孝顺竹中笋箨衰老相关WRKY转录因子的鉴定与分析

[目的]孝顺竹(Bambusa multipex)笋箨中含有大量的叶绿体,具有进行光合作用的功能,是竹秆快速生长时期的一个重要碳源.笋箨与所附着节间是一种"源-库"关系,其衰老对节间的伸长生长具有重要影响.通过鉴定和分析孝顺竹笋箨中衰老相关的WRKY转录因子,为研究笋箨的衰老机制和调控机制奠定基础.[方法]基于孝顺竹笋箨 3 代全长转录组数据库,使用HMMER软件进行WRKY转录因子的初步搜索,之后通过保守结构域分析和去冗余获得候选基因.与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中已验证过的参与叶片衰老调控的WRKY转录因子进行同源性比对分析,以预测孝顺竹WRKY转录因子家族中参与衰老调控的成员.基于不同发育时期笋箨的 2 代转录组数据,分析候选BmWRKYs在笋箨发育不同阶段的表达模式以进行功能预测.通过检测叶绿素含量和膜离子渗透率对不同长度第 3 节间笋箨的发育状态进行鉴别,并进行实时荧光定量PCR实验对部分候选基因在笋箨不同发育时期的表达水平进行检测,以对WRKY基因家族中与笋箨衰老相关的成员进行进一步验证.[结果]在孝顺竹笋箨中共鉴定到 83 个蛋白质序列长度为 119～1751 个氨基酸的WRKY转录因子.基于蛋白质结构和系统发育分析,将 83 个BmWRKYs分为Ⅰ、Ⅱ a—e和Ⅲ 3 大组,其中被鉴定为Ⅰ类的Bm-WRKY转录因子最多,为 39 个;Ⅱ a、Ⅱ b、Ⅱ c、Ⅱ d、Ⅱ e亚家族分别有 2、16、11、12 和 2 个BmWRKY成员;仅有 1 个BmWRKY被鉴定为Ⅲ类WRKY转录因子.此外,通过与拟南芥基因组中已鉴定的衰老相关WRKY进行同源比对分析,共获得 31 个与笋箨衰老相关的候选基因BmWRKYs.基于候选基因BmWRKYs在孝顺竹笋箨不同发育时期的表达模式,将 31 个候选BmWRKYs分为a、b、c、d4 种类型.a类包括BmWRKY 59、BmWRKY 75、Bm-WRKY 6、BmWRKY 4、BmWRKY 41、BmWRKY 51、BmWRKY 26、BmWRKY 48、BmWRKY 53、BmWRKY 36、BmWRKY 42、BmWRKY 18 和 BmWRKY 10;b 类 包 括 BmWRKY 2、BmWRKY 74、BmWRKY 38、BmWRKY 76、BmWRKY 30、BmWRKY 43、BmWRKY 69 和 BmWRKY 72;c 类包括 BmWRKY 15、BmWRKY 68、BmWRKY 28、BmWRKY 12 和BmWRKY 7;d类包括BmWRKY3、BmWRKY 21、BmWRKY1、BmWRKY25和BmWRKY 5.孝顺竹不同长度第 3 节间所附着的笋箨具有不同的发育状态,当第 3 节间长度在20～25 cm时叶绿素已开始出现降解.随着第 3 节间伸长生长减缓程度的增加,笋箨的衰老程度也在加剧,当节间长度为 30 cm左右时,笋箨已明显衰老.部分Bm-WRKYs在孝顺竹不同发育时期笋箨中的表达水平表明,a类BmWRKYs中,BmWRKY 4、BmWRKY 48和BmWRKY 53可能是笋箨衰老的正调控因子,而d类中的BmWRKY 21可能是孝顺竹笋箨衰老的负调控因子,并且在笋箨发育早期起作用.[结论]笋箨是孝顺竹节间快速生长阶段的重要碳源,其衰老涉及营养物质的再动员.对笋箨衰老调控的研究是节间快速伸长机制研究的一个重要切入点.本研究鉴定得到多个在孝顺竹笋箨衰老进程中具有重要潜在作用的BmWRKYs,研究结果将为今后深入分析WRKY转录因子调控笋箨衰老的分子机制奠定基础.