玉米KNOX基因家族鉴定及组织和逆境表达分析

为揭示玉米转录因子KNOX家族基因功能,采用生物信息学手段在玉米基因组水平鉴定KNOX家族成员,并对家族基因逆境和组织表达谱进行分析。结果显示:(1)玉米基因组有22个ZmKNOX基因,根据其在染色体上的位置依次命名为ZmKNOX1-ZmKNOX22;编码蛋白质亚细胞定位预测发现,除ZmKNOX5、ZmKNOX11、ZmKNOX12和ZmKNOX15定位于线粒体以及ZmKNOX7定位于细胞质外,其余家族蛋白质均定位于细胞核;进化树分析表明,大多数ZmKNOX与高粱聚在一个分支,表明两物种系统发育关系较近,且基因结构与蛋白进化分类存在一定关联性。(2)全生育期组织表达分析发现,ZmKNOX具有不同的表达模式,且基因的生育期表达模式与蛋白进化分类具有一定相关性。其中ZmKNOX13、ZmKNOX20、ZmKNOX1和ZmKNOX21属全生育期组成型高表达,ZmKNOX3、ZmKNOX5、ZmKNOX6和ZmKNOX14为全生育期组成型低表达,而ZmKNOX4、ZmKNOX8、ZmKNOX9和ZmKNOX17-19的表达具有阶段性和组织特异性,并在胚胎、种子萌发时期、胚芽鞘、茎尖、茎节间、顶端分生组织和花序中较高表达;进一步对生育期数据进行共表达分析发现,ZmKNOX13所在的与根分生发育期相关性最高的模块,与蛋白质泛素化生物学过程密切相关。(3)在盐、冷、热和UV处理下,有8个ZmKNOX家族基因表现出不同的响应模式,但基因表达量变化不大。其中冷处理下ZmKNOX6表达明显上调,热处理下ZmKNOX14明显下调表达,盐胁迫下ZmKNOX13明显上调表达而ZmKNOX13和ZmKNOX14却明显下调,上述3个基因(除ZmKNOX13)均具有生育期低表达的特点。(4)测序数据分析发现,盐处理下叶片中上调的ZmKNOX3和ZmKNOX13基因,根系中下调的ZmKNOX3、ZmKNOX6和ZmKNOX17基因的表达模式基本一致,在不同处理时间ZmKNOX3在叶片和根中均稳定表达,但表达方式相反。研究表明,玉米ZmKNOX家族基因在玉米生长发育和逆境响应过程中具有重要作用。