藜麥B3基因家族全基因組鑒定和分析

B3家族基因是調(diào)控植物生長發(fā)育以及生物和非生物脅迫響應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。B3家族成員都具有一個約110個氨基酸的B3結(jié)構(gòu)域。該結(jié)構(gòu)域最早在玉米（Zeamays）中被鑒定，并被命名為VP1（VIVIPAROUS1）[]。隨后，在擬南芥（Arabidopsisthaliana）中發(fā)現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)域，并將其命名為 ABI（ABSCISIC ACID-INSENSITIVE3）[2]。根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，B3家族在植物中可分為五個亞家族：RAV（RELATEDTOABI3/VP1）、ARF（AUXINRESPONSEFAC-TOR）、ABI（ABSCISICACID-INSENSITIVE3）、REM（REPRODUCTIVE MERISTEM）和HSIHIGHLEVELEXPRESSIONOFSUGARINDUCIBLE）[3]。在擬南芥中，各亞家族具有不同的典型結(jié)構(gòu)域，如，ABI含有一個B3結(jié)構(gòu)域，HSI含有一個B3結(jié)構(gòu)域和zfCW結(jié)構(gòu)域，ARF含有一個B3結(jié)構(gòu)域、生長素響應(yīng)因子結(jié)構(gòu)域和AUX/IAA結(jié)構(gòu)域，RAV含有一個B3結(jié)構(gòu)域和AP2結(jié)構(gòu)域以及REM含有多個B3結(jié)構(gòu)域4]

B3家族基因在調(diào)控植物生長發(fā)育的各個方面都發(fā)揮著重要作用。其中，ARF通過結(jié)合生長素應(yīng)答基因啟動子中的生長素應(yīng)答元件，調(diào)控生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在番茄（Solanumlycopersi-um）[5]、水稻（Oryza sativa）[6]、小麥（Triticumaestiuum）[7]等植物的根、莖、葉、花、果實和種子中發(fā)揮著重要的調(diào)控功能。Mantegazza等[8對擬南芥所有REMs基因的表達模式進行了詳細分析，結(jié)果顯示，REM23/24/25及REM34/35/36可能參與了擬南芥花發(fā)育的早期階段。REM1、VRNI和VDD基因則在細胞分裂、花組織形成、胚胎發(fā)育和花粉發(fā)育等過程中發(fā)揮作用9]LAV亞家族主要調(diào)節(jié)種子發(fā)育、體細胞胚胎發(fā)生誘導(dǎo)、胚胎發(fā)育以及逆境脅迫[10]。HSI亞家族基因AtHSI2在植物發(fā)育的多個器官中表達，hsil和hsi2雙突變體在根和芽中表現(xiàn)出胚胎愈傷組織形成，表明AtHSI1和AtHSI2在抑制胚胎發(fā)育過程中起著重要作用[1]。在葡萄（Vitisvinifera）中，VvFUS3通過影響ABA信號傳導(dǎo)在種子發(fā)育中發(fā)揮作用[12]。

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）原產(chǎn)于南美洲，屬于莧科（Amaranthaceae）藜亞科（Chenopodioideae）藜屬（Chenopodium）的1a生假谷物作物[13]。藜麥的籽粒常被用作糧食，其蛋白質(zhì)含量為 17%～23% ，具有優(yōu)越的營養(yǎng)價值，必需氨基酸種類豐富且含量均衡。此外，藜麥還具有抗干旱、抗鹽堿、抗寒等強抗逆能力[14]。在過去的十多年里，藜麥已經(jīng)在全球125個國家和地區(qū)實現(xiàn)了規(guī)?；N植，中國自2008年起在多個省份開始了規(guī)?；N植[15]。然而，由于藜麥作為外引作物，引種時間較短，相關(guān)研究較為薄弱，尤其是對藜麥中蛋白質(zhì)高積累的調(diào)控機制尚無報道。

本研究通過對藜麥B3家族進行全基因組分析，揭示了該家族基因在藜麥全基因組中的分布、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)育特征。結(jié)合藜麥的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，預(yù)測了B3家族中可能調(diào)控蛋白合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子ABI3-like1/2，并通過qRT-PCR試驗驗證了其基因表達，初步確定了ABI3-like1/2在藜麥果實發(fā)育中的蛋白合成調(diào)控作用。

1材料與方法

1.1 藜麥材料

藜麥品種為‘滇白藜 ₂₅， ，種植于后山基地，生長條件 22°C ，光照/黑暗 藜麥開花后，分別在S1期（開花后7d，7DAF）、S2期（開花后17d，17DAF）、S3期（開花后27d，27DAF）、S4期（開花后42d，42DAF）、S5期（開花后 57d，57 DAF）采集籽粒樣品，裝人2mL 無菌離心管中，采集3組重復(fù)樣品。做好標(biāo)記后在液氮中快速冷凍，并在 -80^°C 的溫度下保存。將 S1～S4 時期的12個樣品送往上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進行轉(zhuǎn)錄組測序。

1.2藜麥B3 基因家族鑒定

藜麥基因組序列和注釋文件從CoGe網(wǎng)站（https：//genomevolution. org/coge/GenomeIn-fo.pl？gid =60716? 上獲得；擬南芥B3家族蛋白序列從 TAIR（https：//www.arabidopsis.org/tools/bulk/sequences/index.jsp）網(wǎng)站獲得。B3結(jié)構(gòu)域（PF02362）文件從Pfam數(shù)據(jù)庫（https：//www. ebi. ac. uk/interpro/entry/pfam/PF02362/curation/）獲得。用HMMER軟件對藜麥蛋白序列進行結(jié)構(gòu)域搜索；將擬南芥和藜麥的B3蛋白序列進行Blastp同源比對，參數(shù)設(shè)置為 1× 10^-10 ；將結(jié)構(gòu)域搜索的結(jié)果和Blastp同源比對的結(jié)果取交集獲得藜麥的B3家族成員。利用在線工具（https：//web.expasy.org/compute_pi/）對B3家族成員進行分子質(zhì)量和等電點計算，利用在線工具（https：//wolfpsort.hgc.jp/）對B3家族成員進行亞細胞定位預(yù)測分析。

1.3藜麥及擬南芥B3基家族系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建

利用Muscle軟件對擬南芥和藜麥的B3基因家族蛋白序列進行多序列比對；利用iqtree軟件使用ML方法構(gòu)建兩個物種的進化樹；基于Blast結(jié)果和擬南芥參考序列的亞家族信息，對藜麥B3基因家族成員進行分組；利用在線工具iTOL（https：//itol.embl.de/）對系統(tǒng)發(fā)育進化樹進行美化。

1.4藜麥B3基因家族種內(nèi)聚類、保守基序、基因結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域分析

利用iqtree軟件的ML方法構(gòu)建藜麥單物種進化樹;利用在線工具（http：//meme-suite.org/tools/meme）對CqB3蛋白序列進行保守基序檢索；從基因結(jié)構(gòu)注釋文件中提取CqB3家族的基因結(jié)構(gòu)信息;利用NCBICDD（https：//www.nc-bi.nlm.nih.gov/）工具進行結(jié)構(gòu)域鑒定；利用TBtools軟件繪制進化樹、基序、基因結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的整合圖[16]

1.5啟動子順式作用元件分析

利用Seqkit軟件截獲CqB3基因上游2000bp的啟動子序列；利用在線工具PlantCare（ht-tps：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）對啟動子區(qū)序列進行順勢作用元件預(yù)測；利用在線工具GSDS（https：//gsds.gao-lab.org/）繪制順勢作用元件圖。篩選與光、激素、組織特異性表達和非生物脅迫相關(guān)的順式作用元件進行分析。

1.6藜麥B3基因家族的表達模式分析

利用本課題組的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及從NCBI網(wǎng)站收集的藜麥各個組織和非生物脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)[17]。在Linux操作系統(tǒng)中，使用Fastp軟件對下載的原始reads進行質(zhì)量控制，對reads進行過濾，獲得高質(zhì)量的測序數(shù)據(jù)；利用Hisat2軟件將轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的reads比對到藜麥基因組上進行分析；利用Samtools軟件對比對結(jié)果進行壓縮和排序；用featureCounts程序計算每個基因的表達量，并將每個樣本單獨的表達量合并成矩陣；并采用 Log₂ FPKM方法進行標(biāo)準(zhǔn)化[18]。利用R軟件繪制CqB3s基因在不同脅迫處理和組織中的表達熱圖（表1）。

1.7 實時熒光定量PCR（qRT-PCR）分析

使用植物RNA提取試劑盒（MAGEN）提取藜麥根、莖、葉、花以及S1（7DAF）、S2（17DAF）、S3（27DAF）、S4（42DAF）和S5（57DAF）期籽粒的總RNA，使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒（TIANGEN）將總RNA反轉(zhuǎn)為cDNA作為擴增模版。使用Primer Premier6.O軟件設(shè)計qRT-PCR引物（表2）。以藜麥actin基因作為內(nèi)參基因，使用SYBRqPCRMix（YugongBio）進行至少3次qRT-PCR。使用 2^-ΔΔcr 計算基因相對表達量。使用GraphPadPrism8.0.2軟件對qRT-PCR結(jié)果進行方差分析并繪制柱狀圖，顯著性水平為 Plt;0.05 。

2 結(jié)果與分析

2.1藜麥B3家族成員的鑒定及理化性質(zhì)分析

通過將擬南芥和藜麥的B3蛋白序列進行Blastp同源比對，去除不含保守基序和B3結(jié)構(gòu)域的基因，在藜麥基因組中共鑒定到75個B3家族成員，包括10個RAV成員、28個ARF成員、29個REM成員、4個HSI成員、2個ABI3-like成員和2個FUS3-like成員。依據(jù)藜麥和擬南芥系統(tǒng)發(fā)育的情況，將CqB3家族成員命名為：

CqRAV1～CqRAV10， CqARFl～CqARF2δ ，CqREM1～CqREM29，CqHSI1～CqHSI4，CqA-BI3-Iikel～CqABI3-IikeZ，CqFUS3-Iikel～Cq- FUS3-like2（表3）。各基因編碼的肽鏈由 175～ 2004個氨基酸組成，分子質(zhì)量介于 20. 69～ 227.69ku ，平均 。等電點（pI）介于4.3～10.62 ，平均7.19。亞細胞定位預(yù)測發(fā)現(xiàn)，大部分家族成員定位于細胞核（56個）上，其余成員分別定位于細胞質(zhì)（14個）、葉綠體（2個）、質(zhì)膜（2個）和線粒體（1個）上。

2.2藜麥B3基因家族系統(tǒng)發(fā)育分析

為了探索CqB3基因家族的進化關(guān)系，將分別來自藜麥和擬南芥的75和87個B3基因的全長蛋白序列采用ML法（重復(fù)1000次）構(gòu)建相鄰系統(tǒng)進化樹（圖1）。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析，75個CqB3基因劃分為RAV、ARF、REM、HSI、ABI3-like和FUS3-like6個亞家族。每個亞家族中又分多個小分支，聚在一個進化分支上的，親緣關(guān)系較近，單獨聚為一支的，與同族的其他成員親緣關(guān)系較遠。系統(tǒng)進化分析的結(jié)果表明：藜麥B3家族與擬南芥B3家族聚在同一個進化分支上的成員間可能具有相似的基因功能。

2.3藜麥B3基因家族種內(nèi)聚類、保守基序、基因結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域分析

對CqB3家族成員進行種內(nèi)聚類、保守基序、基因結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域分析，繪制得到CqB3基因家族結(jié)構(gòu)圖（圖2）。結(jié)果表明，除 CqRAVI 和CqRAV2 外，其他CqB3亞家族與系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果一致（圖2-A）。為了進一步探索CqB3基因的結(jié)構(gòu)多樣性，本研究選取10個保守基序來鑒定CqB3基因（圖2-B）。結(jié)果表明，不同成員間不存在完全保守的基序，但聚在同一亞家族內(nèi)的成員具有相似的基序和排列方式。其中，Motif1為CqB3家族最保守的基序，75個成員均包含這個基序；CqARF亞家族的基序極度保守，所有成員都包含Motifl、Motif2、Motif3、Motif4、Motif5和Motif6這6種基序且排列方式相似。在基因結(jié)構(gòu)方面，處于不同聚類分支下的家族成員外顯子個數(shù)差距豐富，可具備單個或多個外顯子，但同支間外顯子個數(shù)相對保守（圖2-C）。CqRAV亞家族是內(nèi)含子和外顯子數(shù)目最少亞家族，含 1～6 個外顯子；而CqARF亞家族大部分成員的外顯子數(shù)介于 10～15 個，含有的外顯子數(shù)目最多。結(jié)構(gòu)域組成分析結(jié)果顯示，藜麥B3家族成員除含特有的B3結(jié)構(gòu)域外，部分成員還包括Auxin_resp、AUX_IAA、zf-CW、AP2、NB-ARC等結(jié)構(gòu)域（圖2-D）。其中ABI3-like和FUS3-like亞家族的成員僅包含B3結(jié)構(gòu)域；CqARF亞家族成員含有的結(jié)構(gòu)域最為保守和豐富，此亞家族基因編碼的蛋白含有B3、Auxin_resp、AUX_IAA這3種結(jié)構(gòu)域，其中 Auxin_resp 和 AUX_IAA 結(jié)構(gòu)域為CqARF亞家族特有。

2.4藜麥B3家族基因的順式作用元件分析 2.5藜麥B3基因家族的脅迫應(yīng)答分析

利用PlantCARE在線網(wǎng)站分析了CqB3基因起始密碼子上游2000bp啟動子序列上的順式作用元件。研究發(fā)現(xiàn)，CqB3的啟動子區(qū)域包含多種響應(yīng)激素和脅迫相關(guān)的順式作用元件（圖3）。CqB3家族所有成員的啟動子區(qū)中均含有大量光響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件，由于元件數(shù)量太多，在圖中沒有進行展示；去除掉大量的光響應(yīng)元件和沒有功能的元件后，在CqB3中篩選到80個順式作用元件，將這80個作用元件按功能分為分為15組（表4）。除了CqREM17和CqREM12基因外，CqB3家族成員的啟動子區(qū)中至少含有1個激素響應(yīng)元件。在CqB3基因啟動子區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量的脅迫響應(yīng)元件，其中CqHSI2和CqREM12含有數(shù)量最多的脅迫響應(yīng)元件（10個）。此外，還在部分成員啟動子區(qū)中鑒定到響應(yīng)調(diào)控胚乳表達（GCN4-motif）、種子萌發(fā)（RY-ele-ment）、細胞周期（MSA-like）等與發(fā)育相關(guān)的作用元件。

為解析藜麥B3基因家族成員對脅迫因子的響應(yīng)，本研究采用干旱、高溫、低磷和鹽脅迫處理的30d葉齡藜麥幼苗，通過RNA-seq數(shù)據(jù)獲得CqB3基因的在不同脅迫處理下的表達量。過濾掉在各組織中都低表達的基因，結(jié)果顯示，大部分CqB3基因?qū)Σ煌婢趁{迫表現(xiàn)出不同程度的表達水平調(diào)節(jié)（圖4）。在藜麥根中，低磷、高溫和干旱脅迫誘導(dǎo)根中 CqRAV3/4/5 的表達量，低磷對CqREM11/19表達量的影響最大，其次是Cq-FUS3-like2。在藜麥莖尖中，干旱、高溫、低磷和鹽脅迫誘導(dǎo) CqRAV5 的表達量；此外，干旱和鹽脅迫還誘導(dǎo)CqREM7的表達量；高溫對CqREM12基因表達量的影響最大，其次是Cq-FUS3-like2。綜上所述，CqB3基因在提高藜麥對逆境脅迫的耐受性中具有潛在的作用。

2.6藜麥B3基因家族的組織特異性表達模式分析

為了研究CqB3基因在不同組織中的特異性表達，這里利用本課題組測得的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及公開數(shù)據(jù)，分析了CqB3基因在藜麥的幼苗、幼苗

B3家族基因在不同藜麥組織中的相對表達水平，利用R軟件將CqB3家族基因的組織特異性表達進行可視化（圖5）。結(jié)果顯示，75個CqB3基因中，有6個基因在所有組織中的FPKM值小于1，其他69個基因在不同組織中有不同程度的表達，表明大多數(shù)B3基因在藜麥中有不同的表達模式。

在CqARF亞家族中， CqARFg/lO/ll/l2/ 21等基因在藜麥不同發(fā)育時期均表現(xiàn)出高表達，而CqARF2在各組織中的表達量較低。在CqREM亞家族中，CqREM15在雄蕊中高表達，而在其他組織中表達較低；CqREM1O在發(fā)芽后42d的花序中高表達；CqREM28在籽粒發(fā)育期（S1-S4）中高表達；CqREM12/13在雌蕊和發(fā)芽后42d的花序中高表達； CqREM2/3/4/8/14/ 16/20 等基因在各組織中表達較低，甚至不表達。在CqRAV亞家族中，除干種子外， CqRAV9/10 在藜麥其他組織中均高表達，而 CqRAV2/7/8 在藜麥的各個組織中低表達甚至不表達。在CqH-SI亞家族中， CqHSI3/4 在藜麥的幼苗及籽粒發(fā)育期（S1-S4）中高表達。在CqFUS3-like和CqA-BI3-like亞家族中，CqFUS3-likel/2、CqABI3-like1/2在籽粒發(fā)育期（S1-S4）中高表達。此外，CqABI3-like2在雄蕊中也表現(xiàn)出較高的表達量。綜上所述，CqB3基因在不同組織中呈現(xiàn)多樣化的表達模式，表明其在藜麥的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要調(diào)控作用。

2.7藜麥籽粒中CqB3家族成員的表達模式驗證

為初步解析藜麥籽粒中蛋白質(zhì)高積累的調(diào)控機制，本研究通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選出在籽粒中高表達的12個基因，并通過qRT-PCR試驗進行驗證，分析這12個基因在藜麥籽粒生長發(fā)育過程中的表達情況（圖6）。結(jié)果顯示， CqFUS3–IikeI/2 、CqABI3-like1/2、CqHSI3/4在根、莖、葉和花中相對表達量較低，而在籽粒發(fā)育時期（ 51～S5） 高表達，且相對表達量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在S4期時達到峰值，且顯著高于其他時期，在S5 期時相對表達量顯著下降。 CqRAV9 在藜麥籽粒S4期時的表達量最高，其次是在根和籽粒的S1～S3 期中，同亞家族中的 CqRAVlO 則在根中相對表達量最高，其次是在葉和籽粒發(fā)育時期。CqARF23/24在藜麥籽粒中的S4期表達量最高，在根和花中其次，在籽粒發(fā)育過程中，相對表達量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在S4期時達到峰值，且顯著高于其他4個時期，在S5期時相對表達量顯著下降，且和S1期的表達量沒有顯著差異。CqREM12在藜麥的花中高表達，在根、莖和葉中低表達，在藜麥種子發(fā)育時期，相對表達量呈現(xiàn)下降趨勢。CqREM28在花中高表達，在根、莖和葉中低表達，在藜麥籽粒發(fā)育時期，相對表達量不穩(wěn)定，在S2期達到峰值，在S3期顯著下降，S4期略有上升，S5期顯著下降達到最低。綜上所述，CqFUS3-likel/2、CqABI3-likel/2CqHSI3/4可能是調(diào)控藜麥籽粒發(fā)育及蛋白積累的關(guān)鍵基因。

3討論

藜麥被營養(yǎng)學(xué)家認(rèn)定為最適宜人類的全營養(yǎng)食品，并被美國航天局用作太空主食，具有極高的營養(yǎng)和保健價值[19-20]。全基因組分析已成為研究物種基因家族的基本工具，B3轉(zhuǎn)錄因子作為植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，在植物生長發(fā)育及逆境脅迫過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。目前，B3基因家族已在多種植物中被鑒定，如在玉米[21]、大豆（Glycinemax）[22]、陸地棉（Gossypium hirsutum）[23]中分別鑒定到88、145和79個B3家族成員。然而，關(guān)于藜麥B3家族基因的功能研究較少，且在藜麥生長調(diào)控中的作用機制尚不明確。本研究在藜麥中鑒定出75個CqB3基因，通過系統(tǒng)發(fā)育分析將這些基因分為6個亞家族（圖1），與玉米[21]和陸地棉[23]中將B3家族分為5類的結(jié)果不同，這可能由于藜麥基因組的大小和適應(yīng)性進化，削弱了進化樹構(gòu)建的準(zhǔn)確性，因此本研究將CqB3家族基因分為6個亞家族（圖1）。通過motif和基因結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，同一亞家族基因間具有相同或相似的motif和基因結(jié)構(gòu)（圖2），進一步說明了系統(tǒng)發(fā)育分類的可靠性。研究發(fā)現(xiàn)，CqB3基因富含多種光響應(yīng)、激素響應(yīng)和非生物脅迫響應(yīng)元件（圖3），推測這些基因可能通過參與植株中不同的信號通路，在藜麥生長發(fā)育及抗逆過程中發(fā)揮重要作用。

脅迫應(yīng)答分析發(fā)現(xiàn)，CqB3基因在應(yīng)對不同脅迫時表現(xiàn)出不同的誘導(dǎo)表達。如低磷、高溫和干旱脅迫誘導(dǎo)了根中 CqRAV3/4/5 的表達量，而干旱、高溫、低磷和鹽脅迫誘導(dǎo)了莖尖中 CqRAV5 的表達量（圖4），表明CqRAV亞家族的基因可能在藜麥的脅迫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。先前的研究表明，大豆的 GmRAV3 在擬南芥中的過表達可明顯提高轉(zhuǎn)基因品系對高鹽和干旱的耐受性[24]；黃瓜（Cucumissativus）中的 CsRAVI 在鹽處理下表達上調(diào)，表明其可能在抗鹽脅迫中起關(guān)鍵作用[25]；苜蓿（Medicago truncatula）中，RAV亞家族的MtB3-53基因在擬南芥中過表達能提高擬南芥的耐鹽水平[26]。此外干旱和鹽脅迫還誘導(dǎo)了莖尖中CqREM7的表達量。研究表明，辣椒（Capsicumannuum）中的REM基因在鹽、熱等脅迫條件下具有潛在功能[27]。這些結(jié)果均說明CqB3基因在響應(yīng)環(huán)境的變化上具有重要作用。

B3基因在植物的各組織中廣泛表達，藜麥中也表現(xiàn)出類似的特性，如，CqARF亞家族大部分基因在藜麥的各個發(fā)育階段均高表達（圖5）。在擬南芥中， AtARF2/3/4/5 與葉片的平坦性相關(guān)[28]；且AtARF2還參與調(diào)節(jié)果實的成熟，其突變體變現(xiàn)為種子增大[29]； arf2/3 突變體也表現(xiàn)出開花延遲、花序增粗、花形態(tài)異常和花粉敗育的表型[30]。表明B3家族基因在植物各組織中都發(fā)揮著重要作用。藜麥中B3基因的表達也表現(xiàn)出組織特異性，如，CqREM亞家族基因主要在生殖組織中高表達，CqREM15在雄蕊中高表達；CqREM12/13在雌蕊中高表達；CqREM28在籽粒中高表達。qRT-PCR驗證結(jié)果表明，CqREM12/28在花中的表達量較高，在發(fā)育籽粒中表達量次之（圖6）。早期研究指出，REMs基因在生殖分生組織中高表達，并在花發(fā)育的早期階段差異表達[9]。Mantegazza等[8]發(fā)現(xiàn)REMs基因在花和胚珠、種子發(fā)育過程中優(yōu)先表達，部分REMs基因在營養(yǎng)組織中也有表達，本研究結(jié)果與之相一致。此外， CqHSI3/4 在藜麥籽粒生長發(fā)育期間均高表達。擬南芥中的AtHSI2和AtHSL1被證實可以響應(yīng)糖信號，調(diào)控植株從營養(yǎng)生長到生殖生長的過渡[31」。筆者推測藜麥的CqHSI3/4基因可能和藜麥籽粒的糖代謝相關(guān)，促進糖的積累從而促進籽粒的生長發(fā)育[32]。CqABI3-likel/2和CqFUS3-likel/2在藜麥籽粒中均特異高表達，且隨著籽粒發(fā)育，表達量逐漸增加，在S4期達到峰值，隨后在S5期略有下降（圖6），其表達趨勢與藜麥籽粒蛋白質(zhì)積累的變化趨勢類似（圖7）[32]，因此，這4個基因可能是調(diào)控藜麥籽粒蛋白合成的關(guān)鍵基因。在大豆[33和蓖麻（Ricinus communis）[34]中研究表明FUS3亞家族的成員在種子發(fā)育和油脂積累中發(fā)揮重要作用；在擬南芥中，ABI3已被證明在種子成熟和蛋白基因表達調(diào)控中發(fā)揮作用[35]。FUS3和ABI3都確定在種子發(fā)育和萌發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用，但它們的功能和調(diào)控方式有所不同，F(xiàn)US3主要調(diào)控脂類的合成及積累，而ABI3在貯藏蛋白積累調(diào)控的效應(yīng)大于FUS3，參與種子中后期的成熟發(fā)育和休眠狀態(tài)的調(diào)控[36]

因此， CqABI3-likel/2 可能是藜麥種子發(fā)育后期調(diào)控貯藏蛋白積累的關(guān)鍵基因，值得進一步深入研究該基因的生物學(xué)功能。

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Genome-wide Identification and Analysis of B3 Gene Family in Quinoa

ZENG Mengqiong1 ，DONGCHEN Wenhua1'2 ，ZHANG Shuai1 ，YANG Yang1 ， YANG Yan1 ，MAO Zichao1，2 and LIN Chun1，2 （1.College of Agriculture and Biotechnology，Yunnan Agricultural University，Kunming 65o2o1，China; （2.Research Center of Featured Minor Crops，Yunnan Agricultural University，Kunming65o2ol，China）

Abstract A systematic identification and analysis of the B3 gene family in quinoa （Chenopodium quinoa）by using bioinformatics methods was conducted to explore its basic characteristics and biological functions in growth and development. A total of 75 CqB3 genes were identified and classified into six subfamilies：ABI3-like，F(xiàn)US3-like，ARF，HSI，RAV，and REM，based on phylogenetic analysis. All these genes contain the B3 domain，and members of the same subfamily exhibit similar gene structures and conserved motifs. Promoter analysis revealed that the promoter regions of CqB3 genes are enriched with cis-regulatory elements related to hormone and stress responses. Expression pattern analysis，based on transcriptomic data，showed that these 75 genes are involved in responding to various abiotic stresses such as high temperature，drought，low phosphorus，and salt stress. Additionally，the analysis of transcriptomic data across diferent quinoa tissues indicated that the expression of the B3 gene family varies across different tissues and organs，suggesting their role in regulation of growth and development at various stages. Further clustering analysis revealed that genes within the same subfamily share similar expresson patterns，indicating potential synergistic functions. In conclusion，this study elucidates the distribution，structure，and phylogenetic characteristics of the B3 gene family in the quinoa genome. Through transcriptomic data and qRT-PCR experiments，it suggests that these genes play important roles in quinoa growth and development.

Key wordsQuinoa；B3 family； Bioinformatics； Phylogenetic analysis； Tissue expression analysis

Received 2024-07-13 Returned 2024-11-07

Foundation item The National Natural Science Foundation of China （No. 32O6O42l）； the 16th Student Science and Technology Innovation and Entrepreneurship Fund of Yunnan Agricultural University （No.2023Y0020）.

First authorZENG Mengqiong，female， master student. Research area： quinoa gene expression. E-mail：2220171931@qq. com

Corresponding authorLIN Chun，female，professor，master supervisor.Research area： plant molecular biology. E-mail：linchun@ynau.edu. cn

（責(zé)任編輯：成敏Responsibleeditor：CHENGMin）