生物在漫长的进化过程中，会进化出许多应对不利环境条件的生物特性，如高等植物中的芽休眠。芽休眠包含了休眠诱导、维持、解除三个动态变化过程，受多种因素和多个基因的综合调控。Homeobox（HB）是一类广泛存在于真核生物中结构保守的转录因子。有研究表明，HB基因家族中有多个成员在抗逆境胁迫的植物休眠中发挥调控作用。本研究利用BLAST、ggplot2、MapGene2Chro、MEGA等软件结合RT-qPCR等技术从葡萄等多个物种中鉴定了HB基因家族成员，分析了葡萄HB基因在芽休眠等条件下的表达模式。结果发现，十四个物种中共筛选出1470个假定的HB基因家族成员，它们的氨基酸序列长度大多在300-500之间，CDS数大多为3-6个，都含有一个HOX结构域。68个VvHB基因在芽休眠期间显著差异表达，61、60、60和59个VvHB基因分别在干旱、盐、涝和铜胁迫下分别差异表达。筛选出了VIT_06s0004g02800.t01，VIT_10s0116g00680.t01，VIT_12s0028g03080.t01等一批既参与葡萄芽休眠又响应非生物逆境的关键HB基因。这些研究为进一步分析葡萄HB基因在葡萄芽休眠和逆境胁迫中的功能奠定了基础，为研究葡萄HB基因参与芽休眠调控和非生物胁迫提供靶基因。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言（或绪论）2
1 材料与方法2
1.1 材料 2
1.2 方法 2
1.2.1 序列检索3
1.2.2 HB基因家族成员鉴定3
1.2.3 HB家族成员生物信息学分析3
1.2.4 CTAB法提RNA和RTqPCR3
2 结果与分析7
2.1 HB基因家族成员的鉴定7
2.2 HB家族成员的基因位置和序列特征分析7
2.3 HB的蛋白质序列比对，系统发育树和结构域分析11
2.4 葡萄HB在芽休眠期间的表达模式12
2.5 葡萄HB在非生物胁迫下的表达模式14
3 讨论 16
3.1 HB基因家族鉴定和序列分析16
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3.2 HB在葡萄芽休眠中的功能分析16
3.3 HB在葡萄非生物胁迫下的功能分析16
致谢16
参考文献16
附表S1 HB基因长度18
附表S2 HB基因CDS量44
附图 其他物种HB基因在染色体上的分布62
homeobox基因家族鉴定及其在葡萄芽休眠中的表达分析
引言
Homeobox (HB) 基因最先在果蝇中发现。1991年，植物中第一个HB基因在玉米中克隆，随后，在玉米、拟南芥、水稻以及大麦中都克隆了一些HB基因，并正在开展功能研究。但是与动物研究相比，植物尤其重要农作物中的HB基因研究还刚刚起步[1]。HB基因家族成员间保守性主要在于由它们编码的蛋白质中含有HB结构域，它们以家族的形式广泛地分布在基因组中[2]。
HB转录因子由一个大而保守的基因家族编码。HB基因参与植物生长发育的许多方面，在多种激素反应途径中起重要作用。如最大的HB蛋白家族的成员HDZIP转录因子参与高等植物形态建成、生长发育和环境中各种逆境的调控。HB基因家族成员在植物的胚胎发生、aba反应和非生物胁迫等方面起着重要的作用[3]。Xiao[4]的研究表明HB基因能调节植物生长发育，能影响植物的减数分裂。Scarpell[5]等的研究表明，HB基因编码的蛋白在可能参与植物对激素的响应。激素对水稻HB基因Oshox1的表达具有正调控作用[6]。GhHB2/3/4三个基因介导棉花早期发育的赤霉素传递途径，6BA可以上调棉花GhHB4基因的表达，表明HB基因与细胞分裂素信号有关[7]。因此，HB可能与激素调控植物生长生理相关。有研究表明，向日葵的Hahb10基因参与赤霉素的传导，并应答向日葵对光强响应[8]。这说明HB基因可能参与植物响应光强的调控。
多年生植物在生长过程中，会受到外界环境因子导致的不良环境条件影响，如冬天低温霜冻、夏天高温灼伤、季节性干旱或洪水等，这些不良条件严重影响植物的正常发育和生长。为适应变化的气候条件，植物在长期演化过程中，能够通过一系列物质、能量代谢，调节自身生理活动而进入休眠状态，以应对或避开短期或长期的不利环境条件[9]。对于芽休眠当前较为广泛接受的定义是由Lang[10]等提出的“包括分生组织在内的任何结构可见生长的暂时停止”，并基于引起休眠的因素将其分为相对休眠、生理休眠和生态休眠。短日照光周期（SD）和低温是诱导是引起葡萄芽进入休眠的两个主要外部环境因子，此外葡萄芽休眠还受水分代谢、钙离子信号转导、激素、糖、胺、酶以及基因等内部因子的调控[11,12]。Eduardo GonzálezGrandío[13]等的研究发现，在芽内，HB21，HB40和HB53这三个基因与BRC1一起，增强NCED3的表达，导致脱落酸积累，触发激素反应，从而抑制芽的发育，说明HB基因很可能参与了芽休眠的调控。
为了进一步研究葡萄HB基因家族成员在葡萄芽休眠中发挥的作用，本实验选定了14个物种，对其展开HB基因家族成员的鉴定工作，并对HB基因家族成员进行蛋白质序列比对，结构域分析，系统进化分析。同时以葡萄休眠芽为材料，利用RTqPCR技术验证了葡萄HB基因在葡萄芽休眠期间的表达情况。对于葡萄在对抗干旱胁迫、水胁迫、铜胁迫和盐胁迫下的HB基因的表达，并利用已经发表的转录组数据进行挖掘分析，筛选出一批参与葡萄芽休眠和响应非生物逆境的关键HB基因，为以后HB基因在葡萄芽休眠时期的功能研究提供靶基因。
1 材料与方法
1.1 材料
材料采集于江苏省江苏农业博览园的温室中（N32°041.99，E119°157.11），三年生‘白罗莎里奥’葡萄。
分组采样。根据葡萄芽在枝条上的生长位置分为三组：基部组（第三芽至第五芽），中心组（第八芽至第十芽）和顶部组（第十四芽至第十六芽）。每组样品每月20号采集30个芽。
储存。每组样品随机采集30个芽，所有样品取下后均置于液氮中冷冻，然后储存在80℃，备用。
1.2 方法
1.2.1 序列检索
根据植物是否进行芽休眠，将选定的14个物种分成两组：芽休眠组（葡萄，Vitis vinifera；桃树，Populus trichocarpa；梨树，Prunus persica；猕猴桃，Actinidia chinensis；杨树，Pyrus bretschneideri；苹果Malus domestica；柑橘，Citrus sinensis）和非芽休眠组（水稻，Oryza sativa；香蕉，Musa acuminate；拟南芥，Arabidopsis thaliana；草莓，Fragaria vesca；菠萝，Ananas comosus；番木瓜，Carica papaya；番茄，Solanum lycopersicum)。
从在线数据库中下载14个物种的基因组，mRNA和蛋白质注释文件。具体为：从柑橘数据库（V2，http://citrus.hzau.edu.cn/orange/）中下载Citrus sinensis数据文件。从梨数据库Pear Genome Project（V1，http：//peargenome.njau.edu.cn）中获取Pyrus bretschneideri数据集。从猕猴桃基因组数据库（V1，http：//bioinfo.bti.cornell）中下载Actinidia chinensis数据集。从Ensembl Plants数据库（http://plants.ensembl.org/）下载桃Prunus persica（Prupe1.0），香蕉Musa acuminate（MA1），拟南芥Arabidopsis thaliana（TAIR10），葡萄Vitis vinifera和番茄Solanum lycopersicum（SL2.50）等多个数据集。从JGI（https://genome.jgi.doe.gov/portal/）下载菠萝Ananas comosus（V3），草莓Fragaria vesca（V1.1），苹果Malus domestica（V1.0），水稻Oryza sativa（v7.0），番木瓜Carica papaya（ASGPBv0.4）和毛果杨Populus trichocarpa（V3.1）等多个数据集。

原文链接：http://www.jxszl.com/nongxue/yy/607182.html