苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

[目的]全基因组鉴定苦荞WOX(WUSCHEL-related homeobox)基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础.[方法]基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列.基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员.同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征.比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性.基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树.以MS+2,4-D 3.0 mg·L-1+6-BA 1.0 mg·L-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率.qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平.基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性.[结果]共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布.系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD(Homeodomain)、START和MEKHLA结构域.保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个.基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个.顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件.系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有.基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性.表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性.[结论]苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性.