杜仲KNOX基因超家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达特征分析

《BMC Plant Biology》：Evolution and regulatory roles of the KNOX gene in Eucommia ulmoides in growth, development, and multiple stress responses

　　

摘要

背景

KNOX (KNOTTED1样同源框)属于一类重要的同源框基因，这些基因编码同源域蛋白，能够与靶基因的特异顺式元件结合，参与植物发育、次级代谢和胁迫适应。然而，KNOX基因家族的全基因组鉴定在E. ulmoides中尚未见报道。

结果

在本研究中，基于E. ulmoides基因组数据库鉴定出8个KNOX蛋白。系统发育分析表明，EuKNOX蛋白根据与Arabidopsis中KNOX蛋白的同源性分布在五个亚群中，这些基因在六条染色体上呈不均匀分布。基因结构分析显示，EuKNOX基因含有三到四个内含子，同一亚群内的基因具有相似的内含子数目。顺式调控元件预测表明，EuKNOX基因参与激素响应、光响应和胁迫响应。RNA-seq数据揭示了组织特异性表达模式，其中五个EuKNOXs在木质部中高表达。大多数EuKNOXs的表达水平在雌花中高于雄花。EuKNOXs参与树皮、果实和叶片发育、Eu-rubber生物合成和叶片颜色形成。qRT-PCR结果显示，NaCl和GA₃诱导了大多数EuKNOXs的表达，特别是EuKNOX5在NaCl胁迫24小时后被诱导了343倍。而MeJA处理抑制了大多数EuKNOXs基因的表达。在干旱和ABA处理下，EuKNOXs表现出先升高、后降低再升高的趋势。

结论

本研究系统鉴定并表征了E. ulmoides中的KNOX超家族。我们的结果表明，EuKNOX基因在NaCl、GA₃、MeJA和ABA胁迫下存在差异表达。这些发现为未来EuKNOX基因的功能研究奠定了基础，并为E. ulmoides非生物胁迫抗性的遗传改良提供了有价值的见解。