番茄组蛋白修饰基因家族鉴定及表达分析

【目的】植物组蛋白的功能修饰包括乙酰化修饰和甲基化修饰，在植物生长发育及逆境响应的过程中发挥着重要作用。番茄组蛋白修饰（Histone modification，HM）基因家族的生物学功能及分子机制尚不清楚，该文旨在进一步明确番茄 HM 基因的生物学功能，为其分子机制研究及番茄遗传改良奠定基础。【方法】基于番茄基因组数据库鉴定番茄 HM 成员，利用生物信息学的方法系统分析其 HM 基因家族成员的系统进化、基因结构、染色体定位，通过在线转录组数据分析番茄 HM 基因家族时空表达模式。【结果】共鉴定到 148 个番茄 HM 基因，其中32 个编码组蛋白乙酰转移酶（Histone acetyltransferase，HAT），11 个编码组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase，HDAC），50 个编码组蛋白甲基转移酶（Histone methyltransferase，HMT），55 个编码组蛋白去甲基化酶（Histone demethylase，HDM）。148 个基因不均匀地分布在 12 条染色体上，其中 3 号染色体上分布最多、有 21 个基因，12号染色体上分布最少、有 4 个基因。基因结构特征分析表明，番茄 HM 基因之间外显子的差异较大，最多可达 34 个、最少仅有 1 个。蛋白质结构域分析结果显示，Solyc07g064130、Solyc11g005670、Solyc10g006480 仅含有 Ubl 结构域，Solyc07g062100、Solyc10g077110 和 Solyc03g083310 仅含有 Zn-finger 结构域，另有 10 个成员含有 Bromo 结构域、48 个成员含有 SET 结构域，其他成员还包含 PLN02529、PRMT5 等结构域。此外，番茄 HM 与拟南芥和水稻中的同源蛋白关系均较远，且与水稻相比，番茄 HM 序列与拟南芥同源蛋白序列亲缘关系较近。根据聚类分析，将番茄HM 分成 HAT、HDAC、HMT、HDM 4 个家族。组织表达分析表明，HAT 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、开花后10 d 的果实（10 DPA）、花（fr）、根（rr）、未成熟的果实（Plgfr）中高表达；HDAC 家族在发芽后 30 d 的花（F30）和未成熟果实（Plgfr）中高表达；HMT 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、在全株 50% 的花开放时的花（F45）、花蕾（br）、3 cm 果实（3fr）、未成熟 5 cm 果实（PB+5fr）中高表达；HDM 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、在全株 50% 的花开放时的花（F45）、花蕾（br）、花（fr）、根（rr）、3 cm 果实（3fr）、未成熟 5 cm 果实（PB+5fr）中高表达。【结论】不同番茄 HM 的基因结构差异较大，包含多种功能结构域。番茄 HM 与拟南芥、水稻 HM 的同源关系较远，且在植物不同生长发育阶段及不同器官组织中均有一定的表达，表明该类基因可能参与番茄多种生长发育过程。

Identification and Expression Analysis of Histone Modification Gene Family in Tomato