南京林业大学学报(自然科学版)

作者：却枫,刘庆楠,查若飞,魏强

单位：南京林业大学,南方现代林业协同创新中心,南京林业大学竹类研究院,江苏 南京 210037

关键词：WRKY转录因子,孝顺竹,笋箨,衰老

基金：国家自然科学基金青年科学基金项目(32001376)

【目的】孝顺竹(Bambusa multipex)笋箨中含有大量的叶绿体,具有进行光合作用的功能,是竹秆快速生长时期的一个重要碳源。笋箨与所附着节间是一种“源-库”关系,其衰老对节间的伸长生长具有重要影响。通过鉴定和分析孝顺竹笋箨中衰老相关的WRKY转录因子,为研究笋箨的衰老机制和调控机制奠定基础。【方法】基于孝顺竹笋箨3代全长转录组数据库,使用HMMER软件进行WRKY转录因子的初步搜索,之后通过保守结构域分析和去冗余获得候选基因。与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中已验证过的参与叶片衰老调控的WRKY转录因子进行同源性比对分析,以预测孝顺竹WRKY转录因子家族中参与衰老调控的成员。基于不同发育时期笋箨的2代转录组数据,分析候选BmWRKYs在笋箨发育不同阶段的表达模式以进行功能预测。通过检测叶绿素含量和膜离子渗透率对不同长度第3节间笋箨的发育状态进行鉴别,并进行实时荧光定量PCR实验对部分候选基因在笋箨不同发育时期的表达水平进行检测,以对WRKY基因家族中与笋箨衰老相关的成员进行进一步验证。【结果】在孝顺竹笋箨中共鉴定到83个蛋白质序列长度为119~1 751个氨基酸的WRKY转录因子。基于蛋白质结构和系统发育分析,将83个BmWRKYs分为Ⅰ、Ⅱ a—e和Ⅲ 3大组,其中被鉴定为Ⅰ类的BmWRKY转录因子最多,为39个;Ⅱ a、Ⅱ b、Ⅱ c、Ⅱ d、Ⅱ e亚家族分别有2、16、11、12和2个BmWRKY成员;仅有1个BmWRKY被鉴定为Ⅲ类WRKY转录因子。此外,通过与拟南芥基因组中已鉴定的衰老相关WRKY进行同源比对分析,共获得31个与笋箨衰老相关的候选基因BmWRKYs。基于候选基因BmWRKYs在孝顺竹笋箨不同发育时期的表达模式,将31个候选BmWRKYs分为a、b、c、d 4种类型。a类包括BmWRKY59、BmWRKY75、BmWRKY6、BmWRKY4、BmWRKY41、BmWRKY51、BmWRKY26、BmWRKY48、BmWRKY53、BmWRKY36、BmWRKY42、BmWRKY18和BmWRKY10;b类包括BmWRKY2、BmWRKY74、BmWRKY38、BmWRKY76、BmWRKY30、BmWRKY43、BmWRKY69和BmWRKY72;c类包括BmWRKY15、BmWRKY68、BmWRKY28、BmWRKY12和BmWRKY7;d类包括BmWRKY3、BmWRKY21、BmWRKY1、BmWRKY25和BmWRKY5。孝顺竹不同长度第3节间所附着的笋箨具有不同的发育状态,当第3节间长度在20~25 cm时叶绿素已开始出现降解。随着第3节间伸长生长减缓程度的增加,笋箨的衰老程度也在加剧,当节间长度为30 cm左右时,笋箨已明显衰老。部分BmWRKYs在孝顺竹不同发育时期笋箨中的表达水平表明,a类BmWRKYs中,BmWRKY4、BmWRKY48和BmWRKY53可能是笋箨衰老的正调控因子,而d类中的BmWRKY21可能是孝顺竹笋箨衰老的负调控因子,并且在笋箨发育早期起作用。【结论】笋箨是孝顺竹节间快速生长阶段的重要碳源,其衰老涉及营养物质的再动员。对笋箨衰老调控的研究是节间快速伸长机制研究的一个重要切入点。本研究鉴定得到多个在孝顺竹笋箨衰老进程中具有重要潜在作用的BmWRKYs,研究结果将为今后深入分析WRKY转录因子调控笋箨衰老的分子机制奠定基础。

来源：2023年第6期

《南京林业大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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