巨桉GRF基因家族生物信息学分析及其在不同氮水平下的组织表达模式

【目的】从全基因组水平上鉴定巨桉生长调节因子（growth-regulating factor,GRF）基因家族成员,分析其在不同氮素水平下的组织表达模式,为巨桉GRF基因功能研究及氮高效利用桉树品种的培育奠定基础。【方法】在NCBI网站中选择巨桉基因组,用拟南芥和毛果杨的GRF蛋白序列与巨桉基因组数据库进行BLAST蛋白序列同源比对,并通过InterPro和SMART数据库进行保守结构域分析,获得巨桉GRF基因。利用在线网站Ex-pasy protparam、SignalP-5.0、WoLF PSORT和SOPMA,对巨桉GRF蛋白进行基本理化性质分析、信号肽预测、亚细胞定位及二级结构预测。利用MEGA7.0软件构建系统进化树,使用MEME在线平台分析EgrGRF蛋白的保守结构域和基序,用Plant CARE预测基因上游的顺式作用元件,并使用TBtools软件将结果可视化。以2年生巨桉苗为供试材料,浇灌氮素浓度分别为45（高氮）、15（常规氮）和1.5（低氮）mmol/L的营养液,4 d后取样,采用实时荧光定量PCR技术检测EgrGRF基因在3种氮素水平下的叶片、茎和根中的表达情况。【结果】鉴定得到6个巨桉GRF基因家族成员（EgrGRF1~EgrGRF6）,分布于4条染色体上;6个EgrGRF蛋白的氨基酸数目为296～605个,分子质量为33 415.86～64 630.89 u,理论等电点为7.29～8.85,脂溶指数为39.93～64.79,均为亲水性蛋白;无规则卷曲和α-螺旋为主要二级结构元件,均定位于细胞核上,未检测到信号肽存在。系统进化树分析表明,巨桉、毛果杨和拟南芥的GRF家族成员可分为4组,各组中EgrGRF蛋白数量分别为0,3,1和2个,多数EgrGRF成员与毛果杨亲缘关系较近。基因结构及蛋白基序分析结果显示,巨桉GRF基因家族成员具有2～4个内含子;6个EgrGRF蛋白均具有CX₉CX₁₀CX₂H和QX₃LX₂Q保守基序。顺式作用元件分析表明,EgrGRF基因启动子区含有茉莉酸甲酯、脱落酸、分生组织表达及低温等响应元件。实时荧光定量PCR结果显示,EgrGRF2和EgrGRF6基因在低氮处理的巨桉叶片中优势表达,EgrGRF2、EgrGRF3、EgrGRF5和EgrGRF6基因在低氮处理根中的表达量较高氮和常规氮处理显著升高,EgrGRF4基因在常规氮处理茎中的表达量最高。【结论】鉴定获得6个巨桉GRF基因家族成员,其中EgrGRF4基因可能参与茎生长发育的调控,EgrGRF2、EgrGRF3、EgrGRF5和EgrGRF6基因可能参与了巨桉对低氮胁迫的响应。