龙眼PIFs家族全基因组鉴定及其表达分析

[目的]PIFs属于basic helix-loop-helix(bHLH)转录因子家族的第15亚族,研究其在龙眼(Dimocarpus longan Lour.)中的表达特征可为其参与调控植物的生长发育和抵御逆境胁迫过程中的作用机制提供参考.[方法]基于龙眼基因组和转录组数据进行PIFs基因家族的鉴定与生物信息学分析,对其启动子序列进行顺式作用元件分析;基于龙眼体胚发生早期3个阶段[胚性愈伤组织(Embryogenic callus,EC)、不完全胚性紧实结构(Incomplete embryotic compacted structure,ICpEC)、球形胚(Spherical embryo,GE)]、不同组织部位(花、花蕾、叶、果皮、果肉、根、种子、茎、幼果)、不同温度(15℃、25℃、35℃)和不同光质(蓝光、白光和黑暗)处理下龙眼EC转录组数据,通过龙眼PIFs的FPKM值分析其表达模式,并采用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析DlPIFs在龙眼体胚发生早期、不同生长调节剂[生长素(2,4-D)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)]处理下的表达情况.[结果]生物信息学分析表明所鉴定的龙眼PIFs家族8个成员均具有bHLH结构域,编码区长度介于975～2298 bp,包含5～8个外显子和6个motif,亚细胞定位预测均定位于细胞核.DlPIFs启动子中不仅含有响应光、激素和非生物胁迫的作用元件,还具有与种子生长和胚胎发育过程相关的作用元件.系统进化树分析显示DlPIFs分布在4大分支上,与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、甜橙[Citrus sinensis(L.)Osbeck]亲缘关系较近.不同组织器官的转录组数据分析结果表明,DlPIF1-1的表达量在种子中最高,DlPIF1-2的表达量在果肉中最高,DlPIF4的表达量在茎中最高,DlPIF5的表达量在花蕾中最高,DlPIF7和DlPIF8的表达量在叶中最高.不同光质转录组数据分析结果表明,DlPIF1-1、DlPIF5和DlPIF8在蓝光处理下的表达量明显高于对照,DlPIF4在白光和蓝光处理下的表达量均明显高于对照,DlPIF1-2在3种光质处理下的表达量差别不明显.不同温度的转录组数据分析结果表明,相对高温(35℃)促进DlPIF4和DlPIF6的表达,抑制DlPIF1-1、DlPIF1-2、DlPIF3和DlPIF8的表达;相对低温(15℃)促进DlPIF1-1、DlPIF3和DlPIF5的表达,抑制DlPIF1-2、DlPIF4、DlPIF6和DlPIF8的表达.qRT-PCR结果显示,DlPIF1-1、DlPIF5、DlPIF6和DlPIF8的表达量随着龙眼体胚早期的发育不断下降,DlPIF1-2和DlPIF3的表达量在EC到ICpEC阶段下降,在ICpEC到GE阶段上升,DlPIF4和DlPIF7的表达模式与之相反.与其他成员相比,DlPIF5和DlPIF7的表达量在5种生长调节剂处理下都具有明显变化.[结论]DlPIFs家族在龙眼的生长发育进程中可能具有不同的功能,并可能参与生物胁迫和非生物胁迫的响应过程.