粗山羊草JAZ基因家族的全基因組鑒定與分析

王玉昆,苑少華,苑國(guó)良，段文靜,王 鵬,4,廖祥政,陳兆波,王 娜,王 拯,張立平,趙昌平

(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥工程技術(shù)研究中心,北京 100097; 2.雜交小麥分子遺傳北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097;3.首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,北京 100048; 4.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 102206)

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粗山羊草JAZ基因家族的全基因組鑒定與分析

王玉昆1,2,3,苑少華1,2,苑國(guó)良1,2，段文靜1,2,3,王 鵬1,2,4,廖祥政1,2,陳兆波1,王 娜1,2,王 拯1,張立平1,2,3,趙昌平1,2,3

(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院雜交小麥工程技術(shù)研究中心,北京 100097; 2.雜交小麥分子遺傳北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097;3.首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,北京 100048; 4.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 102206)

摘要：為了挖掘可用于小麥茉莉酸調(diào)控通路及其穗部或花器官發(fā)育研究的候選基因，基于已發(fā)布的粗山羊草全基因組數(shù)據(jù)，利用生物信息學(xué)分析方法鑒定了粗山羊草JAZ基因家族，并從染色體分布、基因及蛋白結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子順式作用元件、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系和基因表達(dá)模式等方面對(duì)該基因家族的特征進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，本研究共鑒定到9個(gè)粗山羊JAZ基因，命名為 AetJAZ1-AetJAZ9。染色體定位結(jié)果顯示，9個(gè)粗山羊草JAZ基因分別定位在2D、5D、6D和7D染色體上，其中在7D染色體上分布最多。進(jìn)化分析表明，粗山羊草JAZ蛋白與短柄草JAZ蛋白親緣關(guān)系最近，且9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白被分別聚類(lèi)到了S5、S12、S13、S16和S20五個(gè)亞族中，其中S20亞族有五個(gè)粗山羊草JAZ蛋白。啟動(dòng)子分析表明，9個(gè)粗山羊草JAZ基因啟動(dòng)子順式作用元件種類(lèi)和數(shù)量存在差異，推測(cè)其各自的功能也存在差異。表達(dá)譜分析表明，粗山羊草JAZ基因在粗山羊草不同組織間存在不同的表達(dá)特性，且不存在組成型表達(dá)基因，其中， AetJAZ1和 AetJAZ2表現(xiàn)出明顯的組織特異性，分別只在穗部、雌蕊和雄蕊中特異表達(dá)。

關(guān)鍵詞：粗山羊草；JAZ；轉(zhuǎn)錄抑制因子；基因家族；花器官

JAZ(Jasmonate-ZIM-domain)基因編碼SCFCOI1受體復(fù)合物的靶蛋白，是植物中特有的基因，僅見(jiàn)于苔蘚植物、裸子植物和被子植物[1]。JAZ基因家族編碼蛋白屬于TIFY轉(zhuǎn)錄因子超家族，是植物中特有的一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子，含有TIFY(又稱(chēng)ZIM)和Jas(又稱(chēng)CCT_2)功能結(jié)構(gòu)域[2-3]。TIFY功能結(jié)構(gòu)域位于JAZ蛋白的氨基端，一般含有36個(gè)氨基酸，其功能是介導(dǎo)JAZ蛋白與其共抑制因子NINJA (Novel interactor of JAZ)相互作用，形成JAZ-NINJA蛋白復(fù)合體[4-5]；Jas功能結(jié)構(gòu)域位于JAZ蛋白的羧基端，含有保守的氨基酸序列(SLX2FX2KRX2RX5PY)，其功能是介導(dǎo)JAZ-NINJA蛋白復(fù)合體與茉莉酸響應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄激活因子MYC2相互作用，從而抑制茉莉酸早期響應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄激活[6-7]。JAZ蛋白作為MYC2與COI1之間的聯(lián)系者，于2007年被首次報(bào)道[8-10]。隨后，關(guān)于JAZ基因的研究進(jìn)入快速發(fā)展階段，現(xiàn)已在擬南芥中發(fā)現(xiàn)12個(gè)JAZ基因[11]，在水稻中發(fā)現(xiàn)15個(gè)JAZ基因[12]。研究表明，JAZ基因家族成員眾多，具有不同的生物學(xué)功能，如水稻 OsJAZ9基因所編碼蛋白是水稻體內(nèi)JA信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控子，并且能夠調(diào)節(jié)水稻的耐鹽性[13]；棉花 GhJAZ1基因能夠被 GbWRKY1基因激活表達(dá)，從而增強(qiáng)對(duì)黃萎病菌(Verticilliumdahliae)的抵抗能力[14]；在擬南芥中過(guò)表達(dá)經(jīng)過(guò)修飾的 AtJAZ1基因(缺失Jas功能結(jié)構(gòu)域)能夠增強(qiáng)擬南芥對(duì)甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)的宿主抵抗力[15]；在水稻中過(guò)表達(dá)經(jīng)過(guò)蛋白序列修飾的OsJAZ基因，導(dǎo)致水稻的穗部，尤其是花器官呈現(xiàn)多種畸形發(fā)育狀態(tài)[16]。

目前，小麥祖先種粗山羊草的測(cè)序工作已完成[17-18]，這為基于全基因組的基因功能研究帶來(lái)了極大便利[19]。粗山羊全基因組測(cè)序結(jié)果顯示其所含轉(zhuǎn)錄因子可分為58類(lèi)[18]，一些轉(zhuǎn)錄因子，如Aux/IAA已經(jīng)得到鑒定和研究[20]，但對(duì)JAZ基因家族成員尚未進(jìn)行鑒定分類(lèi)以及功能研究。本研究基于最新的粗山羊草基因組測(cè)序結(jié)果，利用生物信息學(xué)方法鑒定粗山羊草JAZ轉(zhuǎn)錄因子家族成員，并從染色體分布、基因及蛋白結(jié)構(gòu)、啟動(dòng)子順式作用元件、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系和基因表達(dá)模式5個(gè)方面分析該家族成員，以期解析該家族成員的結(jié)構(gòu)和功能，挖掘可用于小麥茉莉酸調(diào)控通路及其穗部或花器官發(fā)育研究的候選基因。

1材料與方法

1.1基因組數(shù)據(jù)來(lái)源

粗山羊草全基因組序列、編碼區(qū)序列(CDS)、蛋白序列及表達(dá)數(shù)據(jù)收集自AGDB數(shù)據(jù)庫(kù) (http://dd.agrinome.org/)；小立碗蘚(Physcomitrellapatens,Pp)、中華卷柏(Selaginellamoellendorffii,Sm)、高粱(Sorghumbicolor,Sb)、玉米(Zeamays,Zm)及短柄草(Brachypodiumdistachyon，Bd)JAZ基因家族序列信息收集自JGI數(shù)據(jù)庫(kù)(http://genome.jgipsf.org/)；云杉(Piceasitchensis,Ps)JAZ基因家族序列信息收集自NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)數(shù)據(jù)庫(kù)；擬南芥(Arabidopsisthaliana，At)JAZ基因家族序列信息收集自TIAR (http://www.arabidopsis.org/) 數(shù)據(jù)庫(kù)；水稻JAZ基因家族序列收集自國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心(http://www.ricedata.cn/index.htm)。

1.2粗山羊草JAZ基因家族成員的分離鑒定

利用Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)(http://pfam.xfam.org/)構(gòu)建的TIFY(數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)：PF06200)和Jas(數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)：PF09425)結(jié)構(gòu)域的隱馬爾科夫模型文件，使用HMMER 3.0軟件的hmmsearch程序?qū)λ螺d的粗山羊草蛋白序列數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)檢索，獲取蛋白序列數(shù)據(jù)中包含TIFY和Jas保守結(jié)構(gòu)域的所有蛋白序列號(hào)，并通過(guò)序列號(hào)檢索對(duì)應(yīng)的核酸序列。檢索結(jié)果通過(guò)DNAMAN(ver.6.0)軟件進(jìn)行全序列比對(duì)及保守結(jié)構(gòu)域比對(duì)剔除冗余序列。通過(guò)NCBI中CDD(Conserved domain database)數(shù)據(jù)庫(kù)和SMART在線工具(http://smart.embl-hei-delberg.de/)對(duì)非冗余序列進(jìn)行保守結(jié)構(gòu)域篩查，確定粗山羊草JAZ基因家族成員。

1.3粗山羊草JAZ基因的染色體定位

利用Primer premier 5.0軟件，根據(jù)粗山羊草JAZ基因家族成員的基因組序列設(shè)計(jì)特異性引物(表1)，并交由北京六合華大基因科技股份有限公司合成。利用中國(guó)春缺體-四體材料進(jìn)行染色體定位，并根據(jù)基因所在染色體編號(hào)順序進(jìn)行基因命名，定位在同一染色體上的基因，按照其CDS序列編號(hào)在AGDB數(shù)據(jù)庫(kù)中順序命名。PCR反應(yīng)體系(20 μL)：2×EasyTaqSuperMix(購(gòu)自北京全式金生物技術(shù)公司)10 μL，上下游引物(10 μmol·L-1)各1 μL，模板DNA(200 ng·μL-1)1 μL，ddH2O 7 μL。擴(kuò)增程序：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性45 s，60 ℃退火45 s，72 ℃延伸1 min，35個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳分離，紫外凝膠成像儀拍照。

1.4粗山羊草JAZ基因及其編碼蛋白的特征分析

將粗山羊草JAZ基因的基因組序列和CDS序列提交到GSDS在線工具(http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)分析基因結(jié)構(gòu)，其中，所有參數(shù)均設(shè)置為默認(rèn)值；將粗山羊草JAZ基因編碼蛋白序列用DNAMAN(ver.6.0)進(jìn)行多重比對(duì)，并提交到MEME在線工具(http://meme.nbcr.net/meme4_1/cgi-bin/meme.cgi) 分析蛋白模序，其中，模序長(zhǎng)度設(shè)置為10～150，最大發(fā)現(xiàn)數(shù)目設(shè)置為5，其余參數(shù)均設(shè)置為默認(rèn)值；利用ExPASy(http://www.expasy.org/)在線工具對(duì)粗山羊草JAZ基因編碼蛋白進(jìn)行相對(duì)分子量、等電點(diǎn)及親疏水性預(yù)測(cè)分析；利用WoLF PSORT(http://wolfpsort.org/)對(duì)粗山羊草JAZ蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位分析。

1.5粗山羊草JAZ基因的啟動(dòng)子和表達(dá)譜分析

參考粗山羊草JAZ基因家族的基因組序列和CDS序列，分別截取各粗山羊草JAZ基因起始密碼子上游2 kb的基因組序列作為啟動(dòng)子區(qū)域。將各粗山羊草JAZ基因啟動(dòng)子序列提交至在線工具Plant CARE(http://bioinformatics.pAet.ugent.be/webtools/plantcare/html)分析預(yù)測(cè)各基因啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件。檢索AGDB數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得粗山羊草JAZ基因在7個(gè)不同組織(葉、雌蕊、根、種子、鞘、穗及雄蕊)中的表達(dá)數(shù)據(jù)，利用TreeView 3.0軟件生成表達(dá)譜分析熱圖。

表1　用于粗山羊草JAZ基因染色體定位的特異引物

1.6 粗山羊草JAZ蛋白的進(jìn)化分析

采用Clustal X軟件將收集的各植物JAZ蛋白序列進(jìn)行多重比對(duì)，然后利用MEGA 5.2軟件構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，其中，Bootstrap值設(shè)置為1 000。

2結(jié)果與分析

2.1粗山羊草JAZ基因家族成員的分離鑒定和染色體定位結(jié)果

利用HMMER 3.0程序在粗山羊草蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索含TIFY及Jas結(jié)構(gòu)域的JAZ蛋白，經(jīng)過(guò)去冗余處理，獲得9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白，其對(duì)應(yīng)的基因序列信息見(jiàn)表2。

根據(jù)上述去冗余后得到的JAZ基因序列設(shè)計(jì)特異性引物(表1)，對(duì)中國(guó)春缺體-四體材料進(jìn)行PCR擴(kuò)增。結(jié)果(圖1)表明， AetJAZ1基因和 AetJAZ2基因位于2D染色體上， AetJAZ3基因位于5D染色體上， AetJAZ4基因位于6D染色體上， AetJAZ5-AetJAZ9基因位于7D染色體上。

表2　 粗山羊草JAZ基因信息

CS：中國(guó)春　Chinese Spring

2.2粗山羊草JAZ基因核酸及其編碼蛋白的特征

對(duì)獲得的9個(gè)粗山羊草JAZ基因的核酸序列進(jìn)行分析，結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谛蛄虚L(zhǎng)度、內(nèi)含子及外顯子數(shù)目上有明顯的差異。其中，序列最長(zhǎng)的為 AetJAZ2 (708 bp)，最短的為 AetJAZ8 (423 bp)。 AetJAZ3含有3個(gè)內(nèi)含子， AetJAZ1、 AetJAZ2和 AetJAZ4含有4個(gè)內(nèi)含子，而 AetJAZ5-AetJAZ9不含有內(nèi)含子，推測(cè)其在進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了丟失。

對(duì)獲得的9個(gè)粗山羊草JAZ基因所編碼蛋白序列進(jìn)行分析，結(jié)果(圖3)發(fā)現(xiàn)，這些蛋白序列整體差異較為明顯，但是均含有保守的TIFY和Jas功能結(jié)構(gòu)域，且9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白均在Jas保守域中存在核定位信號(hào)序列KRR(K)XR，表明AetJAZ蛋白可能具有入核功能。MEME蛋白模序分析結(jié)果(圖4)表明，9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白的模序構(gòu)成有一定的差異，AetJAZ4只含有模序4(Jas保守域)和模序5(TIFY保守域)； AetJAZ1-AetJAZ3除含有模序4和5之外，還含有模序1； AetJAZ5、 AetJAZ6、AetJAZ8和AetJAZ9不僅含有模序1、4和5，還含有模序2和3，且AetJAZ9含有兩個(gè)重復(fù)的模序2；AetJAZ7不含有模序1。

圖2　粗山羊草JAZ基因的結(jié)構(gòu)分析

圖4　粗山羊草JAZ蛋白的結(jié)構(gòu)分析

對(duì)獲得的9個(gè)粗山羊草JAZ基因所編碼蛋白的理化性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，這些蛋白的分子量為14.6～24.9 kDa，等電點(diǎn)為7.8～10.8，均屬于親水性蛋白。亞細(xì)胞定位分析顯示，AetJAZ1-AetJAZ4及AetJAZ9定位在細(xì)胞核中，AetJAZ5和AetJAZ6定位在葉綠體上， AetJAZ7和AetJAZ8定位在線粒體上。由此可見(jiàn)，雖然這些蛋白都具有核定位信號(hào)，但可能并不都是行使入核功能，故推測(cè)粗山羊草JAZ蛋白具有不同的功能，且某些成員具有特殊功能。

2.3 粗山羊草JAZ基因啟動(dòng)子分析

分別截取9個(gè)粗山羊草JAZ基因的起始密碼子上游2 000 bp的基因組序列，對(duì)啟動(dòng)子區(qū)4種順式作用元件S000458(茉莉酸響應(yīng)元件[21])、S000407(MYC轉(zhuǎn)錄因子作用元件[22])、S000153(脫落酸響應(yīng)元件[23])和S000250(低溫響應(yīng)元件[24])的分布進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。其中，S000458、S000407、S000153和S000250均為順式作用元件在PLACE 26.0數(shù)據(jù)庫(kù)中的編號(hào)。結(jié)果(圖5)表明，粗山羊草JAZ基因家族各成員啟動(dòng)子所含順式作用元件的種類(lèi)和數(shù)量有較大差異， AetJAZ1只含有S000407和S000250元件，說(shuō)明其可能響應(yīng)低溫，且能夠與MYC轉(zhuǎn)錄因子產(chǎn)生相互作用； AetJAZ3和 AetJAZ6不含有S000458元件，說(shuō)明茉莉酸對(duì)這2個(gè)基因的調(diào)控作用很微弱，二者可能對(duì)低溫和脫落酸有響應(yīng)； AetJAZ4、 AetJAZ5和 AetJAZ7不含有S000250，說(shuō)明這3個(gè)基因可能對(duì)低溫不敏感； AetJAZ2、 AetJAZ8和 AetJAZ9包含所有的預(yù)測(cè)元件，說(shuō)明這3個(gè)基因?qū)岳蛩?、MYC轉(zhuǎn)錄因子、脫落酸和低溫能夠產(chǎn)生響應(yīng)。說(shuō)明粗山羊草JAZ基因家族各成員可能參與了不同的調(diào)控途徑或生理過(guò)程。

圖中順式作用元件位于啟動(dòng)子下方表示其調(diào)控方向相反

The cis-elements located below promoter mean the regulation is reverse

圖5粗山羊草JAZ基因啟動(dòng)子順式作用元件的分析

Fig.5Analysis of cis-elements in the promoters ofAetJAZgenes

2.4粗山羊草JAZ蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化分析

對(duì)粗山羊草JAZ蛋白和其他植物JAZ蛋白進(jìn)行進(jìn)化分析，結(jié)果(圖6)顯示，所有的JAZ蛋白序列聚類(lèi)成20個(gè)亞族。9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白分散聚類(lèi)到了5個(gè)亞族中，且與短柄草JAZ蛋白的關(guān)系最近。AetJAZ5-AetJAZ9聚類(lèi)到了同一個(gè)亞族S20中。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，苔蘚來(lái)源的PpJAZ蛋白單獨(dú)聚類(lèi)到一個(gè)亞族S2中，蕨類(lèi)SmJAZ蛋白聚類(lèi)到了S3和S4兩個(gè)亞族中，裸子植物PsJAZ蛋白聚類(lèi)到S10和S11兩個(gè)亞族中，單子葉和雙子葉植物的JAZ蛋白則分布于其余的亞族中。

2.5粗山羊草JAZ基因的表達(dá)模式分析

經(jīng)過(guò)搜索AGDB數(shù)據(jù)庫(kù)，共獲得7個(gè)粗山羊草JAZ基因( AetJAZ1- AetJAZ3， AetJAZ5- AetJAZ8)在7個(gè)不同組織(葉、雌蕊、根、種子、葉鞘、穗和雄蕊)中的表達(dá)數(shù)據(jù)。將表達(dá)數(shù)據(jù)制成表達(dá)熱圖(圖7)后顯示，7個(gè)粗山羊草JAZ基因的表達(dá)模式差異明顯， AetJAZ1僅在穗部有表達(dá)； AetJAZ2在雌蕊、雄蕊和穗部有較高的表達(dá)，而在其余組織中幾乎不表達(dá)； AetJAZ3在葉、葉鞘和穗部有表達(dá)； AetJAZ5 和 AetJAZ6在根、葉和葉鞘中有表達(dá)； AetJAZ7和 AetJAZ8在根和葉鞘中有表達(dá)。7個(gè)粗山羊草JAZ基因沒(méi)有組成型表達(dá)的基因，均有特異表達(dá)的情況。值得注意的是， AetJAZ1和 AetJAZ2在穗部及穗部結(jié)構(gòu)組織(雌蕊、雄蕊)中特異表達(dá)，推測(cè)這2個(gè)基因與粗山羊草中穗部及花器官的發(fā)育有密切的關(guān)系。

圖6　JAZ蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化分析

1: 葉；2：雌蕊；3：根；4：種子；5：鞘；6：穗；7：雄蕊

1: Leaf; 2: Pistil; 3: Root; 4: Seed; 5: Sheath; 6: Spike; 7: Stamen

圖7粗山羊草JAZ基因的表達(dá)模式分析

Fig.7Expression patterns analysis ofAetJAZgenes

3討 論

本研究基于最新的粗山羊草基因組測(cè)序結(jié)果，運(yùn)用生物信息學(xué)手段，篩選并解析了粗山羊草JAZ家族基因的結(jié)構(gòu)、染色體分布、進(jìn)化關(guān)系及表達(dá)模式等特征，為研究植物JAZ基因家族提供了數(shù)據(jù)支持，也為進(jìn)一步將該研究結(jié)果運(yùn)用于普通小麥研究中提供了理論依據(jù)。

本研究共在粗山羊草全基因組中篩選到了9個(gè)JAZ基因，表明JAZ基因在粗山羊草中以多成員的方式存在，與前人研究結(jié)果一致。這9個(gè)成員在染色體上的分布比較廣泛，但在7D染色體上分布密集，推測(cè)這些基因可能存在正向或反向的重復(fù)。轉(zhuǎn)錄因子在染色體上出現(xiàn)排布重復(fù)的現(xiàn)象在植物中比較常見(jiàn)，這是基因擴(kuò)增的一種重要方式。

JAZ蛋白正常行使其生物學(xué)功能依賴(lài)自身的功能結(jié)構(gòu)域。本研究中9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白均含有TIFY和Jas功能結(jié)構(gòu)域，且保守度較高，不存在結(jié)構(gòu)域缺失的現(xiàn)象。但是，不同的成員之間又有非必須結(jié)構(gòu)域的差異，表明粗山羊草JAZ基因家族成員間可能存在功能上的差異性。蛋白理化性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果表明，9個(gè)粗山羊草JAZ蛋白都為堿性，且都是親水性蛋白，相似的理化性質(zhì)預(yù)示各個(gè)成員間可能具有某些相似的功能。啟動(dòng)子分析表明，9個(gè)粗山羊草JAZ基因家族成員可能對(duì)不同的刺激或脅迫做出應(yīng)答，所參與的調(diào)控途徑具有明顯的差異，推測(cè)粗山羊草JAZ基因家族具有功能多樣性。

基于苔蘚植物、蕨類(lèi)植物、裸子植物和被子植物等不同植物JAZ蛋白的進(jìn)化分析表明，粗山羊草JAZ蛋白與短柄草的親緣關(guān)系最近，所有的成員均與短柄草JAZ蛋白家族成員聚類(lèi)到一起，且 AetJAZ5～AetJAZ9聚類(lèi)到了同一個(gè)亞族中，結(jié)合基因及蛋白結(jié)構(gòu)分析結(jié)果和染色體定位結(jié)果推測(cè)，這幾個(gè)基因可能發(fā)生了基因擴(kuò)增現(xiàn)象，且其功能可能存在一定重復(fù)性。同時(shí)，由進(jìn)化分析結(jié)果推測(cè)，植物JAZ基因家族在不同親緣關(guān)系的陸生植物中產(chǎn)生了特異的擴(kuò)增與分化,從而導(dǎo)致植物種間特異的JAZ蛋白亞家族產(chǎn)生。

此外，本研究對(duì)7個(gè)檢索到表達(dá)數(shù)據(jù)的粗山羊草JAZ基因表達(dá)模式進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)7個(gè)基因并不是在所有檢測(cè)組織中表達(dá)，不存在組成型表達(dá)的基因； AetJAZ1和 AetJAZ2的表達(dá)模式表現(xiàn)出了一定的組織特異性： AetJAZ1僅在穗部有表達(dá)，而 AetJAZ2在雌蕊和雄蕊中高水平表達(dá)，故推測(cè)這2個(gè)基因可能分別在粗山羊草穗部發(fā)育及雌蕊和雄蕊發(fā)育過(guò)程中起作用。AetJAZ1蛋白和水稻OsJAZ7蛋白處于同一亞族(S16)，而 OsJAZ7基因在水稻中能夠響應(yīng)茉莉酸和機(jī)械損傷的誘導(dǎo)，而且對(duì)高鹽和干旱脅迫有明顯的應(yīng)答作用[12]，故推測(cè) AetJAZ1基因在粗山羊草中也有同樣的功能；AetJAZ2蛋白與水稻OsJAZ1蛋白處于同一亞族(S12)，而 OsJAZ1基因已被證明在水稻所有組織或器官中都有強(qiáng)烈表達(dá)，且受到機(jī)械損傷和茉莉酸的強(qiáng)烈誘導(dǎo)[12]，這與 AetJAZ2基因的表達(dá)模式不同，故推測(cè) AetJAZ2基因的表達(dá)具有強(qiáng)烈的時(shí)空特性，但其可能也與響應(yīng)機(jī)械損傷和茉莉酸調(diào)控有關(guān)。所以， AetJAZ1和 AetJAZ2基因具有進(jìn)一步研究的價(jià)值，可通過(guò)分子生物學(xué)和遺傳學(xué)方法運(yùn)用到解析小麥穗部及花器官與茉莉酸調(diào)控相關(guān)的生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)理研究中[25]。

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Genome-wide Identification and Analysis ofJAZGene Family inAegilopstauschii

WANG Yukun1,2,3,YUAN Shaohua1,2,YUAN Guoliang1,2,DUAN Wenjing1,2,3,WANG Peng1,2,4,LIAO Xiangzheng1,CHEN Zhaobo1,WANG Na1,2,WANG Zheng1,ZHANG Liping1,2,3,ZHAO Changping1,2,3

(1.Beijing Engineering and Technique Research Center for Hybrid Wheat,Beijng Academy of Agriculture and Forestry,Beijing 100097,China; 2.The Municipal Key Laboratory of Molecular Genetic of Hybrid Wheat,Beijing 10097,China; 3.College of Life Science,Capital Normal University,Beijing 100048,China;4.College of Plant Science and Tecnology,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China)

Abstract:In order to eveal the candidate genes for the regulation pathway of jasmonic acid and the development of ear or floral organs in wheat,based on the available genome data of Aegilops tauschii,the JAZ gene family was identified through bioinformatics analysis in this study.The chromosome distribution,gene and protein structures,cis-regulatory elements of promoter,phylogenetic relationship,and gene expression patterns of this family were comprehensively compared.Results showed that a total of nine JAZ genes in Aegilops tauschii genome were found and then designated as AetJAZ1-AetJAZ9.The result of chromosomal localization showed that nine AetJAZ genes were located on chromosome 2D,5D,6D and 7D,respectively.High density of AetJAZ genes were observed on chromosome 7D.Evolutionary analysis showed that AetJAZ proteins and JAZ proteins from Brachypodium distachyon shared closer affinities,and the AetJAZ gene family was divided into S5,S12,S13,S16 and S20 subgroups.A total of five AetJAZ proteins were clustered into S20 subgroup.The promoter analysis indicated that the species and quantities of cis-elements in nine AetJAZ genes promoters had some differences,which suggested each AetJAZ gene had different functions.The expression profiles analysis demonstrated that each AetJAZ gene had different expression patterns among different tissues in Aegilops tauschii.None of nine AetJAZ genes was constitutive expression gene. AetJAZ1 and AetJAZ2 exclusively expressed in spike,pistil and stamen,respectively.

Key words:Aegilops tauschii; JAZ;Transcription inhibitors; Gene family; Floral organ

中圖分類(lèi)號(hào)：S512.9；S330

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-1041(2016)01-0009-09

通訊作者：張立平(E-mail: lpzhang8@126.com)；趙昌平(E-mail: cp_zhao@vip.sohu.com)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31171172)；國(guó)家高技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2011AA10A106)；北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目(Z141100002314018)；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(KJCX20140405; KJCX20140106)；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(5131001)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD04B01; 2014BAD01B09)；北京市農(nóng)林科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目(GJHZ2014-7; GJHZ2015-5)

收稿日期：2015-07-05修回日期：2015-11-20

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-01-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160108.1820.004.html

第一作者E-mail：wangyu_kun1@163.com