西瓜全基因组ClTCP转录因子的鉴定与表达分析

    时丕彪 吴维芳 方炳生 杨景华 张明方 胡仲远

    

    目的与意义： TCP蛋白是植物特有的一类转录因子，对植物的生长发育及形态建成起着重要的调控作用，比如：种子萌发、植株分枝、叶和花的发育等过程。西瓜是世界性的重要经济作物，栽培面积广阔，经济效益显著。但是关于西瓜TCP基因家族的研究至今还没有报道。本研究利用生物信息学分析，功能预测与验证等方法，揭示西瓜TCP家族的结构与表达特征，为西瓜TCP家族的功能分析奠定基础。

    材料与方法： 本研究利用生物信息学方法，基于西瓜全基因组数据库信息，首次对西瓜TCP转录因子家族成员进行鉴定与命名，并系统分析了其序列、分类、结构、进化、染色体位置、保守结构域，及通过时空表达分析预测各TCP亚家族的潜在功能。

    结果与分析： （1）获得27个TCP类型基因，分别命名为CITCPla—CITCP21。27个TCP基因广泛分布于西瓜的其中9条染色体上。所有TCP蛋白都含有一个由55或59个氨基酸组成的非典型的bHLH保守结构域，即TCP结构域。根据结构域差异及系统进化关系分析，可将西瓜TCP基因家族分为I类和11类2个亚家族，其中II类又可分为CYC/TBl和C1N 2个分支。（2）半定量RT-PCR结果表明TCP基因具有时空表达模式差异，27个基因在茎尖端分生组织均具有较高的表达量;大多数C1N类基因在种子、子叶和叶片中具有相对较高的表达量;大多数CYC/TBl型TCP基因在节间和茎尖端分生组织中的表达量较高;I类基因没有明显的组织表达特异性，可能参与了西瓜生长发育各个阶段的调控。（3）GA和CCC可以分别促进和抑制西瓜的植株高度，RT-qPCR结果发现ClTCPl4a和ClTCPl5基因表达受上述处理影响且与节间长度变化高度正相关。此外，拟南芥TCPl4和TCPl5基因的双突变引起株高降低，而在tcpl4 tcpl5双突变体中过量表达ClTCPl4a和ClTCPl5基因均可使突变体株高回复到野生型水平。并且在过表达植株中，GA生物合成相关基因K01和GA信号接收基因GIDla呈上调表达，与GA降解相关基因GA20x3呈下调表达。表明ClTCPl4a和ClTCPl5 2個基因可能是通过GA相关途径来正向调控植株高度。

    结? ? 论： 本研究在西瓜基因组中发现了27个TCP基因，并将这些TCP基因分为2类。每类/分支的成员都表现出类似的表达式模式。此外，结构和表达模式分析表明TCP家族在这西瓜和拟南芥中具有保守的功能。此外，ClTCP14a和ClTCP15在拟南芥节间伸长功能验证部分佐证了TCP基因在上述两个物种中的保守功能。这些发现将为TCP基因在西瓜中的功能研究与应用提供理论支撑。