洋葱WRKY基因家族鉴定及其在鳞茎发育过程中的表达分析

摘要：为了探讨洋葱WRKY转录因子家族的功能，本研究基于洋葱全基因组和鳞茎不同发育时期的转录组数据，利用生物信息学方法筛选并鉴定到55个AeWRK基因家族成员，其编码蛋白序列长度为144-683aa，等电点为5.11-9.65，脂肪系数为47.14-77.24，均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果表明，这55个AcWRKY蛋白都定位在细胞核中。进化树分析显示，洋葱WRXY家族基因分为Croup I、CroupⅡ和CroupⅢ三大类，其中CroupⅡ组可进一步分为5个亚组，洋葱和拟南芥WRKY蛋白在各组中均有分布，推测相同组或亚组中洋葱与拟南芥的WRKY转录因子可能具有相似的功能。保守结构域分析发现，所有AcWRKYs均具有高度保守的WRKYCQK基序及其特有的锌指结构，少数成员存在保守结构域的变异。基因结构和保守基序分析结果显示，不同AcWRKY成员的外显子和motif在数量和分布上存在一定差异，同一组或亚组的成员表现出一定的相似性。转录组数据分析结果表明，绝大多数AcWRKYs基因直接或者间接参与了洋葱鳞茎的发育与形成。本研究结果可为深入研究AcWRKY基因在洋葱鳞茎形成中的机制提供参考。

关键词：洋葱；WRKY基因家族；生物信息学分析；基因表达；转录组分析

中图分类号：S633.2：Q781 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2025）01-0001-11

洋葱（Allium， cepaL）是石蒜科（Amaryllidace-ae）葱属（Atlium）二年生草本植物，富含人体所需多种氨基酸、维生素和矿物元素等，是一种食药两用型蔬菜。洋葱是我国重要的特色蔬菜和出口创汇蔬菜，而且在人们的日常饮食中也发挥着必不可少的作用，其鳞茎，也就是我们常说的洋葱头，富含的有机硫化物具有抗衰老、抗菌、降血脂、促消化等药用价值，深受广大消费者喜爱，具有很好的发展前景。

按洋葱鳞茎形成对光照长度的要求可分为长日生态型、中日生态型和短日生态型。鳞茎化实际是鳞茎类植物形态建成过程中的特异化发育，是植物特定基因表达的结果。WRKY转录因子作为植物所特有的最大基因家族之一，在植物生长发育中扮演重要角色，因含有一段靠近C端由约60个氨基酸残基组成的高度保守的WRKY结构域而得名，这段区域由N端的七肽基序“WRKYGQK”和C端的C2H2或C2HC锌指结构组成。根据WRKY结构域的数量和锌指结构的类型，WRKY家族被分为3大类：Group I成员一般包含2个WRKY结构域和1个C2H2锌指基序：GroupⅡ包含1个WRKY结构域和1个C2H2锌指基序，根据其结构可进一步分为5个亚组，即Ⅱ一a、Ⅱ-b、Ⅱ-e、Ⅱ-d和Ⅱ-e；GroupⅢ成员含有1个WRKY结构域和1个C2HC锌指基序。进一步研究发现，WRKY结构域还存在WKKYSEK、WRKYEQK、WSKYGQK、WRKYGEK以及WKKY等形式的变异序列。在功能方面，WRKY转录因子通过其两端的特异性结构域与靶基因启动子区的W box（TTGACC/T）顺式元件结合，以此激活或抑制靶基因转录，进而调控下游基因的表达。研究表明，WRKY转录因子几乎参与了植物所有的生长发育调控过程，且单个WRKY基因可能参与多个信号调节通路。

随着基因组测序工作的大范围开展，多物种测序已完成，在很多高等植物中鉴定到WRKY家族基因，例如在拟南芥全基因组中鉴定到72个WRKY基因，在粳稻和籼稻中分别鉴定到98和102个，在玉米中鉴定到125个，在大豆中鉴定到182个，在番茄中鉴定到81个，在黄瓜中鉴定到55个，在大蒜中鉴定到63个。虽然洋葱基因组已经公布，但是关于洋葱WRKY家族的全基因组鉴定与分析尚未见报道。本研究基于洋葱全基因组数据库和转录组数据，运用生物信息学手段对洋葱WRKY家族进行全基因组鉴定与分析，以期为解析WRKY基因调控洋葱鳞茎膨大形成的机理研究提供参考。

1材料与方法

1.1植物材料

本试验所用材料为来自山东省农业科学院蔬菜研究所的洋葱双单倍体DH-17，分别取40、54、61、68 d苗龄的植株鳞茎部位，液氮速冻后，于-80℃保存，用于转录组测序（RNA-seq）。

1.2洋葱全基因组WRKY基因鉴定和理化性质分析

从洋葱基因组网站（https：//www.omonge-nome.wur.nl/）下载洋葱全基因组数据、蛋白序列和完整的注释信息（v1.2版本），从Pfam数据库（http：//pfam.xfam.org）中下载WRKY隐马尔科夫模型文件（PF03106）。通过Hmmer 3.0软件构建本地蛋白数据库筛选洋葱WRKY基因。将筛选到的候选序列通过Pfam和NCBI数据库CDD（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/SUucture/cdd/wrpsb.cgi）功能筛选保守结构域，剔除重复或不完整的转录因子，最后获得55个洋葱WRKY基因家族成员。