干旱-复水处理下玉米差异表达bHLH基因的鉴定与分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.09.004

摘要/Abstract

摘要： 为了挖掘玉米（Zea mays）抗旱相关bHLH（Basic helix‑loop‑helix）转录因子，对干旱-复水处理下玉米中差异表达的bHLH基因进行鉴定，并对其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布和复制关系、基因结构和蛋白质保守基序、启动子区顺式作用元件及干旱-复水处理下的表达量等进行分析。结果表明，在干旱-复水处理下玉米中共鉴定筛选出51个差异表达bHLH基因，编码氨基酸数目介于80~705个，分子质量介于21.26~92.17 ku，等电点介于4.54~12.41；bHLH基因分为16个亚族，其中，最大的亚族为Ⅺ（含有9个bHLH蛋白），最小的亚族为Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ和ⅩⅢ（均只有1个bHLH蛋白）；bHLH基因不均匀地分布在玉米10条染色体上，其中有7对基因之间存在复制关系；外显子数目差别很大，有9个bHLH基因含有1 个外显子，27 个bHLH 基因含有2~5 个外显子，15 个bHLH 基因含有6 个及以上外显子；Motif 1和Motif 2在bHLH蛋白的保守基序中出现的频率较高，其次是Motif 3和Motif 5，出现频率最少的是Motif 6 和Motif 9；启动子区域含有ABRE、GARE-motif、P-box、AuxRR-core、MBS，TGACG-motif、CGTCA-motif、TCA-rich、TGA-element和TCA-element等植物激素和非生物胁迫响应元件。干旱-复水处理下，51 个玉米bHLH 基因呈现不同的表达模式，其中，ZmbHLH20、ZmbHLH25、ZmbHLH9、ZmbHLH137、ZmbHLH178等14 个基因正向响应干旱胁迫，ZmbHLH58、ZmbHLH87、ZmbHLH36、ZmbHLH106等14 个基因负向响应干旱胁迫，它们是今后深入研究玉米bHLH 家族响应干旱的候选基因。

关键词: 玉米, bHLH转录因子, 干旱, 复水, 差异表达基因

Abstract: In order to explore bHLH transcription factors related to drought resistance in maize（Zea mays），differentially expressed bHLH genes were identified under drought‑rewatering treatment，and physicochemical characteristics，phylogenetic evolution，chromosome distribution，gene duplication，gene structure，conserved motif，cis‑elements in promoter region and gene expression were analyzed.The results showed that a total of 51 differentially expressed bHLH genes were identified in maize under drought‑rewatering treatment，the amino acid number，molecular weight and isoelectric point of 51 bHLH proteins ranged from 80 to 705 aa，21.26 to 92.17 ku，and 4.54 to 12.41，respectively.bHLH genes were divided into 16 subgroups，Ⅺ subgroup was the largest，containing 9 bHLH proteins；Ⅵ，Ⅷ，Ⅸ and ⅩⅢ subgroups were the smallest，containing 1 bHLH protein each. bHLH genes were distributed unevenly on 10 chromosomes，among which 7 pairs of genes had replication relationships.The number of exons varied greatly，9 bHLH genes contained 1 exon，27 bHLH genes contained 2—5 exons，and 15 bHLH genes contained 6 or more exons；Motif 1 and Motif 2 appeared more frequently in the conserved motifs of bHLH protein，followed by Motif 3 and Motif 5，with Motif 6 and Motif 9 appeared least frequently.The promoter region of bHLH genes contained many cis‑acting elements related to plant hormones and abiotic stress，such as ABRE，GARE‑motif，P‑box，AuxRR‑core，MBS，TGACG‑motif，CGTCA‑motif，TCA‑rich，TGA‑element and TCA‑element. Under drought‑rewatering treatment，51 bHLH genes exhibited different expression patterns，among them，14 genes such as ZmbHLH20，ZmbHLH25，ZmbHLH9，ZmbHLH137and ZmbHLH178 positively responded to drought stress，and 14 genes such as ZmbHLH58，ZmbHLH87，ZmbHLH36 and ZmbHLH106 negatively responded to drought stress，which were candidate genes for further study of drought response in maize bHLH family.

Key words: Zea mays, bHLH transcription factor, Drought, Rewatering, Differentially expressed gene

中图分类号:

S513

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