谷子組蛋白H3 基因家族的鑒定與分析

張曉霞 ，李瑞淼 ，張路瑤 ，雷翠云 ，楊宇琭 ，楊致榮

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)部，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

組蛋白（Histone）是真核生物核小體的重要蛋白質(zhì)組分，包括H1、H2A、H2B、H3 和H4 等5 類成員[1]。其中，組蛋白H3 的序列變化在動物和植物中十分保守，作為表觀遺傳調(diào)控的重要靶位點，通過甲基化、乙?；?、泛素化、丁?；榷喾N修飾，影響基因的轉(zhuǎn)錄活性、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和細胞功能[2]。組蛋白H3 與其他核心組蛋白一起形成八聚體，具有球狀三維結(jié)構(gòu)，H3 組蛋白的羧基端（C 端）結(jié)構(gòu)域與DNA 結(jié)合密切相關(guān)[2]，而位于球狀結(jié)構(gòu)域之外氨基端（N 端）結(jié)構(gòu)域的許多殘基可以被共價修飾，不同的修飾作為不同的識別密碼形成特殊信號而被其他相關(guān)蛋白質(zhì)識別，影響一系列下游的活動，調(diào)控真核生物中的基因表達[3-4]。H3 組蛋白可分為常規(guī)組蛋白（Conventional histones）和組蛋白變體（Histone variants）2 種形式。其中，常規(guī)組蛋白在細胞周期的S 期表達，在DNA 復(fù)制過程中組裝到核小體中[5]；而組蛋白變體可以通過改變核小體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而在轉(zhuǎn)錄激活或抑制、DNA 損傷修復(fù)等生物學(xué)過程中起重要作用[6-8]。在植物中，除了常規(guī)組蛋白H3.1 以外，還有3 種變體，分別是H3.2、H3.3 和著絲粒組蛋白H3（Centromeric histone H3，CENH3）[9]。

1884年，ALBRECHT KOSSEL 發(fā)現(xiàn)組蛋白[10]，之后科研工作者在擬南芥（Arabidopsis thaliana）[11]、水稻（Oryza sativa）[12]、玉米（Zea mays）[13]、小麥（Triticum aestivum）[14]等植物中進行了研究。在擬南芥中，組蛋白H3 家族成員AtMGH3/At1g19890在花粉雄配子中特異性表達，在雄配子發(fā)育過程中對于染色質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)錄調(diào)控具有特殊作用[11]。水稻中組蛋白RH3.2A基因在高鹽條件下，根部的表達受到強烈誘導(dǎo)，而葉片的表達則不受誘導(dǎo)調(diào)節(jié)，該基因還可能參與了依賴于脫落酸（Abscisic Acid，ABA）的高鹽脅迫應(yīng)答反應(yīng)[12]。玉米組蛋白編碼基因的表達水平會產(chǎn)生明顯的差異，如在熱和鹽脅迫下多數(shù)組蛋白編碼基因表達下調(diào)，干旱、冷和紫外脅迫下部分組蛋白編碼基因表達上調(diào)，受到禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum）侵染時，組蛋白編碼基因在侵染后期表達水平顯著上升[13]。小麥組蛋白TaHis3.2 的表達受到鹽脅迫的抑制，可能影響了DNA 的復(fù)制，該基因在根部表達，而根系發(fā)育情況與植物抵御非生物脅迫密切相關(guān)[14]。在水稻中，比較秀水03 和日本晴2 個亞種的8 個H3同源蛋白，發(fā)現(xiàn)其同源基因的表達特性相似，其中LOC_Os06g04030 和LOC_Os03g27310 在大部分組織器官中組成型表達，而其他Histone3同源基因的表達水平較低；部分同源基因在種子、花粉囊和雌蕊等組織器官中特異性高表達，表明水稻Histone3同源基因在表達調(diào)控上的差異可能造成其在生物學(xué)功能上發(fā)揮不同作用[15]。此外，多種組蛋白H3 相關(guān)修飾酶的研究揭示了在不同位點的修飾對植物生長發(fā)育和防御反應(yīng)的調(diào)控[16]。擬南芥中的ATX1 蛋白由于具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性，從而能夠激活拮抗水楊酸和茉莉酸甲酯信號的WRKY70基因表達，維持該基因核小體的組蛋白H3 在K4 位的三甲基態(tài)[17]；Wuschel（WUS）基因家族是誘導(dǎo)莖形成的關(guān)鍵因子，WUS基因座上結(jié)合的H3 的K27 三甲基化修飾（H3K27me3）水平降低或K9 乙?；揎棧℉3K9Ac）水平升高，都可激活WUS基因的表達[18-19]。

谷子（Setaria italica）是起源于我國的一種重要雜糧作物，屬1 年生草本植物，是典型的二倍體禾本科作物（2n＝18）[20]。谷子抗旱，耐貧瘠，適應(yīng)性廣，且谷子籽粒脫殼后營養(yǎng)價值豐富，已受到越來越多人的喜愛。因其基因組小（約450 Mb）[21]、自花授粉、易于培養(yǎng)、繁殖系數(shù)高、生育周期短等特點，已經(jīng)逐漸成為C4禾谷類模式植物，是作為研究分子遺傳學(xué)的重要作物[22]。

組蛋白H3 是表觀遺傳調(diào)控的重要靶位點，關(guān)于其本身的編碼基因相關(guān)的表達模式研究較少，本研究以名優(yōu)谷子品種晉谷21 號（JG21）超早熟突變體xiaomi和豫谷一號（YG1）為研究對象，對谷子組蛋白H3基因家族（SiH3）進行全基因組鑒定和初步預(yù)測分析，旨在為進一步研究谷子組蛋白H3基因家族在生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)中的生物學(xué)功能以及分子調(diào)控機制提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)獲取

在TAIR 數(shù)據(jù)庫（https://www. arabidopsis.org/）中查詢及下載得到擬南芥組蛋白H3基因家族序列[11]，通過Pfam 數(shù)據(jù)庫（http://pfam-legacy.xfam.org/）進行對應(yīng)特征結(jié)構(gòu)域的搜索，下載相對應(yīng)的隱爾可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）[23]。從Phytozome數(shù)據(jù)庫（https://phytozomenext.jgi.doe.gov/）下載狗尾草（Setaria viridis）、谷子（YG1）、玉米、大豆（Glycine max）、擬南芥和水稻的基因和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)；從谷子xiaomi數(shù)據(jù)庫MDSi：Multi-omics Database forSetaria italica（http://foxtail-millet.biocloud.net/home）中下載xiaomi的基因和蛋白質(zhì)序列信息以及注釋信息。

1.2 SiH3 基因家族成員鑒定及系統(tǒng)進化分析

利用1.1 提到的6 個物種的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，采用Blastp 與HMM 等生物信息學(xué)方法綜合篩選組蛋白H3基因家族成員。使用Blast+（v2.9.0）對擬南芥組蛋白H3基因家族成員進行Blastp 篩選（Evalue＜le-5），將獲得的蛋白質(zhì)序列通過InterPro（https://www.ebi.ac.uk/interpro/）進行保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測篩選符合組蛋白H3結(jié)構(gòu)域特征的蛋白質(zhì)序列；使用HMMER（v3.3.2）[23]對6 個物種的蛋白質(zhì)組進行篩選（E-value＜1e-5），并將結(jié)果使用MAFFT（L-INS-I 算法）[24]進行比對，綜合提取組蛋白H3 的同源序列，從而得到更加精確的HMM分析結(jié)果。

將上述2 種方法得到的結(jié)果綜合判據(jù)，二者的交集為更可靠的谷子組蛋白H3基因家族成員篩選結(jié)果。利用MAFFT 對結(jié)果進行多序列比對，并用IQ-Tree v1.6[24]構(gòu)建組蛋白H3基因家族的系統(tǒng)發(fā)育樹。其中，參數(shù)選擇重復(fù)抽樣次數(shù)（UltraFast bootstrap approximation，UFboot）為1 000 次，并用SH-aLRT（approximate likelihood ratio test[aLRT]and Shimodaira-Hasegawa）[25]檢驗以保證可靠性。最后使用Figtree（http://tree.bio.ed.ac.uk/software/Figtree/）對進化樹的分類拓撲結(jié)構(gòu)（Cladogram）進行可視化展示。

1.3 SiH3 基因家族的基因結(jié)構(gòu)、染色體定位及命名分析

在MDSi 數(shù)據(jù)庫和Phytozome 數(shù)據(jù)庫中分別下載xiaomi和YG1 的基因組注釋信息（gff 格式），使用TBtools（v1.108）[26]軟件對SiH3在染色體上的位置信息以及基因結(jié)構(gòu)進行分析并命名，將結(jié)果可視化。

1.4 SiH3 蛋白序列及亞細胞定位分析

為了解SiH3 同源蛋白序列差異，在LaserGene軟件中選擇MegAlign 工具對SiH3 同源蛋白序列進行分析，采用Clustal W 方法、默認(rèn)參數(shù)進行計算；利用在線網(wǎng)站GenScript（https://www.genscript.com/wolf-psort.html）對SiH3編碼的蛋白質(zhì)進行亞細胞定位預(yù)測。

1.5 SiH3 基因家族保守基序及保守結(jié)構(gòu)域分析

用MEME（https://meme-suite.org/meme/tools/meme）在線網(wǎng)站預(yù)測SiH3基因家族的保守基序：將SiH3基因家族成員編碼的蛋白序列提交，保守位點寬度設(shè)置為≥10 和100，最大保守序列鑒定數(shù)目設(shè)置為10，使用TBtools（v1.108）繪制SiH3基因家族保守基序的可視化圖。利用NCBI-CDD 數(shù)據(jù)庫（https://www. ncbi. nlm. nih. gov/Structure/bwrpsb/bwrpsb.cgi）的Batch-CD-Search 功能查詢，確定SiH3基因家族成員氨基酸序列的保守結(jié)構(gòu)域，最后利用TBtools（v1.108）軟件進行可視化分析。

1.6 SiH3 基因啟動子順式作用元件分析

利用MDSi 數(shù)據(jù)庫獲得SiH3的啟動子區(qū)域（ATG 上游序列2 000 bp），將得到的序列用PlantCARE（http://bioinformatics. psb. ugent. be/webtools/plantcare/html/）在線數(shù)據(jù)庫進行提交，分析SiH3啟動子順式作用元件，使用TBtools（v1.108）軟件對其常見功能元件進行可視化分析。

1.7 SiH3 基因家族特異性表達分析

分析SiH3基因家族成員在谷子中的表達情況，需利用MDSi 數(shù)據(jù)庫獲取xiaomi中組蛋白H3家族成員在不同時期和不同組織中的表達數(shù)據(jù)，YG1 的相關(guān)數(shù)據(jù)利用Phytozome 數(shù)據(jù)庫下載公布的YG1 轉(zhuǎn)錄組雙端測序數(shù)據(jù)進行篩選。使用R（v4.2.2）中的pheatmap[27]函數(shù)繪制不同時空組織表達熱圖，對相關(guān)基因的表達量（TPM，Transcripts Per Kilobase of exon model per Million mapped reads）進行對比并可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 SiH3 家族成員鑒定及進化分析

在xiaomi和YG1 中分別鑒定出15 個注釋的H3基因，結(jié)合xiaomi和YG1 在染色體上分布的對應(yīng)位置，將xiaomi和YG1 中H3基因依次命名為SiH3.1～SiH3.15。從圖1 可以看出，xiaomi和YG1中H3均分布在第1、3、4、5、6、7、9 號染色體上，其中SiH3.1、SiH3.3～SiH3.12、SiH3.14和SiH3.15的分布位置均相對應(yīng)，但仍然有少數(shù)基因的分布位置有所不同，如xiaomi中1 號染色體上分布有3 個SiH3，而YG1 中1 號染色體上只分布有2 個SiH3，xiaomi中位于1 號染色體的SiH3.2和位于7 號染色體的SiH3.13在YG1 中無對應(yīng)位置、YG1 中位于5 號染色體的SiH3.10.1和位于6 號染色體的SiH3.11.1在xiaomi中無對應(yīng)基因。

圖1 xiaomi（A）和YG1（B）組蛋白H3 基因家族成員染色體定位Fig.1 Chromosome location of histone H3 gene family members in xiaomi （A） and YG1 （B）

為了探究xiaomi和YG1 的H3 進化關(guān)系，將擬南芥（14 個）、水稻（14 個）、狗尾草（16 個）、玉米（19 個）、大豆（23 個）、xiaomi（15 個）和YG1（15 個）的組蛋白H3 進行系統(tǒng)進化分析。

2 個谷子材料的進化關(guān)系結(jié)果顯示（圖2），SiH3可分為4 類（class），分別是H3.1、H3.2、H3.3 和CENH3。在xiaomi中，H3.1 包括SiH3.2、SiH3.6、SiH3.8、SiH3.9、SiH3.12和SiH3.13，共6 個；H3.2包括SiH3.10；H3.3 包括SiH3.1、SiH3.3、SiH3.7、SiH3.11、SiH3.14和SiH3.15共6個；CENH3有2個，分別是SiH3.4、SiH3.5。在YG1 中，H3.1、H3.2、H3.3、CENH3分別有4、2、7、2個。同源性比較發(fā)現(xiàn)，xiaomi和YG1 中位置對應(yīng)的2 個H3 序列幾乎都是100% 相同，僅SiH3.10 序列同源性為89.72%，SiH3.15 序列同源性為42.37%，說明組蛋白H3 保守性較強。

圖2 組蛋白H3 家族的系統(tǒng)進化分析Fig.2 Phylogenetic analysis of histone H3 family

2.2 SiH3 基因結(jié)構(gòu)及亞細胞定位分析

從基因結(jié)構(gòu)分布圖來看，SiH3.2、SiH3.6、SiH3.8、SiH3.9、SiH3.12、SiH3.13不是斷裂基因，不含內(nèi)含子，其余均為斷裂基因，外顯子數(shù)目為1～7 個，大部分xiaomi和YG1 中對應(yīng)的SiH3基因結(jié)構(gòu)相似（圖3）；對SiH3 進行亞細胞定位預(yù)測分析，結(jié)果顯示，其均在細胞核內(nèi)表達，表明SiH3 是作為染色質(zhì)的主要蛋白成分而發(fā)揮作用。

圖3 xiaomi 和YG1 組蛋白H3 基因家族成員基因結(jié)構(gòu)Fig.3 Gene structure of histone H3 gene family members in xiaomi and YG1

2.3 SiH3 保守基序及保守結(jié)構(gòu)域分析

對SiH3基因家族成員進行保守基序和保守結(jié)構(gòu)域分析，結(jié)果顯示，SiH3中共存在9 種不同的保守基序以及4 種不同的保守結(jié)構(gòu)域（圖4）。

圖4 xiaomi 和YG1 組蛋白H3 基因家族成員保守基序及保守結(jié)構(gòu)域分析Fig.4 Analysis of conserved motifs and conserved domains of histone H3 gene family members in xiaomi and YG1

由圖4 可知，SiH3.10.1（僅存在于YG1 的組蛋白H3 中）僅存在Motif 4 和Motif 5，其余SiH3 中均包含Motif 1、Motif 2、Motif 3、Motif 4、Motif 5。除此之外，SiH3.4 和SiH3.5 中還存在Motif 7，SiH3.10 中還存在Motif 6、Motif 8、Motif 9。絕大多數(shù)SiH3 中有且只含有PTZ00018 保守結(jié)構(gòu)域，但是SiH3.4、SiH3.5 和SiH3.10.1 中只包含有H4 superfamily 一個保守結(jié)構(gòu)域。H4 superfamily 結(jié)構(gòu)域在維持組蛋白穩(wěn)定性和生物學(xué)功能方面發(fā)揮著重要作用。CENH3（SiH3.4 和SiH3.5）具有與組蛋白H3普通變體不同N 端和C 端的氨基酸序列，這也使CENH3能夠更好地與其他著絲粒蛋白相互作用，確保了著絲粒的正確定位和分離；SiH3.15 中Si9g37480.1 和Seita.9G378800.1 的保守基序以及結(jié)構(gòu)域稍有不同，后者除了包含有PTZ00018 外，還額外包含一個UNC80 superfamily 結(jié)構(gòu)域（一種存在于動植物中，主要參與調(diào)節(jié)離子通道的活性和轉(zhuǎn)運的保守域），SiH3.10 中還存在SNC1 保守結(jié)構(gòu)域（一種在植物體內(nèi)，參與免疫響應(yīng)的保守域）。

2.4 SiH3 基因家族啟動子分析

為研究SiH3基因家族啟動子在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控功能，使用在線網(wǎng)站PlantCARE 對SiH3的啟動子順式作用元件進行分析，結(jié)果顯示（圖5），在SiH3中共鑒定出18 種順式作用元件，既有與生長調(diào)節(jié)劑相關(guān)的元件（如生長素、脫落酸、赤霉素和水楊酸等），又有與環(huán)境信號相關(guān)的應(yīng)答元件（如光、低溫、缺氧、干旱和防御反應(yīng)等），還有特異表達元件（如胚乳、根和分生組織等），以及與細胞周期調(diào)控、MYB 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點等相關(guān)的元件。其中，xiaomi和YG1 中對應(yīng)基因的啟動子順式作用元件的類型和位置均相似，大部分基因家族成員都有光響應(yīng)元件、厭氧誘導(dǎo)元件、MeJA（Methyl jasmonate）響應(yīng)元件、赤霉素響應(yīng)元件、ABA 響應(yīng)元件、低溫響應(yīng)元件、干旱誘導(dǎo)元件、生長素響應(yīng)元件，推測這些基因可能在生物鐘、光信號感知和調(diào)節(jié)生長發(fā)育等方面的功能和厭氧調(diào)節(jié)方面發(fā)揮作用。SiH3參與谷子各種生長以及抗逆調(diào)控，而水楊酸響應(yīng)元件只存在于SiH3.6、SiH3.11以及SiH3.14中，推測這些基因可能響應(yīng)水楊酸信號分子。上述結(jié)果表明，不同基因的順式調(diào)控元件存在差異，谷子組蛋白H3基因的表達可能受到多種因素的調(diào)控，推測不同谷子組蛋白H3基因?qū)χ参锷L發(fā)育調(diào)控或環(huán)境信號應(yīng)答可能存在較大差異。

圖5 xiaomi 和YG1 組蛋白H3 基因家族成員啟動子順式作用元件Fig.5 Cis-acting elements of promotors of histone H3 gene family members in xiaomi and YG1

2.5 SiH3 基因家族特異表達分析

為深入探究SiH3的時空表達模式，利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對其進行表達模式分析，結(jié)果表明（圖6），SiH3.7、SiH3.15在11 個組織和時期中組成型高表達，在xiaomi中SiH3.15的TPM 值均在1 000 以上，在播種14 d 時植株中TPM 值達到最高值，在YG1 中SiH3.15的TPM 值在穗中最高；xiaomi中SiH3.2、SiH3.6、SiH3.8、SiH3.9、SiH3.10、SiH3.12、SiH3.13在各組織器官表達量較低，在播種14 d 的植株中TPM 值相對高表達，SiH3.1、SiH3.3、SiH3.4、SiH3.5、SiH3.11整體的TPM 值均較低；YG1 中SiH3.10的TPM 值為0，其余SiH3表達特征相似，均較低。結(jié)果表明，SiH3不同成員在不同組織器官中的表達模式各不相同，暗示其在不同組織器官中的作用不同。

圖6 xiaomi（A）和YG1（B）組蛋白H3 基因家族組織表達模式Fig.6 Tissue expression pattern of histone H3 gene family in xiaomi（A）and YG1（B）

3 結(jié)論與討論

本研究基于名優(yōu)品種JG21 的超早熟突變體xiaomi和YG1 的基因組信息，利用生物信息學(xué)方法，篩選到xiaomi和YG1 的各15 個SiH3，谷子組蛋白H3家族種間進化樹可分為4 個亞組，其分布情況與在擬南芥和水稻中鑒定到的組蛋白H3基因家族的聚類和分布情況相似[11]。值得注意的是，盡管SiH3 整體的同源性較高，但在序列和分類上產(chǎn)生了一定的差異，可能是植物中H3.2 和H3.3 變體在第31、41、87、90 位有4 個氨基酸位點的差異造成的蛋白功能不同[4]。H3.1 是負責(zé)DNA 復(fù)制時進行染色質(zhì)組裝的組蛋白，這些基因可能在細胞分裂時在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和表觀遺傳標(biāo)記的維持中發(fā)揮重要作用[28-29]，而進化分析發(fā)現(xiàn)，xiaomi和YG1 共有的SiH3.6、SiH3.8、SiH3.9、SiH3.12以及xiaomi特有的SiH3.2和SiH3.13均屬于H3.1 亞組，同樣推測其在該方面發(fā)揮作用。

基因結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，谷子H3.2 亞組中只存在SiH3.10和SiH3.10.1，但其含內(nèi)含子，而變體H3.3中的SiH3均有內(nèi)含子，與已發(fā)現(xiàn)的“組蛋白H3 變體中，H3.2 變體具有多個拷貝，多個基因串聯(lián)成簇存在且一般不含內(nèi)含子，依賴于DNA 復(fù)制而合成；而H3.3 變體只有幾個拷貝，散布在基因組中且大多有內(nèi)含子，以不依賴DNA 復(fù)制的方式合成，這些基因在整個細胞周期都能表達[9]”的規(guī)律一致。SiH3與水稻組蛋白H3親緣關(guān)系相近，SiH3.3、SiH3.7、SiH3.14、SiH3.15與水稻的LOC_Os06g04030和LOC_Os03g27310聚類在亞組H3.3 中，已有研究表明，上述2 個水稻基因在不同組織部位中組成型表達[15]，與本研究結(jié)果中SiH3.7和SiH3.15為組成型高表達相同。在擬南芥中研究發(fā)現(xiàn)，H3.3 主要在常染色質(zhì)區(qū)分布，H3.3 在3′端以及一些啟動子區(qū)富集，3′端的富集與RNA 聚合酶II 的富集趨勢相似，富集程度與基因表達水平正相關(guān)，表明H3.3可能與基因的轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而啟動子區(qū)H3.3 的富集水平與基因表達水平并沒有相關(guān)性，但這些基因的轉(zhuǎn)錄更容易受到調(diào)控[29-31]。因此，推測本研究RNA-seq 中同屬于H3.3 的SiH3.7和SiH3.15同樣與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)。此外，CENH3 定位于著絲粒區(qū)域，具有相對其他谷子組蛋白變體結(jié)構(gòu)特異的N端，但C 端結(jié)構(gòu)域較為保守，該特殊結(jié)構(gòu)對著絲粒的建立及染色體正常分裂和分離非常重要[32-33]。本研究保守基序分析顯示，CENH3存在單獨的Motif 7，推測其在谷子著絲粒和染色體功能區(qū)域發(fā)揮作用。

啟動子對基因表達調(diào)控有重要作用，順式作用元件分析表明，SiH3含有與生長調(diào)節(jié)相關(guān)的生長素、ABA、赤霉素和水楊酸等調(diào)控元件，以及與環(huán)境信號相關(guān)的光、低溫、缺氧、干旱和防御反應(yīng)等應(yīng)答元件，表明谷子SiH3同源基因的表達可能受到多種因素的調(diào)控。結(jié)合水稻RH3.2A 的啟動子中存在的ABA 反應(yīng)元件，推測SiH3可能在ABA 信號通路中發(fā)揮作用[12]；研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥ATX1 蛋白靶向作用于水楊酸、茉莉酸甲酯信號相關(guān)基因的核小體而并不均一地作用于染色質(zhì)中所有組蛋白H3，說明表觀遺傳調(diào)控在特異性識別靶位點方面存在潛在機制[15]，推測SiH3可能受到激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和非生物逆境信號的調(diào)控，參與植物對逆境反應(yīng)的防御。綜合來看，組蛋白H3 雖然在進化上是保守的，但其基因在不同組織和不同時期、染色體分布以及mRNA 表達方面仍然復(fù)雜且多樣化。

本研究通過生物信息學(xué)方法對谷子組蛋白H3基因家族進行了全基因組鑒定，共鑒定出各15 個xiaomi和YG1 的SiH3，在xiaomi和YG1 這2 個品種之間，其各自組蛋白H3基因的染色體位置大部分均對應(yīng)，只有xiaomi中的SiH3.2 和SiH3.13、YG1中的SiH3.10.1和SiH3.11.1無對應(yīng)關(guān)系。結(jié)合2 個品種的組蛋白H3各自對應(yīng)基因的結(jié)構(gòu)、保守基序和保守結(jié)構(gòu)域來看，其相似度極高，但SiH3.15中Si9g37480.1和Seita.9G378800.1的保守基序、保守結(jié)構(gòu)域以及啟動子順式作用元件存在較大差異，推測其因結(jié)構(gòu)不同會產(chǎn)生獨特的生物學(xué)功能；對SiH3的時空表達模式進行研究，SiH3.7和SiH3.15在各個組織和時期中均組成型高表達，但也會存在差異性表達的情況，如SiH3.10中Seita.5G393100.1在各個組織中的TPM 值均為0，而Si5g39340.1在不同時期的不同組織中均有表達，暗示某一種組蛋白H3同源基因可能在特定組織器官中發(fā)揮重要作用，相關(guān)機理還有待深入研究。這些結(jié)果初步呈現(xiàn)了谷子組蛋白H3同源基因可能參與的生物學(xué)過程，可供后續(xù)深入探索谷子在生長發(fā)育以及脅迫響應(yīng)過程中的基因功能提供參考。