水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

摘要

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在种子萌发过程的时空表达特征及非生物胁迫下的表达模式。【结果】从PlantTFDB数据库鉴定获得13个水稻WOX基因家族成员(OsWOX1~OsWOX13),可分为3个分支,其中,远古进化支仅含1个基因,中间进化支和现代进化支分别含有6个基因。13个OsWOXs家族基因不均匀地分布在水稻的1、3、4、5、7、8、11号染色体上,其余5条染色体上则不含该家族基因,其基因结构之间存在较大的差异,暗示WOX基因功能具有差异性和多样性。13个水稻WOX蛋白均定位于细胞核,具有Homodomain superfamily保守结构域和10个保守基序,其中Motif 1和Motif 2位于每个蛋白的保守功能域中。OsWOXs基因启动子区域均含有较多的光响应元件和防御胁迫响应元件,种子特异性反应元件(RY-element)存在于OsWOX1、OsWOX9、OsWOX11和OsWOX12基因中。13个OsWOXs基因在水稻种子萌发及逆境胁迫下的表达模式存在明显差异。OsWOX8基因在萌发种子和幼苗中均呈较高的表达量,OsWOX9和OsWOX11基因在种子萌发期表达量较高,而OsWOX2、OsWOX6和OsWOX8基因在幼苗中的表达量较高。干旱胁迫下,幼苗中OsWOX1、OsWOX2、OsWOX4和OsWOX5基因的相对表达量分别是对照(CK)组的15.0倍、8.0倍、3.9倍和3.6倍,而种子中OsWOX3、OsWOX4和OsWOX7基因的相对表达量分别比CK组降低87.2%、86.9%和97.8%。【结论】相较于拟南芥和玉米,水稻WOX基因家族成员在系统发育进化上较先进,仅保留OsWOX8一个古老分支,且其启动子区域均含有大量光响应和胁迫响应元件,推测其在功能上偏向于参与光合作用和逆境应答方面。OsWOXs基因在水稻种子萌发、幼苗及各种非生物胁迫下呈现丰富多样的表达模式,其中OsWOX9和OsWOX11基因为调控种子萌发的关键基因。