【摘 要】
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萝卜(Raphanus sativus L.)是一种重要的蔬菜作物,年产量约700万吨,占全部蔬菜总产量的2%左右。萝卜具有丰富的营养和药用价值,因此在世界各地越来越受欢迎,特别是中国、日本、韩国等诸多亚州国家。与其它植物一样,萝卜时常遭受多种生物或非生物胁迫的影响,如干旱、盐害、温度变化、养分亏缺和弱/强光照等因素。此外,镉(Cd)、铅(Pb)、银(Ag)和汞(Hg)等重金属离子也成为目前植物中
【基金项目】
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National Key Technology Research and DevelopmentProgram of China(2016YFD0100204;2017YFD0101803); Key Technology R&D Program of Jiangsu Province(BE2016379);
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萝卜(Raphanus sativus L.)是一种重要的蔬菜作物,年产量约700万吨,占全部蔬菜总产量的2%左右。萝卜具有丰富的营养和药用价值,因此在世界各地越来越受欢迎,特别是中国、日本、韩国等诸多亚州国家。与其它植物一样,萝卜时常遭受多种生物或非生物胁迫的影响,如干旱、盐害、温度变化、养分亏缺和弱/强光照等因素。此外,镉(Cd)、铅(Pb)、银(Ag)和汞(Hg)等重金属离子也成为目前植物中的潜在胁迫因子。随着全球气候变化,非生物胁迫和生物胁迫对世界作物生产安全构成的威胁逐年增加,严重抑制了作物的生长与发育,影响了农产品的产量和质量。特别是有毒重金属离子的入侵,对食物链和人体健康造成重大潜在危害。为抵抗逆境,高等植物往往不断进化出多种复杂的防御机制,以便于适应生存。研究表明,包括WRKY、AP2/ERF和NAC在内的转录因子(TF)的基因表达对于调节热害、盐害和重金属(HM)等胁迫至关重要。利用生物信息学和表达分析研究相结合的方法,为非模式作物(如萝卜等)进行全基因组转录因子特征鉴定研究提供了有利条件。萝卜中WRKY、AP2/ERF和NAC等重要转录因子的全基因组鉴定与特征分析工作尚未见报道。本研究根据现有的萝卜基因组序列信息,运用生物信息学和表达分析相结合的方法进行萝卜WRKY、AP2/ERF和NAC等三种重要转录因子的全基因组鉴定分析,研究结果将为挖掘萝卜在非生物胁迫下潜在的重要基因、进行非生物胁迫抗性种质创新与品种培育提供重要基础。WRKY是与植物生存密切相关的重要转录因子家族之一。本研究从萝卜基因组数据库中检索到126个WRKY基因。通过蛋白质序列和注释证明,RsWRKY蛋白具有高度保守的结构域和锌指结构。进化分析结果表明,Rs WRKYs候选基因被分为三类(I,II和III),分别有31,74和20个基因。此外,基因结构分析显示,WRKY基因的内含子-外显子模式在萝卜中高度保守。连锁图分析表明,RsWRKY基因在9个连锁群体中分布密度是不同的。基因表达分析发现,36个RsWRKY基因在一个或多个非生物胁迫处理下具有显著差异,说明这些WRKY基因可能参与调控萝卜非生胁迫响应过程。研究结果初步阐述明了 RsWRKY转录因子在萝卜全基因组中的特性,为解析基该因家族功能和分子进化研究提供了理论基础。AP2/ERF转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用,同时响应多种生物和非生物胁迫。本研究从萝卜基因组数据库中鉴定到247个预测的ERF家族基因。此外,通过序列比对及系统发生树分析发现,AP2/ERF家族可分成五组,分别是AP2、ERF、DREB、RAV和soloist。结构预测表明,含有AP2/ERF的保守结构域选择性地分布在系统进化树的不同分支上。从遗传图谱分析结果来看,连续重复可能导致AP2/ERF基因家族的扩张。通过内含子/外显子结构预测,揭示出一部分RsAP2/ERF仍保留着单子叶植物和双子叶植物祖先具有的前内含子模式。表达模式分析表明,AP2/ERF在高温和干旱条件下上调表达,在干旱、脱落酸、重金属胁迫下则表达受到抑制。研究结果为进一步阐明RsAP2/ERF基因的进化及功能提供了重要信息,也有助于推进萝卜等根类蔬菜作物的抗逆性遗传改良进程。NAC蛋白广泛参细胞增殖和分化,逆境胁迫调节、激素信号转导等生物过程。本研究从萝卜基因组中鉴定出172个RsNACs,包括17个膜结合成员,其中98个RsNAC基因在萝卜染色体上呈不均匀分布。生物信息学分析显示,部分NAC基因的表达具有组织特异性,在叶片和根系中优先表达。此外,选择21个具有代表性的NAC基因对其在重金属、盐、热、ABA胁迫下的表达模式进行分析,发现这些基因均能够差异表达。其中,RsNAC023和RsNAC080能够响应所有胁迫,RsNAC145则只能够响应高温和干旱胁迫。研究结果为阐明RsNAC多样性及功能分析提供了新线索,也为进一步研究NAC基因在多种非生物胁迫下的功能打下了基础。
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