisms，1819（2）：104-119.

Schultheiss J，Kunert O，Gase U，Scharf K D，Nover L，Rüterjans H. 1996. Solution structure of the DNA-binding domain of the tomato heat-stress transcription factor HSF24[J]. European Journal of Biochemistry，236（3）：911-921.

Song X，Liu G，Duan W，Liu T，Huang Z，Ren J，Li Y，Hou X. 2014. Genome-wide identification，classification and expression analysis of the heat shock transcription factor family in Chinese cabbage[J]. Molecular Genetics and Genomics，289（4）：541-551.

Wang T，Song Z，Wei L，Li L. 2018. Molecular characterization and expression analysis of WRKY family genes in Dendrobium officinale[J]. Genes & Genomics，40（3）：265-279.

Xin H，Zhang H，Chen L，Li X，Lian Q，Yuan X，Hu X，Cao L，He X，Yi M. 2010. Cloning and characterization of HsfA2 from lily（Lilium longiflorum）[J]. Plant Cell Reports，29（8）：875-885.

Xue G P，Drenth J，McIntyre C L. 2014. TaHsfA6f is a transcriptional activator that regulates a suite of heat stress protection genes in wheat（Triticum aestivum L.） inclu-ding previously unknown Hsf targets[J]. Journal of Experi-mental Botany，66（3）：1025-1039.

Xue G P，Sadat S，Drenth J，Mcintyre C L. 2013. The heat shock factor family from Triticum aestivum in response to heat and other major abiotic stresses and their role in regulation of heat shock protein genes[J]. Journal of Experimental Botany，65（2）：539-557.

Yoshida T，Ohama N，Nakajima J，Kidokoro S，Mizoi J，Nakashima K，Maruyama K，Kim J M，Seki M，Todaka D，Osakabe Y，Sakuma Y，Schoffl F，Shinozaki K，Yamaguchi-Shinozaki K. 2011. Arabidopsis HsfA1 transcription factors function as the main positive regulators in heat shock-responsive gene expression[J]. Molecular Genetics and Genomics，286（5-6）：321-332.

Yu Z，He C，da Silva J A T，Luo J，Yang Z，Duan J. 2018. The GDP-mannose transporter gene（DoGMT） from Dendrobium officinale is critical for mannan biosynthesis in plant growth and development[J]. Plant Science，277：43-54.

Zhang G Q，Xu Q，Bian C，Tsai W C，Yeh C M，Liu K W，Yoshida K，Zhang L S，Chang S B，Chen F，Shi Y，Su Y Y，Zhang Y Q，Chen L J，Yin Y，Lin M，Huang H，Deng H，Wang Z W，Zhu S L，Zhao X，Deng C，Niu S C，Huang J，Wang M，Liu G H，Yang H J，Xiao X J，Hsiao Y Y，Wu W L，Chen Y Y，Mitsuda N，Ohme-Takagi M，Luo Y B，Van de Peer Y，Liu Z J. 2016. The Dendrobium catenatum Lindl. genome sequence provides insights into polysaccharide synthase，floral development and adaptive evolution[J]. Scientific Reports，6：19029.

Zhang J，Liu B，Li J，Li Z，Wang Y，Zheng H，Lu M，Chen J. 2015. Hsf and Hsp gene families in Populus：Genome-wide identification，organization and correlated expre-ssion during development and in stress responses[J]. BMC Genomics，16（1）：181.

Zhang L，Li Y，Xing D，Gao C. 2009. Characterization of mitochondrial dynamics and subcellular localization of ROS reveal that HsfA2 alleviates oxidative damage caused by heat stress in Arabidopsis[J]. Journal of Experimental Botany，60（7）：2073-2091.

Zhang Y，Zhang L，Liu J，Liang J，Si J，Wu S. 2017. Dendrobium officinale leaves as a new antioxidant source[J]. Journal of Functional Foods，37：400-415.

Zhu B，Ye C，Lü H，Chen X，Chai G，Chen J，Wang C. 2006. Identification and characterization of a novel heat shock transcription factor gene，GmHsfA1，in soybeans（Glycine max）[J]. Journal of Plant Research，119（3）：247-256.

（責(zé)任編輯 陳 燕）