绿豆WRKY基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

摘要

【目的】对绿豆WRKY转录因子在全基因组上进行鉴定及生物信息学分析,为绿豆WRKY基因功能的研究以及高抗绿豆品种培育奠定理论基础。【方法】利用Hmmer软件同源搜索,并通过在线工具SMART、NCBI-CDD和Pfam数据库进行结构域再确认获得79个绿豆WRKY基因,然后通过在线软件ProtParam、ProtScale、SWISS-MODEL分析绿豆WRKY家族蛋白的理化性质、亲疏水性并构建3D立体模型,使用MEGA X、McScanX软件构建进化树和绘制共线性图,利用MEME、PlantCARE在线工具分析WRKY转录因子的保守基序并预测基因上游的顺式作用元件。【结果】鉴定得到的79个VrWRKY蛋白的氨基酸数量为64~746,分子量为7.42~80.93 ku,等电点为4.49~10.41,大多数成员为亲水性不稳定蛋白。系统进化树分析表明,绿豆WRKY基因家族的79个成员可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3组,其成员数量分别为16,51和12,Ⅱ组进一步划分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚组,其成员数量依次为2,17,17,7和8,其中Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-d和Ⅱ-e亲缘关系更近,而Ⅱ-c在进化树上的分布整体更靠近Ⅲ组。基因结构及保守基序分析显示,该家族基因均为间隔基因,且都含有保守基序WRKYGQK。基因染色体定位分析表明,所有成员在11条染色体上均有分布。顺式作用元件分析表明,绿豆WRKY基因启动子区存在丰富的激素及胁迫响应相关的元件。基因组间共线性分析结果表明,绿豆WRKY基因与拟南芥WRKY基因之间存在同源关系。基因复制结果表明,绿豆基因组有1对串联重复基因,15对大片段复制基因,片段复制在绿豆WRKY基因家族扩张中起主要作用。绿豆WRKY蛋白3D结构模拟表明,所有成员具有相似的两种蛋白结构,其中一种立体结构中心含有1个Zn^(2+)。【结论】鉴定得到79个含典型WRKY保守结构域的绿豆WRKY蛋白,其生物信息学分析丰富了绿豆WRKY转录因子的分子生物学理论。