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博云客户文章︱甘蓝型油菜转录因子家族的系统研究

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合作单位  河南大学

关键词  甘蓝型油菜、转录因子家族、非生物胁迫、RNA-Seq、调控网络



研究背景


       转录因子是一类重要的调控因子,可以调控基因在特定时间空间以特定的强度表达,参与生物的生长发育、激素调控、胁迫应答等生物过程。真核生物中普遍存在AP2/EREBP, bZIP, MYB, NAC 和WRKY 五大类转录因子家族。

       油菜不仅可为人们提供丰富的营养物质,也是食用油料的来源之一,是一类重要的经济作物。目前,甘蓝型油菜中的五大类转录因子家族的鉴定和特征研究,以及不同胁迫条件下的转录调控机制尚不清楚。

       基于以上问题,本文对甘蓝型油菜的转录因子家族进行了系统而全面地研究。



材料与方法


材料:甘蓝型油菜(B.napus 中双11号),PEG-6000,NaCl,4℃,40℃,ABA处理

方法:转录组测序、qRT-PCR



研究思路


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主要结果


1. B.napus包含2167个TFs,是其亲缘种B.rapaB.oleracea TFs数目的约2倍,这与甘蓝型油基因组研究结果相一致。染色体定位显示BnAP2/EREBPs和BnMYBs在进化中发生了重复和分化事件。

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图1 TFs染色体定位及系统发生分析结果


2.Cis作用元件分析显示B.napus TFs具有多个与胁迫应答相关的Cis元件,不同TF家族的Cis元件存在差异,说明不同TF家族参与不同的胁迫应答过程。

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图2 不同TF家族具有各种Cis元件的基因比例


3.对B.napu与亲缘种B.rapaB.oleracea TFs进行共线性分析,表明即使B.napu存在染色体重排及基因重复事件,但B.napu与亲缘种B.rapaB.oleracea 仍有很强的共线性。相对亲缘种,B.napuTFs家族产生了168个新基因,丢失了B.rapa中的30个基因及B.oleracea 中的50个基因。B.napuTFs基因家族中,80%基因属于多拷贝基因。

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图3 B.napu与亲缘种B.rapaB.oleracea TFs家族共线性分析


4.对B.napu进行5种非生物胁迫处理,并进行转录组测序。差异表达分析和GO富集得到315个核心调控基因,参与刺激响应和信号转导。同时,相同的TF基因可响应一种或多种胁迫,表明TFs在不同胁迫下有不同的响应调控功能,约70%的核心基因响应高温胁迫。

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图4 非生物胁迫下B.napu核心调控基因鉴定


5.对B.napu 5种非生物胁迫处理后的315个核心基因,及对拟南芥中与这315个基因同源的133个基因进行共表达分析(数据来自BioGRID数据库),发现在B.napu或拟南芥中,表达模式相同的TFs具有相似的调控功能,同一家族的TFs具有更高的相关性,两个物种同源的TFs基因具有相似的共表达关系;表明TFs可以触发靶基因的差异表达,导致负责靶向应激反应的基因簇形成了复杂的共表达网络。

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图5 B.napu/拟南芥TFs共表达调控网络



结论


本文对经济作物甘蓝型油菜B.napu的五大转录因子家族进行了系统而全面地研究,不仅完善了家族成员信息库,描述了其历史进化机制;而且揭示了不同非生物胁迫下甘蓝型油菜各转录因子核心基因的应激调控机制,为甘蓝型油菜的育种改良提供了理论依据。  

       

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