魚(yú)腥草bZIP基因的鑒定與分析

蔡 偉，肖敬忠，余小麗，姚彩鳳，陳 蔓，曾安杰，李芙蓉，陳 遼，劉 雷*，付鴻博

魚(yú)腥草基因的鑒定與分析

蔡 偉1，肖敬忠3，余小麗3，姚彩鳳3，陳 蔓3，曾安杰3，李芙蓉3，陳 遼3，劉 雷3*，付鴻博2*

1. 綿陽(yáng)師范學(xué)院資源環(huán)境工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000 2. 紅河學(xué)院生物科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，云南 蒙自 661199 3. 綿陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000

篩選使魚(yú)腥草具有不同環(huán)境適應(yīng)性的候選基因，為后續(xù)繁育出具有更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的魚(yú)腥草品種奠定基礎(chǔ)。以魚(yú)腥草轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，鑒定了基因家族成員，并對(duì)其理化性質(zhì)、系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)、motif基序及在2個(gè)不同生態(tài)型魚(yú)腥草中的表達(dá)進(jìn)行分析。共鑒定得到163個(gè)基因，編碼蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)量在115（HcbZIP48和HcbZIP149）～703 aa（HcbZIP97），超過(guò)53%的家族成員為堿性蛋白，超過(guò)84%的家族成員為不穩(wěn)定蛋白，所有家族成員均為親水性蛋白。二級(jí)結(jié)構(gòu)中，161個(gè)家族成員是由α-螺旋、延伸鏈、β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲4部分構(gòu)成，β-折疊所占比例最低，α-螺旋和無(wú)規(guī)則卷曲所占比例較高。系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析將163個(gè)家族成員分成了9個(gè)類(lèi)別，包括C、S、G、A、I、U、H、F和D，其中被歸到D類(lèi)別中的基因數(shù)量最多共有35個(gè)，數(shù)量最少的為C類(lèi)別僅有4個(gè)，沒(méi)有基因被歸類(lèi)到E和B類(lèi)別中。Motif基序分析發(fā)現(xiàn)，motif1（RLLQNRESARRSRLRKKAYVQELESSVAK）高度保守在每個(gè)家族成員中均鑒定到且構(gòu)成了基因的保守結(jié)構(gòu)域。不同類(lèi)別下的基因其motif基序構(gòu)成較為接近，且部分motif基序只存在特定類(lèi)別的基因中。表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，在魚(yú)腥草7號(hào)藥材中表達(dá)的基因數(shù)量多于魚(yú)腥草6號(hào)藥材，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)單獨(dú)在7號(hào)藥材中表達(dá)的基因數(shù)量也多于魚(yú)腥草6號(hào)藥材。共發(fā)現(xiàn)6個(gè)基因，、、、、和在6號(hào)和7號(hào)藥材中均呈現(xiàn)出較高的表達(dá)量。通過(guò)比較6號(hào)和7號(hào)的差異基因發(fā)現(xiàn)，共有96個(gè)差異表達(dá)基因，并將其分成了2大類(lèi)，共63個(gè)差異基因在7號(hào)藥材中表達(dá)量較高，33個(gè)差異基因在6號(hào)藥材中表達(dá)量較高。共篩選出4個(gè)基因、、和作為魚(yú)腥草6號(hào)和7號(hào)2種材料能夠形成適應(yīng)不同生態(tài)條件的候選基因。

魚(yú)腥草；生物信息學(xué)；差異表達(dá)基因；不同生態(tài)型；基因家族

植物在其生命周期經(jīng)常面臨不利的環(huán)境條件，如干旱，紫外線(xiàn)，極端溫度等。為了在這些具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中生存和茁壯成長(zhǎng)，植物經(jīng)過(guò)多年的進(jìn)化和適應(yīng)，已經(jīng)發(fā)展出各種各樣的防御機(jī)制。深入了解這些機(jī)制將有助于育種者開(kāi)發(fā)優(yōu)良品種，供生產(chǎn)實(shí)踐采用以更有效地應(yīng)對(duì)氣候變化。轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors）已被證明通過(guò)自我調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)下游靶基因表達(dá)在植物生長(zhǎng)和發(fā)育中起關(guān)鍵作用[1]，并通過(guò)結(jié)合靶基因的啟動(dòng)子參與主要成分來(lái)響應(yīng)不同的脅迫[2]。基因是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，其家族成員已經(jīng)在植物、動(dòng)物和許多其他物種中被鑒定出來(lái)。含有大約70個(gè)氨基酸的bZIP結(jié)構(gòu)域具有堿性區(qū)域（N-x7-R/K基序）和亮氨酸拉鏈區(qū)域[3]。轉(zhuǎn)錄因子主要分布在核蛋白植物中。從煙草中分離到基因，構(gòu)建了NbbZIP28-GFP融合蛋白[4]，前體蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜分離并進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用[4]。轉(zhuǎn)錄因子家族主要識(shí)別ACGT的順式作用元件，例如ABRE、G-box、A-box和C-box作為啟動(dòng)子區(qū)域[5]。隨著基因的克隆和功能的發(fā)現(xiàn)，由于其在非生物脅迫下具有重要的調(diào)節(jié)功能，受到了研究者的廣泛關(guān)注。在白樺的研究中，通過(guò)過(guò)表達(dá)后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因株系的耐鹽能力提升[6]。在用不同濃度PEG-6000處理糜子幼苗后，、、和這4個(gè)基因都表達(dá)量隨處理濃度的變化呈現(xiàn)顯著上調(diào)或下調(diào)，說(shuō)明了轉(zhuǎn)錄因子參與了糜子干旱脅迫[7]。在玉米的研究中，隨著NaCl處理時(shí)間的延長(zhǎng)和的表達(dá)量顯著升高，在低溫（4 ℃）處理時(shí)，的表達(dá)量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高，說(shuō)明了轉(zhuǎn)錄因子參與玉米鹽和低溫脅迫[8]。在小麥的研究中，過(guò)表達(dá)可提高植株的耐熱性[9]，過(guò)表達(dá)可提高植株的耐鹽性[10]。綜上，轉(zhuǎn)錄因子在植物應(yīng)對(duì)非生物脅迫，包括干旱、高鹽、低溫和高溫等方面具有重要作用。

魚(yú)腥草為蕺菜Thunb.干燥地上部分，是一種辛辣的，心形葉狀的多年生草本植物，具有很高的食用和藥用價(jià)值[11]。幼嫩的莖葉是桌上的一種特殊的蔬菜[12]。魚(yú)腥草地上部、地下部和地上部干花期的新鮮植物作為常見(jiàn)的藥用植物[13]，具有清熱解毒、祛痰止咳和鎮(zhèn)痛等功效[14-15]，同時(shí)魚(yú)腥草還是許多藥物的原料，可加工成西藥注射劑或稱(chēng)為“中藥抗生素”的中成藥[16]，在抗菌、抗病毒方面具有良好的作用，是連花清瘟膠囊、抗病毒合劑的重要成分[17]。魚(yú)腥草由于其較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，廣泛分布于我國(guó)南方各省區(qū)，西北、華北地區(qū)及西藏等地區(qū)[18]，但由于各地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境差異較大，各地區(qū)的魚(yú)腥草無(wú)論是在外觀(guān)還是營(yíng)養(yǎng)成分上都會(huì)存在著一定的差異，同樣也會(huì)存在不同的生態(tài)適應(yīng)性[19]。本研究以2種不同生態(tài)類(lèi)型的魚(yú)腥草（6號(hào)和7號(hào)）作為材料，以轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)挖掘魚(yú)腥草基因家族成員，以期篩選出使魚(yú)腥草6號(hào)和7號(hào)藥材具有不同環(huán)境適應(yīng)性的候選基因，為后續(xù)繁育出具有更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的魚(yú)腥草品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料

共選取2種不同生態(tài)類(lèi)型的魚(yú)腥草（6號(hào)和7號(hào)）作為實(shí)驗(yàn)材料。2020年9月在雅安雨城區(qū)濆江南岸的老板山腳下收集到6號(hào)藥材。2020年9月在四川省溫江市惠和村收集到7號(hào)藥材。經(jīng)綿陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院羅明華教授鑒定為三白草科植物蕺菜Thunb.，樣本材料保存于該校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教學(xué)農(nóng)場(chǎng)，在相同的場(chǎng)地條件和水肥管理2年后，采集地上部分（莖和葉）儲(chǔ)存在?80 ℃冰箱用于進(jìn)一步分析。

2 方法

2.1 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及差異表達(dá)基因分析

轉(zhuǎn)錄組測(cè)序由武漢邁特維爾生物科技有限公司完成，對(duì)于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果，使用DESeq2方法對(duì)6號(hào)和7號(hào)2份材料進(jìn)行差異表達(dá)分析，經(jīng)過(guò)差異分析后，需要用Benjamini-Hochberg方法修正多重假設(shè)檢驗(yàn)的假設(shè)檢驗(yàn)概率（值），以獲得錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FDR）。差異表達(dá)基因的篩選條件為|log2Fold Change|≥1，F(xiàn)DR＜0.05。

2.2 魚(yú)腥草bZIP基因的鑒定

以轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果預(yù)測(cè)的蛋白序列為基礎(chǔ)進(jìn)行魚(yú)腥草基因的鑒定，bZIP結(jié)構(gòu)域序列（PF00170）下載于Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)，以此來(lái)查詢(xún)序列以比對(duì)蛋白，通過(guò)hmmer3.0軟件來(lái)鑒定魚(yú)腥草基因并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組使用iTAK軟件所預(yù)測(cè)出來(lái)的基因?yàn)楹蜻x魚(yú)腥草基因。利用NCBI-CDD數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所有候選基因的結(jié)構(gòu)域進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定魚(yú)腥草基因家族成員。

2.3 魚(yú)腥草bZIP基因的生物信息學(xué)分析

利用所鑒定的基因和已知擬南芥基因進(jìn)行系統(tǒng)樹(shù)。擬南芥數(shù)據(jù)下載于TAIR數(shù)據(jù)庫(kù)，利用MEGA軟件的Neighbor- Joining方法（bootstrap replications＝1000，Model＝p-distance）構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。魚(yú)腥草基因的理化性質(zhì)和二級(jí)結(jié)構(gòu)利用ProtParam和SOMPA在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析。家族成員的保守結(jié)構(gòu)域利用NCBI進(jìn)行分析，利用TBtools軟件的Simple MEME Wrapper工具分析家族成員的motif基序，并利用TBtools軟件進(jìn)行可視化。

2.4 魚(yú)腥草bZIP基因的表達(dá)分析

根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)繪制所鑒定得到的魚(yú)腥草表達(dá)量熱圖和Venn圖，并利用TBtools軟件進(jìn)行可視化。將6號(hào)和7號(hào)2個(gè)材料中差異表達(dá)的基因進(jìn)行K-means聚類(lèi)分析，并利用邁維在線(xiàn)云平臺(tái)（https://cloud.metware.cn）實(shí)現(xiàn)可視化。

3 結(jié)果與分析

3.1 魚(yú)腥草bZIP基因家族成員進(jìn)化樹(shù)分析

將所鑒定得到的163個(gè)魚(yú)腥草基因和擬南芥進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)分析，并根據(jù)擬南芥的分類(lèi)方式進(jìn)行分類(lèi)，結(jié)果表明，擬南芥基因共分成11個(gè)類(lèi)別，包括C、S、G、A、I、U、E、H、F、B和D（圖1）。魚(yú)腥草基因被歸類(lèi)到這11個(gè)類(lèi)別中的9個(gè)，包括C、S、G、A、I、U、H、F和D，其中被歸到D類(lèi)別中的基因數(shù)量最多共有35個(gè)，其次為A和I類(lèi)別，分別有32和31個(gè)，被歸類(lèi)到C、S、H和U類(lèi)別中的基因數(shù)量均少于10個(gè)，數(shù)量最少的為C類(lèi)別僅有4個(gè)，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有基因被歸類(lèi)到E和B類(lèi)別中。

圖1 魚(yú)腥草和擬南芥bZIP基因的進(jìn)化樹(shù)分析

3.2 魚(yú)腥草bZIP基因家族成員的理化性質(zhì)分析

對(duì)所鑒定的163個(gè)魚(yú)腥草基因的理化性質(zhì)和二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（表1），編碼蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)量在115 aa（HcbZIP48和HcbZIP149）～703 aa（HcbZIP97），其中類(lèi)別A中的32個(gè)蛋白的氨基酸數(shù)量均在400 aa左右，類(lèi)別S中的7個(gè)蛋白的氨基酸數(shù)量較少，均在110～160 aa。在這163個(gè)HcbZIP蛋白中，相對(duì)分子質(zhì)量在13 090（HcbZIP48和HcbZIP149）～75 470（HcbZIP97）。等電點(diǎn)在4.60（HcbZIP159）～9.96（HcbZIP136），其中有76個(gè)蛋白的等電點(diǎn)小于7為酸性蛋白，有87個(gè)蛋白的等電點(diǎn)大于7為堿性蛋白。不穩(wěn)定系數(shù)在28.24（HcbZIP15、HcbZIP23和HcbZIP151）～79.99（HcbZIP153），其中有25個(gè)蛋白的不穩(wěn)定系數(shù)小于40為穩(wěn)定蛋白，有138個(gè)蛋白的不穩(wěn)定系數(shù)大于40為不穩(wěn)定蛋白。脂肪族氨基酸指數(shù)在43.37（HcbZIP17）～105.32（HcbZIP08）。親水性系數(shù)在?1.284（HcbZIP30）～?0.065（HcbZIP79），表明所有的蛋白均為親水性蛋白。對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，共有161個(gè)HcbZIP家族成員由α-螺旋、延伸鏈、β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲4部分構(gòu)成，HcbZIP30由α-螺旋、β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲3部分構(gòu)成，延伸鏈的占比為0，HcbZIP30由α-螺旋、延伸鏈和無(wú)規(guī)則卷曲3部分構(gòu)成，β-折疊的占比為0。β-折疊在所有蛋白中的占比均較低，均低于10%，延伸鏈在所有蛋白中的占比均低于20%，α-螺旋的占比在15.67%（HcbZIP17）～84.17%（HcbZIP08），無(wú)規(guī)則卷曲的占比在9.57%（HcbZIP48）～75.00%（HcbZIP17）。

表1 魚(yú)腥草bZIP基因家族成員的理化性質(zhì)分析

續(xù)表1

續(xù)表1

3.3 魚(yú)腥草bZIP基因家族成員保守結(jié)構(gòu)域及motif基序分析

將所鑒定得到的HcbZIP蛋白進(jìn)行單獨(dú)進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建（圖2-a），同樣分成了9個(gè)類(lèi)別。通過(guò)分析基因的保守結(jié)構(gòu)域發(fā)現(xiàn)，所鑒定的163個(gè)基因均有bZIP家族的保守結(jié)構(gòu)域（圖3-c），進(jìn)一步證實(shí)這些基因均屬于bZIP家族成員。為了分析bZIP家族成員的蛋白特征，對(duì)其motif基序及組成進(jìn)行分析（圖2-b和圖3），共設(shè)定了20個(gè)motif基序，其中motif1在163個(gè)家族成員中均被鑒定到為最保守的motif基序，它也構(gòu)成了家族成員的保守結(jié)構(gòu)域，motif1（RLLQNRESARRSRLR- KKAYVQELESSVAK）由29個(gè)氨基酸位點(diǎn)組成。在類(lèi)別C和U中的基因其motif基序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只鑒定到了motif1。類(lèi)別S中的基因motif基序結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，只包含motif1和motif11。類(lèi)別A中的基因除了外的其他基因的motif基序組成均較為豐富，包含了8～9個(gè)motif基序，其中motif6、motif7、motif9和motif20只在類(lèi)別A中的基因中鑒定到。Motif18（HIRHQRTSSES- FIFDEQPSWLNDLLDEPETPVGRGTHRRSSSDSV-AYLDI）和motif19（RRPAIKDWETIVDTCGY- QNSVASAREWLVEKHEADRSDMHAYGY）只在類(lèi)別I的部分基因中被鑒定到。Motif5（MADTSPRTDTSTDGDLDDKNQRLDPGHSVM- AVASDSSDRSK）和motif12（FDKALGSFDTASAA- RILSQTQSLNQGQESNIPVLNSNFEKW）只在類(lèi)別D和F的部分基因中被鑒定到。Motif8（ILVSHLEP- LTEQQLMGICNLQQSSQQAEDALSQGMEALQQS-LAETLASGS）只在類(lèi)別D的部分基因中被鑒定到。

圖2 魚(yú)腥草bZIP蛋白進(jìn)化樹(shù)(a)，motif基序(b)和保守結(jié)構(gòu)域(c) 分析

圖3 魚(yú)腥草bZIP motif基序組成分析

3.4 魚(yú)腥草bZIP基因表達(dá)分析

根據(jù)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)將所鑒定得到的163個(gè)基因在6號(hào)和7號(hào)藥材中的表達(dá)模式進(jìn)行分析并繪制了表達(dá)量熱圖和Venn圖（圖4-A、B）。通過(guò)表達(dá)量熱圖（圖4-A）可以發(fā)現(xiàn)，基因在6號(hào)和7號(hào)魚(yú)腥草的中表現(xiàn)出不同的表達(dá)模式，在6號(hào)藥材中表達(dá)的基因共有142個(gè)，在7號(hào)藥材中表達(dá)的基因共有158個(gè)。共發(fā)現(xiàn)6個(gè)基因，包括、、、、和在6號(hào)和7號(hào)藥材中均呈現(xiàn)出較高的表達(dá)量，其中和在6號(hào)藥材中的FPKM值均超過(guò)100，和在7號(hào)藥材中的FPKM值超過(guò)100，在6號(hào)和7號(hào)藥材中所有的基因中表達(dá)量最高的均為。但大部分的基因的表達(dá)量較低，6號(hào)藥材中有41個(gè)基因的FPKM值小于1，7號(hào)藥材中有23個(gè)基因的FPKM值小于1。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)1個(gè)基因在6號(hào)和7號(hào)藥材中均不表達(dá)。通過(guò)Venn圖（圖4-B）可以發(fā)現(xiàn)，在6號(hào)和7號(hào)中均表達(dá)的基因共有138個(gè)，只在7號(hào)藥材中表達(dá)的基因有20個(gè)，其中和的表達(dá)量相對(duì)較高，F(xiàn)PKM值大于10。只在6號(hào)藥材中表達(dá)的基因有4個(gè)且表達(dá)量均較低，其中有3個(gè)基因的FPKM值小于1。

圖4 魚(yú)腥草bZIP基因在6號(hào)和7號(hào)藥材中的表達(dá)模式分析(A) 和Venn圖(B)

3.5 不同生態(tài)品種中bZIP基因差異表達(dá)分析

為了進(jìn)一步比較在不同生態(tài)型魚(yú)腥草材料中的表達(dá)差異，對(duì)6號(hào)和7號(hào)藥材中差異表達(dá)基因進(jìn)行了分析，共有96個(gè)基因在6號(hào)和7號(hào)2個(gè)品種中呈現(xiàn)出差異表達(dá)。通過(guò)K-means聚類(lèi)分析后可以發(fā)現(xiàn)（圖5），這96個(gè)基因被分成了2個(gè)類(lèi)別，其中A類(lèi)別中包括了63個(gè)差異基因，這63個(gè)基因表現(xiàn)出在7號(hào)藥材中的表達(dá)量與6號(hào)相比為上調(diào)，其中有多個(gè)基因是在6號(hào)藥材中不表達(dá)而與7號(hào)藥材形成差異且差異倍數(shù)較大，在2個(gè)材料中均表達(dá)而形成較大差異倍數(shù)的基因包括和。B類(lèi)別中包括了33個(gè)差異基因，這33個(gè)基因表現(xiàn)出在7號(hào)藥材中的表達(dá)量與6號(hào)相比下調(diào)，其中是在7號(hào)藥材中不表達(dá)而與6號(hào)藥材形成的差異，有2個(gè)基因包括和在6號(hào)和7號(hào)藥材中均表達(dá)，但形成了較大的差異倍數(shù)。

圖5 魚(yú)腥草6號(hào)和7號(hào)藥材中差異表達(dá)的bZIP基因分析

4 討論

轉(zhuǎn)錄因子是植物中最大和最多樣化的家族之一[20]。目前，基因家族已在許多物種中被鑒定，在西瓜[21]和文冠果[20]中分別鑒定得到62和64個(gè)基因家族成員，分析后發(fā)現(xiàn)這2個(gè)物種中均有14對(duì)節(jié)段復(fù)制事件。在葡萄的研究中發(fā)現(xiàn)[22]，共鑒定到55個(gè)基因家族成員，同樣存在14對(duì)節(jié)段復(fù)制事件。在蘋(píng)果[23]和大豆[24]的研究中分別鑒定到112和160個(gè)基因家族成員，在這2個(gè)物種中發(fā)現(xiàn)了更多的節(jié)段復(fù)制和串聯(lián)復(fù)制事件。這些也表明節(jié)段復(fù)制和串聯(lián)復(fù)制均對(duì)基因家族成員的擴(kuò)增具有很大的貢獻(xiàn)。在本研究中，共鑒定得到163個(gè)基因家族成員，由于魚(yú)腥草基因組數(shù)據(jù)測(cè)序還未完成，本研究是基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行的家族成員鑒定，因此無(wú)法直接判斷基因家族成員擴(kuò)增的具體原因，通過(guò)以上前人的結(jié)果推測(cè)魚(yú)腥草基因同樣存在著數(shù)量較多的節(jié)段和串聯(lián)復(fù)制事件。魚(yú)腥草在長(zhǎng)時(shí)間的不斷進(jìn)化過(guò)程中需要適應(yīng)環(huán)境變化帶來(lái)的生存壓力，由于對(duì)非生物脅迫具有重要的作用，需要存儲(chǔ)環(huán)境信息，因此可能也導(dǎo)致了基因的產(chǎn)生、復(fù)制和進(jìn)化。

為了進(jìn)一步研究魚(yú)腥草基因的進(jìn)化和起源，用擬南芥和魚(yú)腥草基因進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)分析，結(jié)果顯示163個(gè)HcbZIP蛋白分為9個(gè)類(lèi)別，包括C、S、G、A、I、U、H、F和D，每個(gè)類(lèi)別都包含一個(gè)或多個(gè)基因。該分類(lèi)類(lèi)似于擬南芥[25]，文冠果[20]和柳枝稷[26]。A類(lèi)別的大多數(shù)功能信息提示在脫落酸或應(yīng)激信號(hào)中的作用。因此，A類(lèi)別的s在種子和營(yíng)養(yǎng)組織中似乎都是ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要參與者[25]。本研究共有32個(gè)基因被分到類(lèi)別A中，其中在2個(gè)材料中的表達(dá)量較高且差異較大，推著該基因可能參與到魚(yú)腥草ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。S類(lèi)別是擬南芥最大的類(lèi)別之一，在脅迫處理后也被轉(zhuǎn)錄激活或在花的特定部分特異表達(dá)[25]。擬南芥家族中的S類(lèi)別的基因在響應(yīng)低溫和干旱有重要作用[27]，本研究中共有7個(gè)基因被分到S類(lèi)別下，其中與6號(hào)藥材相比在7號(hào)中下調(diào)表達(dá)，、、和在7號(hào)中上調(diào)表達(dá)，推測(cè)這些基因可能影響6號(hào)和7號(hào)魚(yú)腥草對(duì)低溫和干旱的響應(yīng)差異。

在植物發(fā)育和應(yīng)對(duì)不同生存環(huán)境方面起著重要作用。例如，幾個(gè)水稻基因如被鑒定為對(duì)冷脅迫反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子[28]。西瓜的和可能在保護(hù)植物免受線(xiàn)蟲(chóng)感染和低溫脅迫方面發(fā)揮重要作用[21]。文冠果中的有多個(gè)基因?qū)}脅迫和凍害都有反應(yīng)，而和對(duì)脫落酸和低溫都有反應(yīng)[20]。在馬鈴薯中和在不同環(huán)境中均有高表達(dá)且穩(wěn)定表達(dá)[29]。有研究發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)基因在冷處理后上調(diào)或下調(diào)表達(dá)[30]。本研究選用了原產(chǎn)地具有不同生態(tài)類(lèi)型的魚(yú)腥草6號(hào)和7號(hào)藥材，6號(hào)和7號(hào)魚(yú)腥草在表觀(guān)形態(tài)上具有明顯的差異，同時(shí)通過(guò)我們前期測(cè)定的相關(guān)生理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們?cè)诙喾N代謝物含量具有明顯差異，包括黃酮類(lèi)物質(zhì)，生物堿類(lèi)物質(zhì)，揮發(fā)性代謝物，這些物質(zhì)上的差異均導(dǎo)致了這2個(gè)藥材具有明顯的差異。通過(guò)對(duì)基因在6號(hào)和7號(hào)魚(yú)腥草中的表達(dá)情況進(jìn)行分析，所鑒定到的163個(gè)基因中有142個(gè)在6號(hào)藥材中表達(dá)，有158個(gè)在7號(hào)藥材中表達(dá)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，只在7號(hào)藥材中表達(dá)的基因有20個(gè)，只在6號(hào)藥材中表達(dá)的基因有4個(gè)。為了比較2個(gè)品種中表達(dá)差異，篩選得到96個(gè)差異表達(dá)基因，7號(hào)與6號(hào)相比，有63個(gè)基因在7號(hào)中表達(dá)上調(diào)，33個(gè)表達(dá)下調(diào)。結(jié)合表觀(guān)形態(tài)、生態(tài)條件、物質(zhì)含量及表達(dá)量的差異篩選出、、和這4個(gè)基因?qū)⒆鳛?號(hào)和7號(hào)魚(yú)腥草能夠適應(yīng)低溫和干旱等不良環(huán)境的候選基因，為研究魚(yú)腥草抗非生物脅迫的分子基礎(chǔ)及相關(guān)抗性品種的選育提供理論數(shù)據(jù)

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

[1] Wang Z, Tang J, Hu R,. Genome-wide analysis of the R2R3-MYB transcription factor genes in Chinese cabbage (ssp.) reveals their stress and hormone responsive patterns [J]., 2015, 16(1): 17.

[2]Lindemose S, O'Shea C, Jensen M K,. Structure, function and networks of transcription factors involved in abiotic stress responses [J]., 2013, 14(3): 5842-5878.

[3]Nijhawan A, Jain M, Tyagi A K,. Genomic survey and gene expression analysis of the basic leucine zipper transcription factor family in rice [J]., 2008, 146(2): 333-350.

[4]Shen L L, Li F F, Dong W F,.NbbZIP28, a possible regulator of unfolded protein response, plays a negative role in viral infection [J]., 2017, 149(4): 831-843.

[5]Foster R, Izawa T, Chua N H. Plant bZIP proteins gather at ACGT elements [J]., 1994, 8(2): 192-200.

[6]郭依萍, 石晶靜, 周美琪, 等. 白樺BpbZIP1基因抗旱耐鹽分析及ABRE元件結(jié)合鑒定 [J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2020, 33(5): 68-76.

[7]王媚, 劉天鵬, 何繼紅, 等. 糜子bZIP基因家族鑒定及幼苗期聚乙二醇6000處理下的表達(dá)特征 [J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2022, 28(4): 920-930.

[8]賈利強(qiáng), 趙秋芳, 陳曙. 11個(gè)玉米bZIP基因應(yīng)答逆境脅迫的表達(dá)分析 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2022, 49(2): 197-204.

[9]Geng X L, Zang X S, Li H R,. Unconventional splicing of wheat TabZIP60 confers heat tolerance in transgenic[J]., 2018, 274: 252-260.

[10]Bi C X, Yu Y H, Dong C H,. The bZIP transcription factor TabZIP15 improves salt stress tolerance in wheat [J]., 2021, 19(2): 209-211.

[11]尹明星, 陳婧, 施春陽(yáng), 等. 從馬兜鈴內(nèi)酰胺探討?hù)~(yú)腥草安全性 [J]. 中草藥, 2021, 52(19): 6045-6051.

[12]Liu X C, Tian J, Pan Y Z,. Structural characterization and biological activity of polysaccharides from stems of[J]., 2022, 11(22): 3622.

[13]Luo Q, Meng P H, Jiang D W,. Comprehensive assessment ofthunb., an important medicinal plant and vegetable [J]., 2022, 12(10): 2582.

[14]陳龍, 彭程琪, 樊明旭, 等. 魚(yú)腥草藥理作用及抗肺炎作用研究進(jìn)展 [J]. 人參研究, 2022, 34(5): 52-54.

[15]武營(yíng)雪, 丁倩云, 劉靜, 等. 魚(yú)腥草化學(xué)成分、藥理及質(zhì)量控制研究進(jìn)展 [J]. 藥物分析雜志, 2022, 42(1): 108-120.

[16]Ji K M, Li M, Chen J J,. Anaphylactic shock and lethal anaphylaxis caused byCordata injection, a herbal treatment in China [J]., 2009, 64(5): 816-817.

[17]劉苗苗, 崔清華, 范路路, 等. 魚(yú)腥草多糖的制備及其體外抗病毒活性研究 [J]. 天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā), 2020, 32(1): 110-117.

[18]黃世瓊, 肖禮娥. 藥用植物魚(yú)腥草的研究進(jìn)展 [J]. 現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生, 2010, 26(19): 2953-2954.

[19]倪俊, 靖恒燁, 高玉婷, 等. 滇西北地區(qū)魚(yú)腥草抗氧化活性研究 [J]. 化學(xué)與生物工程, 2022, 39(7): 26-31.

[20]Chang Q Y, Lu X, Liu Z,. Identification and characterization of the bZIP transcription factor family in yellowhorn [J]., 2021, 32(1): 273-284.

[21]Yang Y X, Li J W, Li H,. Thegene family in watermelon: Genome-wide identification and expression analysis under cold stress and root-knot nematode infection [J]., 2019, 7: e7878.

[22]Liu J Y, Chen N N, Chen F,. Genome-wide analysis and expression profile of the bZIP transcription factor gene family in grapevine () [J]., 2014, 15(1): 1-18.

[23]Zhao J, Guo R R, Guo C L,. Evolutionary and expression analyses of the apple basic leucine zipper transcription factor family [J]., 2016, 7: 376.

[24]Zhang M, Liu Y H, Shi H,. Evolutionary and expression analyses of soybean basic Leucine zipper transcription factor family [J]., 2018, 19(1): 159.

[25]Jakoby M, Weisshaar B, Dr?ge-Laser W,. bZIP transcription factors in[J]., 2002, 7(3): 106-111.

[26]Wang W W, Wang Y F, Zhang S M,. Genome-wide analysis of the abiotic stress-related bZIP family in switchgrass [J]., 2020, 47(6): 4439-4454.

[27]徐洪偉, 金妍, 劉美琦, 等. 番茄bZIP轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)低溫脅迫的功能研究 [J]. 吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2023, 44(1): 112-122.

[28]Liu C T, Ou S J, Mao B G,. Early selection of bZIP73 facilitated adaptation ofto cold climates [J]., 2018, 9(1): 3302.

[29]Mirzaei K, Bahramnejad B, Fatemi S. Genome-wide identification and characterization of the bZIP gene family in potato () [J]., 2020, 24: 100257.

[30]Hwang I, Jung H J, Park J I,. Transcriptome analysis of newly classifiedtranscription factors of Brassica rapa in cold stress response [J]., 2014, 104(3): 194-203.

Identification and analysis ofgene of

CAI Wei1, XIAO Jing-zhong3, YU Xiao-li3, YAO Cai-feng3, CHEN Man3, ZENG An-jie3, LI Fu-rong3, CHEN Liao3, LIU Lei3, FU Hong-bo2

1. School of Resources and Environmental Engineering, Mianyang Normol University, Mianyang 621000, China 2. College of Biological and Agricultural Sciences, Honghe University, Mengzi 661199, China 3. College of Life Science & Biotechnology, Mianyang Normol University, Mianyang 621000, China

To lay a foundation for further study ofgene.Based on the transcriptome data of, we identified the HcbZIP family genes and analyzed their physicochemical properties, phylogenetic tree, motif compositions and the expressions in two different ecotype.A total of 163genes were identified. The number of amino acids encoding proteins ranged from 115 aa (and) to 703 aa (). More than 53% of the family members were basic proteins, and more than 84% of the family members were unstable proteins, all members of the family were hydrophilic proteins. In the secondary structure, 161 family members are composed of four parts: alpha helix, extended strand, beta turn and random coil. The ratio of beta turn was the lowest, and the ratio of alpha helix and random coil were the highest. Phylogenetic tree analysis divided these 163 family members into 9 classes, including C, S, G, A, I, U, H, F and D, the largest number was in class D with the number of 35, the lowest number was in classes C with only four, and nogenes were classified into classes E and B. Motif composition analysis revealed that motif 1 (RLLQNRESARRSRLRKKA- YVQELESSVAK) was highly conserved in each family member and constitutes a conserved domain of thegene. The motifs of the genes in different classes were close, and part of the motifs only existed in the genes in specific classes. The expression analysis showed that the number ofgene expressed in 7# was more than that in 6#, it was also found that the number ofgene only expressed in 7# was more than that in 6#. A total of 6genes including,,,,, andwere highly expressed in 6# and 7#. By comparing the differentially expressedgenes of 6# and 7#, we found that a total of 96 differentially expressedgenes, which were divided into 2 classess, and 63 differentially expressed genes were highly expressed in 7#, the expression level of the other 33 differentially expressed genes were higher in 6#.A total of 4 genes, including,,andwere selected as candidate genes that can adapt to different ecological conditions for these two materials.

Houttuynia cordata Thunb.; bioinformatics; differentially expressed gene; different ecotypes; genes family

R286.12

A

0253 - 2670(2023)13 - 4295 - 11

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.13.022

2022-12-06

四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021YJ0115）；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020YFN0113）

蔡 偉（1989—），碩士，助教，主要從事環(huán)境生物學(xué)、植物資源評(píng)價(jià)與利用研究，Tel: 15983684595 E-mail: 708810337@qq.com

通信作者：劉 雷（1980—），碩士，副研究員，主要從事藥用植物資源評(píng)價(jià)與利用、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化研究。E-mail: 33020897@qq.com

付鴻博（1987—），博士，講師，主要從事植物種質(zhì)資源創(chuàng)新與分子育種。E-mail: 113311168@qq.com

[責(zé)任編輯 時(shí)圣明]