枣Dof基因家族鉴定及表达分析

前言

Dof 转录因子（单锌指 DNA 结合蛋白）家族是植物中所特有的[1]，由 200～400 个氨基酸残基组成，Dof 蛋白含有 2 个主要的保守结构域：N 端保守的 DNA 结合域和位于 C 端的转录调控域[2]。Dof蛋白 N-末端的 DNA 结合域有由 52 个保守的氨基酸残基组成的 CX2CX21CX2C 单锌指结构。Dof 蛋白的 DNA 结合域与不同植物的启动子 DNA 结合具有特异性，识别 AAAG 或互补序列 CTTT 基序作为核心序列元件[3]。C-末端的转录调控结构域的氨基酸序列保守性较低[4]，所以 Dof 蛋白功能具有多样性，能够与其他转录因子相互作用，也能够通过激活或者抑制靶基因来调控转录过程，从而发挥功能[5]。

研究发现 Dof 转录因子可以调控植物的生长发育[6]，例如植株表型的变化、开花时间的变化、叶片的衰老、种皮形成和胚乳发育[7]等。例如水稻 OsDof3 参与赤霉素调控表达[8]；OsDof12 调控长日照条件下开花[9]。玉米 ZmDof3 调控玉米胚乳发育[10]；ZmDof36 正向调控转基因玉米的淀粉合成[11]。

1 结果与分析

1.1 枣 Dof 基因家族的鉴定

将以拟南芥 Dof 家族蛋白为目标序列与枣蛋白质文件进行 blast 比对后的 BLASTP OUT 文件打开并复制到 excel，进行排序剔除冗余，然后删除重复值还剩 32 个蛋白序列，经 NCBI CD-search 验证到29 个含有 Dof 结构域的枣蛋白。再通过NCBI 查询基因号列表记录得出共有 4 对蛋白的基因ID相同，删除重复值，因此共鉴定出 25 个 Dof 基因，将这些成员命名为 ZjDof1～ZjDof25。

1.2 枣 Dof 基因家族进化树分析

对拟南芥、水稻、枣基因组中的 Dof 家族成员进行进化树分析，根据进化树结果将拟南芥（36 个）、水稻（30 个）和枣（25 个）共 91 个 Dof 基因分为 A、B1、B2、C1、C2.1、C2.2 等 9 个亚家族（图 1）。其中 C3 亚家族只含有拟南芥 Dof 基因，说明拟南芥和水稻、枣的物种分化时间早于 Dof 基因的分化时间。而其他 8 个亚家族均含有水稻和枣 Dof 基因，说明枣和水稻的物种分化时间晚于 Dof 基因的分化时间。枣 Dof 在不同的组间分布不均衡，其中 D1 组分布枣 Dof 成员最多有 6 个，其次是 A 组有 4个。

1.3 枣 Dof 基因家族表达谱分析

利用枣的转录组数据绘制了枣 Dof 基因在叶、韧皮部、花、膨大果、半红果实、全红果实中的表达热图（图 2）。结果显示 ZjDof11、20、17、19 在上述组织中均未检测到表达；ZjDof06、ZjDof14、ZjDof21、ZjDof25 在枣叶组织中高表达；ZjDOf05、ZjDof08、ZjDof13、ZjDof18、ZjDof24 在枣韧皮部中高表达；ZjDof04、ZjDof06、 ZjDof15、ZjDof23 在枣膨大果中高表达。ZjDof02、ZjDof03 在半红果实中高表达。在全红果实中表达量最高的是 ZjDof01。除 ZjDof01、09、12、16、18、24、25 外，其他 Dof 基因在上述部位均有不同量的表达。可知 Dof 基因在枣的不同组织的表达情况存在差异，具有组织表达特异性。

2 结论与讨论

本研究通过生物信息学方法共鉴定出 25 个枣 Dof 家族基因。并利用拟南芥和水稻中的 Dof 成员进行进化树分析，结果显示枣 Dof 亚家族分类与拟南芥相比少了 C3 亚群，水稻 Dof 基因亚家族分类也是如此。此前的研究结果表明，可以根据目标物种与其他生物某一个基因的系统进化结果来进行功能预测[12]，即系统进化树中分类为同一组的不同物种的在基因功能等方面都相对保守。拟南芥AtDof2.5 和 AtDof3.7 被发现与拟南芥种子的萌发有关[13]，那么可以推测与其同位于 C2.1 亚家族的亲缘关系最近的 ZjDof10 可能与枣的种子的萌发有关。AtDof3.4 过表达影响细胞的大小和数量，导致植株矮化[14]， 同理推测 ZjDof15 也可能有相似的功能。

随着越来越多的 Dof 家族成员被鉴定出来，研究人员对 Dof 基因的研究将更加深入。枣具有重大的经济、生态、营养和药用价值，因此探明枣 Dof 基因与其他蛋白、靶基因等的互作机理，更全面的预测功能，譬如研究它对发育和组织分化的作用，对次生代谢例如类黄酮的调控功能等具有重大意义。希望本研究能够为枣 Dof 基因的功能鉴定提供一点理论参考。

参考文献

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作者简介：郭明欣（1983-），男，博士，副教授，研究方向：枣树分子生物学。E-mail：mxguolynu@126.com