茶树ZF-HD转录因子基因家族的鉴定及表达分析

摘要

[目的]搜索鉴定茶树ZF-HD(Zinc finger homeodomain)转录因子基因家族成员,并对其进行生物信息学分析及在不同组织及非生物胁迫和激素处理下的表达模式,为茶树ZF-HD基因家族的功能研究及茶树遗传性状改良提供理论依据.[方法]通过隐马尔可夫模型预测和序列比对从茶树基因组中筛选鉴定出茶树ZF-HD基因家族成员,利用在线生物信息学分析软件对其基因结构、启动子元件,以及编码蛋白的理化性质、氨基酸序列、结构特征、进化关系等进行预测分析,并基于转录组测序(RNA-Seq)数据分析其在不同组织及在干旱胁迫、盐胁迫和茉莉酸甲酯(Me-JA)处理下的表达模式.[结果]从茶树基因组中鉴定出17个ZF-HD基因家族成员(CsZHD1～CsZHD17),其编码区(CDS)序列长度为369～2187 bp,编码122～728个氨基酸残基,蛋白分子量13.51～80.42 kD,理论等电点为6.09～9.19,均属于亲水性不稳定蛋白,蛋白二级结构均由β-转角、延伸链、α-螺旋和无规则卷曲构成.除CsZHD2、CsZHD5和Cs-ZHD7蛋白定位于细胞质,CsZHD9蛋白定位于细胞外,其他13个蛋白均定位于细胞核.仅CsZHD2、CsZHD7、Cs-ZHD9、CsZHD10和CsZHD12基因含外显子和内含子,其他12个CsZHDs基因均无内含子.除CsZHD7蛋白具有2个ZF-HD_dimer结构域外,其他16个蛋白均具有1个ZF-HD_dimer结构域.CsZHD1～CsZHD17蛋白具有2～5个保守基序(motif),其中motif 1和motif 3为共有的保守基序.茶树ZF-HD家族蛋白可分为5个亚族(ZHDⅠ、ZHDⅡ、ZHDⅢ、ZHDⅣ和MIF),较拟南芥少了ZHDⅤ亚族.除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因在8个组织中不表达或表达量极低外,其他14个CsZHDs基因在8个组织中呈差异性表达;除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因外,其他15个CsZHDs基因在顶芽或花中表达量较高.在干旱胁迫和盐胁迫处理下,除CsZHD1、CsZHD2、CsZHD5、CsZHD12、CsZHD14和CsZHD17基因的表达量始终处于较低水平外,其他CsZHDs基因均呈不同的变化趋势;在MeJA处理下,除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD12基因表达量极低外,多数CsZHDs基因呈下调表达的趋势.[结论]从茶树基因组中鉴定出17个ZH-HD基因家族成员,其编码蛋白具有保守的锌指结构域和同源异型盒结构域;茶树与拟南芥ZH-HD基因家族相比缺少ZHDⅤ亚族;CsZHDs基因的表达具有组织特异性,且大多数成员的表达受非生物胁迫和MeJA的影响.