番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

[目的]鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考.[方法]采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、P1antCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息.利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等.采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况.[结果]共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为S1DIR1-S1DIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个S1DIR具有一个外显子的经典结构.番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆.基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族.转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量.此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子.结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个S1DIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,S1DIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而S1DIR8、S1DIR13和S1DIR20特异性响应冷胁迫的诱导,S1DIR17特异性响应盐胁迫.番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因S1DIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫.[结论]共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量.S1DIR1、S1DIR13和S1DIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,S1DIR6仅具有MeJA元件,S1DIR27仅具有SA响应元件.另外,S1DIR2、S1DIR14,S1DIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中S1DIR23在不同胁迫处理下均可被激活.此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫.