文章編號(hào)1000-5269（2024）06-0106-12

DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2024.06.16

摘要：JAZ（jasmonate ZIM-domain，JAZ）蛋白是一類茉莉酸途徑的調(diào)節(jié)因子，通過與其他信號(hào)通路相關(guān)成員互相作用，共同調(diào)節(jié)植物各類重要生命活動(dòng)。為更好地了解JAZ基因家族在百香果（Passiflora edulis Sims）中系統(tǒng)表征并預(yù)測(cè)基因功能，本研究通過生物信息學(xué)方法對(duì)百香果JAZ基因鑒定并對(duì)其基因特征、系統(tǒng)進(jìn)化、表達(dá)模式等進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明：百香果全基因組編碼12個(gè)JAZ基因不均勻地分布在4條染色體上，隸屬6個(gè)亞家族（Group I—VI）；進(jìn)化分析表明，PeJAZ基因的擴(kuò)增主要?dú)w因于片段復(fù)制事件；蛋白互作預(yù)測(cè)分析表明，PeJAZs蛋白具有功能多樣性；轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)分析揭示了PeJAZ基因不同組織和不同脅迫下具顯著的表達(dá)差異；值得關(guān)注的是，PeJAZ3可能是協(xié)助百香果抗病毒的一個(gè)潛在基因。上述發(fā)現(xiàn)可為進(jìn)一步研究PeJAZs功能和調(diào)控機(jī)制提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：百香果；JAZ基因家族；生物信息學(xué)分析

中圖分類號(hào)：S667.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

茉莉酸（jasmonic acid，JA）是一種重要的植物激素，屬茉莉酸信號(hào)通路的核心物質(zhì)之一。其最早是從茉莉花（Jasminum grandiflorum）中分離得到，故因而得名。JA廣泛存在植物各類組織中，包括植物的種子、根、莖、葉、花及果實(shí)等。JA作為一種植物防御激素，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。此外，茉莉酸還參與了植物的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控。它能夠調(diào)節(jié)植物的根系發(fā)育、花器官的形成和開花時(shí)間以及影響果實(shí)的成熟和落葉［1］。JA信號(hào)通路是一個(gè)復(fù)雜的共同調(diào)控途徑，它包括了JA信號(hào)的感知、轉(zhuǎn)導(dǎo)以及下游效應(yīng)基因的重新轉(zhuǎn)錄編譯等過程［2］。茉莉酸ZIM結(jié)構(gòu)域蛋白（jasmonate ZIM-domain，JAZ）被認(rèn)為是JA輔助受體的重要組成部分，在JA信號(hào)通路中起著至關(guān)重要的作用［3］。在靜息狀態(tài)下，JAZ與新的JAZ相互作用物和無頂輔阻遏物相互作用來調(diào)控下游的轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor，TF）的活性。當(dāng)受體感知到JA后，JA將結(jié)合到SCF蛋白（SKP1-CULLIN-F-box protein）與E3泛素連接酶復(fù)合物的冠菌素不敏感蛋白1（coronatine insensitive 1，COI1）亞基形成茉莉酸-異亮氨酸（jasmonoyl-isoleucine， JA-Ile）綴合物，這將導(dǎo)致COI1激活并形成SCF^COI 1泛素連接酶復(fù)合物。SCF^COI 1的形成將促進(jìn)JAZ蛋白的泛素化及降解，從而解除對(duì)下游的TF的抑制。由此，轉(zhuǎn)錄因子得到釋放并且調(diào)節(jié)JA響應(yīng)基因的表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)植物抗逆［4］。

JAZ蛋白存在于幾乎所有的高等植物中。JAZ蛋白亞家族隸屬TIFY家族，它包含ZIM、Jas和NT三個(gè)相對(duì)保守結(jié)構(gòu)域［5］。位于JAZ蛋白N-端的TIFY結(jié)構(gòu)包含TIF［F/Y］XG保守序列，其可以結(jié)合下游MYC2基因以發(fā)揮相應(yīng)功能［6］。位于JAZ蛋白C-端的Jas結(jié)構(gòu)域具有高度保守的核心序列SLX-2FX-2KRX-2-RX5-PY，其可以特異性結(jié)合COI1［7］。此外，在N-末端的弱保守區(qū)NT可以與DELLA蛋白相互作用以抑制JA信號(hào)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)植物各項(xiàng)生命活動(dòng)［8］。

大量研究表明，JAZ基因在調(diào)節(jié)不同物種對(duì)生物和非生物脅迫的適應(yīng)或防御中發(fā)揮著重要作用。例如，擬南芥（Arabidopsis thaliana）的高階突變體jazQ增強(qiáng)了花青素和葡萄糖苷硫酸鹽的生物合成及對(duì)昆蟲的防御［9］。在番茄（Solanum lycopersicum L.）中，SlJAZ2作為氣孔保護(hù)細(xì)胞中冠毒素的主要輔助受體，在抵抗病原體灰葡萄孢（Botrytis cinerea）中發(fā)揮關(guān)鍵作用［10］。在水稻（Oryza sativa L.）中，OsJAZ8作為一種JA信號(hào)傳導(dǎo)的抑制劑，正向調(diào)節(jié)植株對(duì)水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）的抗性。除介導(dǎo)生物脅迫外，JAZ蛋白還積極參與非生物脅迫響應(yīng)。在水稻（O.sativa）中，OsJAZ9蛋白作為茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，調(diào)節(jié)鹽脅迫或缺鉀耐受性［11］。在菊花（Chrysanthemum morifolium）中，過表達(dá)CmJAZ1基因可以延長(zhǎng)菊花的開花時(shí)間［12］。此外，過表達(dá)GsJAZ2的大豆（Glycine max L.）顯示出對(duì)鹽和堿脅迫更強(qiáng)的耐受性［13］。

百香果（Passiflora edulis Sims）系多年生常綠藤本植物，廣泛種植于我國(guó)東南沿海等地區(qū)，具有巨大的食用和觀賞價(jià)值［14］。百香果的生長(zhǎng)發(fā)育過程對(duì)環(huán)境條件高度敏感，在遭受生物或非生物脅迫時(shí)會(huì)導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降。盡管JAZ家族基因在眾多研究中已經(jīng)被報(bào)道在植物生長(zhǎng)發(fā)育以及非生物/生物脅迫中具有重要的調(diào)節(jié)作用。但在百香果中仍然缺乏與JAZ基因家族相關(guān)的系統(tǒng)研究。本研究利用生物信息學(xué)方法鑒定出12個(gè)百香果JAZ基因并對(duì)其序列特征、系統(tǒng)進(jìn)化、基因結(jié)構(gòu)、保守結(jié)構(gòu)及順式作用元件和潛在蛋白作用進(jìn)行表征，為PeJAZs基因功能的研究奠定了理論基礎(chǔ)，以期為百香果抗逆育種的候選基因篩選提供參考價(jià)值。

1材料和方法

1.1百香果JAZ基因家族的鑒定及其理化特性

基于國(guó)家基因組科學(xué)數(shù)據(jù)庫（https：//ngdc.cncb.ac.cn/）獲得百香果全基因組數(shù)據(jù)及注釋文件（全基因組組裝文件：GWHANWG00000000）構(gòu)建本地?cái)?shù)據(jù)庫。使用HMMER 3.0軟件在百香果基因組蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中搜索JAZ基因家族保守結(jié)構(gòu)域（ID：PF06200、PF09425），從結(jié)果中篩選出E值lt;1×10-5的蛋白質(zhì)序。進(jìn)一步用NCBI-CD數(shù)據(jù)庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/）（E值設(shè)定為0.000 1，其他參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值）和SMART數(shù)據(jù)庫（http：//smart.embl-heidelheid.de/）對(duì)篩選后的蛋白序列進(jìn)行保守結(jié)構(gòu)域的鑒定，證實(shí)了JAZ結(jié)構(gòu)域的存在。通過去除不存在或不完整的結(jié)構(gòu)域序列獲得百香果的JAZ基因家族成員。

根據(jù)PeJAZ基因在染色體位置對(duì)完成鑒定的成員進(jìn)行重命名。使用BUSCA（http：//busca.biocomp.unibo.it/）、ExPASyProtParam（https：//web.expasy）在線軟件，預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)理化性質(zhì)如分子量、理論等電點(diǎn)、氨基酸數(shù)目和不穩(wěn)定系數(shù)等［15］。使用Plant-mPLoc在線工具（http：//www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)。

1.2百香果JAZ基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

為了進(jìn)一步研究在百香果中獲得的12個(gè)PeJAZs基因之間的進(jìn)化關(guān)系，基于TAIR10數(shù)據(jù)庫（http：//www.arabidopsis.org/）、Ensembe Plant數(shù)據(jù)庫（http：//plants.ensembl.org/index.html）、國(guó)家基因組科學(xué)數(shù)據(jù)庫、PFAM數(shù)據(jù)庫（http：//pfam.sanger.ac.uk）分別獲取擬南芥（A.thaliana）、獼猴桃（Actinidia chinensis Planch.）、水稻（O.sativa）、高粱（Sorghum bicolor （L.） Moench）、葡萄（Vitis vinifera L.）、番茄（S.lycopersicum）、木豆（Cajanus cajan （L.） Druce）、紅椿（Toona ciliata Roem.）、玉米（Zea mays L.）基因組數(shù)據(jù)。使用MEGA X軟件對(duì)擬南芥AtJAZs、水稻OsJAZs、獼猴桃AcJAZs、高粱SbJAZs、葡萄VvJAZs、番茄SIJAZs、木豆CcJAZs、紅椿TcJAZs和百香果PeJAZs蛋白序列保守結(jié)構(gòu)域序列進(jìn)行多重比對(duì)分析后構(gòu)建NJ樹（Neighbor-Join；Bootstrap=1 000，其余參數(shù)為默認(rèn)）［16］。并使用在線軟件Evolview（https：//www.evolgenius.info/）對(duì)進(jìn)化樹美化［17］。

1.3百香果JAZ基因家族的基因結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域和保守基序分析

選擇TBtools軟件基于百香果基因組注釋文件（general feature format，GFF3）獲取百香果JAZ基因結(jié)構(gòu)分布情況。使用在線分析工具M(jìn)EME（http：//meme-suite.org/）對(duì)百香果JAZ蛋白序列的保守基序進(jìn)行鑒定［18］，參數(shù)設(shè)置為最多15個(gè)基序，每個(gè)基序長(zhǎng)度在6～200個(gè)氨基酸殘基，位點(diǎn)分布為每個(gè)序列零或一個(gè)出現(xiàn)（貢獻(xiàn)基序位點(diǎn)）。旨在找到PeJAZ家族成員之間的差異，通過TBtools軟件對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行可視化。

1.4百香果JAZ基因家族順式調(diào)控元件分析

將鑒定到的12個(gè)PeJAZ基因家族成員，使用TBtools軟件從百香果的GFF3文件中分別提取每個(gè)基因的2 000 bp上游堿基序列，使用在線網(wǎng)站PlantCARE（bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/PlantCARE）進(jìn)行順式作用元件預(yù)測(cè)，在TBtools進(jìn)行可視化［19］。

1.5百香果JAZ基因家族的染色體分布與共線性分析

基于以上下載的擬南芥（A.thaliana）、百香果（P.edulis）、玉米（Z.mays）、水稻（O.sativa）、高粱（S.bicolor）、葡萄（V.vinifera）以及番茄（S.lycopersicum）共6種植物的基因組數(shù)據(jù)。利用Circos工具檢索本地百香果基因組數(shù)據(jù)庫中的PeJAZs位置信息，將其錨定在相應(yīng)的染色體以供后續(xù)分析［20］。為檢測(cè)百香果與上述6種植物中的同源JAZ基因的共線性，使用MCScanX工具分析基因重復(fù)事件［21］，并使用TBtools完成共線性圖譜結(jié)果可視化。

1.6蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)及三維結(jié)構(gòu)同源模建

利用STRING網(wǎng)站（v11.0）（https：//string-db.org/cgi/ input.pl）預(yù)測(cè)PeJAZs蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)［22］。使用Cytoscape（v3.9.1）軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及可視化［23］。通過在線工具SOPMA（https：//npsa-prabi.ibcp.fr/）預(yù)測(cè)PeJAZs蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)。此外，通過Swiss-Model交互式工具（https：//swissmodel.expasy.org/interactive）對(duì)PeJAZ蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和顯示。

1.7轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)提取與分析

基于DNGC數(shù)據(jù)庫（https：//ngdc.cncb.ac.cn/）與NBCI-SRA數(shù)據(jù)庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/）下載百香果轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，分析百香果在不同植株組織中及環(huán)境脅迫下表達(dá)情況。通過TBtools（v2.019）軟件分析百香果的轉(zhuǎn)錄本原始數(shù)據(jù)并用TPM方法計(jì)算轉(zhuǎn)錄本豐度，用Log2與Row scale完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及可視化，相關(guān)原始數(shù)據(jù)詳細(xì)情況見表1。

2.1百香果JAZ基因家族成員鑒定

通過HMM和BlastP對(duì)百香果全基因組的全面檢索，共發(fā)現(xiàn)12個(gè)具有完整JAZ結(jié)構(gòu)域的PeJAZs，并根據(jù)其在染色體的定位順序，分別對(duì)其命名（PeJAZ1—PeJAZ12）（表2）。序列分析表明，12個(gè)PeJAZs蛋白序列的長(zhǎng)度介于128 aa與401 aa之間，氨基酸序列得出的分子量范圍為14.338～42719 kDa，等電點(diǎn)范圍為7.56～9.57。同時(shí)，PeJAZs成員等電點(diǎn)均大于7，推測(cè)其為堿性蛋白。PeJAZ蛋白的脂肪系數(shù)范圍為59.17～77.14。PeJAZs成員均顯示其蛋白性質(zhì)不穩(wěn)定（不穩(wěn)定指數(shù)＞40）。此外，亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)顯示PeJAZs定位于細(xì)胞核、葉綠體中，PeJAZs的上述蛋白質(zhì)性質(zhì)和位置與其他植物的類似，進(jìn)一步驗(yàn)證了鑒定結(jié)果的正確性。

2.2百香果JAZ基因家族成員系統(tǒng)進(jìn)化分析

利用擬南芥（A.thaliana）、獼猴桃（A.chinensis）、水稻（O.sativa）、高粱（S.bicolor）、葡萄（V.vinifera）、番茄（S.lycopersicum）、木豆（C.cajan）、紅椿（T.ciliata）與百香果（P.edulis）的JAZ蛋白序列進(jìn)行多重比對(duì)，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1），結(jié)果顯示共有12個(gè)百香果JAZ基因家族成員被準(zhǔn)確鑒定，該數(shù)量與擬南芥（12個(gè)）數(shù)目相同，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可劃分為6個(gè)亞族（I—VI亞族）。每個(gè)亞族均有成員分布，其中，I亞族中有3個(gè)成員（PeJAZ2、PeJAZ7、PeJAZ10），II亞族中有2個(gè)成員（PeJAZ6、PeJAZ29），III亞族中包含1個(gè)成員（PeJAZ5），IV亞族中有3個(gè)成員（PeJAZ1、PeJAZ3、PeJAZ4），V亞族中有2個(gè)成員（PeJAZ8、PeJAZ11），VI亞族中有1個(gè)成員（PeJAZ12）。系統(tǒng)發(fā)育樹的分支情況反映各物種JAZ基因的進(jìn)化關(guān)系，且隸屬于同亞族的成員具有相同蛋白結(jié)構(gòu)。

2.3基因結(jié)構(gòu)和保守結(jié)構(gòu)域分析

根據(jù)PeJAZs基因家族的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，進(jìn)一步分析PeJAZs基因結(jié)構(gòu)和保守結(jié)構(gòu)域（圖2）。通過將PeJAZs編碼序列（Coding sequence，CDS）與相應(yīng)基因的基因組序列進(jìn)行比較，深入分析其非翻譯區(qū)（untranslated regions，UTR）、CDS和內(nèi)含子分布（圖2（d））。就外顯子長(zhǎng)度和內(nèi)含子數(shù)量而言，屬于同亞家族的成員表現(xiàn)出大致相似的外顯子/內(nèi)含子分布模式，但被歸類為I亞家族的PeJAZ7無UTR，被歸類為IV亞家族的PeJAZ4無3’UTR。最新研究表明，雖然內(nèi)含子不直接參與蛋白質(zhì)組，但內(nèi)含子通常含有可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)異構(gòu)體產(chǎn)生的調(diào)控元件，RNA可以通過保留和通過保留內(nèi)含子的轉(zhuǎn)錄后剪接來擴(kuò)大基因組的蛋白質(zhì)編碼潛力［24］。同時(shí)所有PeJAZs都具有TIFY和Jas保守結(jié)構(gòu)域且保守性較高，不同亞族的PeJAZs之間的保守基序存在差異，體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性和變異性，這為百香果JAZ蛋白行使的功能提供了多樣性（圖2（c））。

此外，利用在線軟件MEME對(duì)12個(gè)PeJAZ基因檢測(cè)10個(gè)保守基團(tuán)（motif1-motif10）。結(jié)果顯示每個(gè)PeJAZs包含3～8個(gè)基序（圖2（c）），其中，有些基序是所有成員共有的，如Motif 2、Motif 3，Motif 1（除PeJAZ8外），說明其是JAZ基因家族成員發(fā)揮功能的重要結(jié)構(gòu)；有些基序是該亞族獨(dú)有，如只有IV亞族成員包含Motif7。Motif4、Motif6僅分布在亞族IV的PeJAZ3、PeJAZ4中，推測(cè)其可能是這兩個(gè)亞家族的特有結(jié)構(gòu)。上述結(jié)果表明，不同亞家族間PeJAZs的功能既有相似之處也有差異，不同基序的詳細(xì)序列見（圖2 （e））。

2.4百香果JAZ基因家族的順式作用元件分析

啟動(dòng)子順式元件的分析可以為基因的組織特異性表達(dá)和應(yīng)激反應(yīng)模式提供思路。本研究對(duì)PeJAZs的啟動(dòng)子序列（啟動(dòng)子上游2 000 bp）進(jìn)行了順式作用元件預(yù)測(cè)分析，PeJAZs基因啟動(dòng)子區(qū)域的所有預(yù)測(cè)的順式調(diào)控元件（cis-regulatory element，CRE）可分為三類：激素反應(yīng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫反應(yīng)，圖3中顯示出代表性的19個(gè)順式調(diào)控元件。結(jié)果顯示，大多數(shù)PeJAZs基因都存在光響應(yīng)元件、植物激素響應(yīng)元件以及脅迫響應(yīng)類元件。其中，PeJAZ7的CREs數(shù)量最為突出，達(dá)到了35個(gè)，而PeJAZ6的CREs數(shù)量較少，只有16個(gè)，這進(jìn)一步說明PeJAZs參與百香果生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)（圖3）。在光響應(yīng)方面，PeJAZs含有最多的順式作用元件是G-box，在參與光響應(yīng)的中起重要調(diào)控作用。在植物激素響應(yīng)方面，PeJAZs中預(yù)測(cè)到最多的順式作用元件是ABRE，其在響應(yīng)脫落酸（abscisic acid，ABA）中具有重要作用；其次是TGACG-motif和CGTCA-motif順式作用元件，它們?cè)陧憫?yīng)MeJA中起作用。在脅迫響應(yīng)方面，PeJAZs含有最多的順式作用元件是MYB和STRE元件，他們分別在干旱、脅迫響應(yīng)中起重要作用。進(jìn)一步證實(shí)了該家族成員在百香果中參與逆境應(yīng)答。

2.5染色體定位及共線性分析

為進(jìn)一步了解百香果JAZ基因家族的進(jìn)化關(guān)系，利用PeJAZs基因進(jìn)行物種內(nèi)和物種間的共線性分析。在百香果基因組內(nèi)的共線性分析顯示（圖4（a）），共有12個(gè)PeJAZs基因不均勻地分布在染色體上（標(biāo)記：Chr01—Chr09），其中，只有4個(gè)染色體上分布PeJAZ基因，分別為Chr01（5個(gè)，416%）、Chro4（2個(gè)，17%）、Chr05（1個(gè)%，84%）、Chr09（4個(gè)，33%）。此外，PeJAZs基因在各染色體上的精確分布也存在明顯差異。Chr01上的成員均靠近5′區(qū)和3′區(qū)，而Chr04上的基因則全部位于5′區(qū)。PeJAZs基因在染色體上的空間分布可能與其功能屬性有關(guān)。為了探究百香果中JAZ基因的基因重復(fù)事件，基于MCScanX方法，確定了7對(duì)存在基因重復(fù)事件的基因?qū)Γ?對(duì)片段重復(fù)基因?qū)?，無串聯(lián)重復(fù)基因?qū)Γ?。這些基因?qū)Π≒eJAZ3和PeJAZ4、PeJAZ2和PeJAZ6、PeJAZ2和PeJAZ10、PeJAZ7和PeJAZ10、PeJAZ6和PeJAZ9等。這表明片段重復(fù)是百香果中JAZ基因家族的主要擴(kuò)增機(jī)制（圖4（a）），而基因家族的擴(kuò)張是由不同基因復(fù)制模式導(dǎo)致，這通常被視為物種進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力。

為進(jìn)一步探索PeJAZs基因復(fù)制時(shí)間并推斷其系統(tǒng)發(fā)育機(jī)制，本研究選擇了6個(gè)具有代表性的物種與百香果進(jìn)行共線性比較分析，包括3個(gè)雙子葉植物（擬南芥、葡萄與番茄）和3個(gè)單子葉植物（水稻、玉米與高粱）。結(jié)果顯示共有13個(gè)PeJAZs與番茄基因組間呈共線關(guān)系，其次是擬南芥（11個(gè)）、水稻（9個(gè)）、葡萄（9個(gè)）、高粱（8個(gè)）和玉米（6個(gè)）（圖4（c））。結(jié)果表明，百香果與雙子葉基因組間的共線性大于百香果與單子葉基因組的共線性關(guān)系，說明百香果JAZ基因家族進(jìn)行了基因拷貝或系統(tǒng)性缺失，以適應(yīng)環(huán)境的變化與需求。其中，有3個(gè)PeJAZs（PeJAZ1、PeJAZ4、PeJAZ9）與6個(gè)代表物種共線關(guān)聯(lián)，表明上述基因可能在PeJAZ基因家族的進(jìn)化過程中發(fā)揮重要作用。

2.6PeJAZs的蛋白-蛋白相互作用分析

蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（protein-protein interacion，PPI）網(wǎng)絡(luò)有助于預(yù)測(cè)序列同源性簇內(nèi)的功能同源物。因此，根據(jù)共線關(guān)系、系統(tǒng)發(fā)育分析和基因定位分析，應(yīng)用STRING在線數(shù)據(jù)庫，通過擬南芥同源AtJAZs蛋白預(yù)測(cè)PeJAZs的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)（圖5）。其中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的大小代表預(yù)測(cè)到的互作蛋白數(shù)量（數(shù)量越多，節(jié)點(diǎn)越大）；圖中灰色線條代表了兩兩蛋白之間存在相互作用關(guān)系。結(jié)果顯示PeJAZ蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中有36個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都與其他多個(gè)節(jié)點(diǎn)相互作用。其他蛋白表現(xiàn)出更復(fù)雜的相互作用，如PeJAZ10、PeJAZ4、PeJAZ11、PeJAZ9、PeJAZ12、PeJAZ5，它們與其他節(jié)點(diǎn)的大量連接，顯示了PeJAZs蛋白的功能多樣性。一些蛋白在PeGRAS蛋白中表現(xiàn)出相互作用，如PeJAZ10和PeJAZ12，PeJAZ10和PeJAZ11，PeJAZ10和PeJAZ4，PeJAZ11和PeJAZ12，PeJAZ11和PeJAZ4，PeJAZ12和PeJAZ4。此外，預(yù)測(cè)與JA通道相關(guān)調(diào)控因子，如JAR1（茉莉酰-L-氨基酸合成酶）、TIFY3A（茉莉酸鹽反應(yīng)抑制因子）、AFPH2（茉莉酸反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子）；MYB家族成員，如MYB21（光照下參與光形態(tài)發(fā)生的轉(zhuǎn)錄因子）、MYB24（與MYB21和MYB57起冗余作用的轉(zhuǎn)錄因子）等為百香果JAZ家族基因功能和蛋白互作研究提供參考。

2.7百香果JAZs成員高級(jí)蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

基于SOPMA在線軟件對(duì)百香果JAZ基因二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示百香果JAZs（PeJAZ1—PeJAZ12）的序列長(zhǎng)度范圍在128～401 aa之內(nèi)，PeJAZs以無規(guī)卷曲為主，其次是α螺旋、延伸鏈與β轉(zhuǎn)角等（表3）。之后運(yùn)用SWISS-MODEL軟件，采用同源建模法對(duì)12個(gè)PeJAZs蛋白進(jìn)行建模。結(jié)果顯示，三級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)果與二級(jí)結(jié)構(gòu)基本一致（圖6），說明在百香果中12個(gè)JAZ基因家族成員蛋白特征均一。

2.8百香果JAZ基因在百香果不同組織中的表達(dá)模式

已有研究表明，JAZ家族基因成員能夠調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育［25］。為明確PeJAZs在百香果不同組織中表達(dá)模式，基于GNDC數(shù)據(jù)庫登錄的百香果原始轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，并對(duì)12個(gè) PeJAZs基因在不同百香果組織中的表達(dá)譜進(jìn)行了表征（圖7）。除了PeJAZ8在根和葉片組織中無表達(dá)水平外，其余成員都顯示出組織特異性表達(dá)模式。值得注意的是PeJAZ1、PeJAZ3、PeJAZ6所有受檢植物組織中都被檢測(cè)，且表達(dá)量較高，說明在百香果植物生長(zhǎng)和發(fā)育過程中發(fā)揮作用。此外，根是植物最為重要的組成部分之一，也是吸收養(yǎng)分、抵御脅迫不可或缺的器官之一［26］。擬南芥AtJAZ4參與調(diào)節(jié)植物根、下胚軸和葉柄的發(fā)育［27］及GhJAZ10在棉花器官和纖維以及根中有較高表達(dá)［28］。其中，部分基于表現(xiàn)出組織特異性表達(dá)模式，如PeJAZ9、PeJAZ10分別在種子和根組織表達(dá)水平最高，與在其他三種植物組織中表達(dá)水平差異明顯，這表明它可能參與了這些器官的特定過程。PeJAZ2、PeJAZ8、PeJAZ12在所測(cè)4種植物組織中表達(dá)水平均低。因此，PeJAZs基因在特定組織或特定發(fā)育階段的大量表達(dá)，意味著它們可能參與了之前尚未探索的百香果生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控機(jī)制。

2.9百香果多種脅迫下JAZ基因的表達(dá)模式

為探索PeJAZs對(duì)不同栽培條件、生物脅迫和非生物脅迫的響應(yīng)。分析黃瓜花葉病毒（CMV）侵染、巖石荒漠化、冷脅迫以及熱脅迫下的百香果轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)并繪制表達(dá)譜（圖8）。結(jié)果顯示，與D型巖石荒漠化環(huán)境相比，同屬于第I亞族的PeJAZ7、PeJAZ10，第II亞族的PeJAZ6，第IV亞族的PeJAZ1、PeJAZ3和PeJAZ4在L型巖石荒漠化環(huán)境中的表達(dá)水平顯著較高，而PeJAZ8、PeJAZ12在兩種石漠化環(huán)境中表達(dá)量均低，其余成員的表達(dá)量無顯著差異（圖8（a））。通過CMV處理，可以檢測(cè)到接種CMV后，PeJAZ3表達(dá)量顯著增加，而PeJAZ1、PeJAZ2、PeJAZ7、PeJAZ8、PeJAZ10和PeJAZ12的表達(dá)量顯著下降，其中，PeJAZ7、PeJAZ8、PeJAZ12表達(dá)量無顯著差異（圖8（b））。與常溫（25 ℃）相比，誘導(dǎo)高溫脅迫（38 ℃）除導(dǎo)致芽中PeJAZ2和PeJAZ5的表達(dá)上調(diào)外，其余成員表達(dá)均明顯下降，其中，PeJAZ8和PeJAZ12表達(dá)水平降到最低（圖8（c））。寒冷脅迫（7 ℃）下，紫色百香果中PeJAZ2、PeJAZ3、PeJAZ7、PeJAZ9和PeJAZ11及黃色百香果PeJAZ5、PeJAZ9中表達(dá)水平明顯高于常溫下。同樣，低溫誘導(dǎo)了兩種百香果中PeJAZ10的表達(dá)水平下降（圖8（d））。

3結(jié)論

植物激素是建立信號(hào)網(wǎng)絡(luò)以調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和脅迫相關(guān)反應(yīng)所必需的化學(xué)信使［29］。而茉莉酸控制植物的關(guān)鍵生物過程，包括生育力、幼苗發(fā)育、對(duì)傷害的反應(yīng)以及生長(zhǎng)防御等。本研究通過生物信息學(xué)方法對(duì)百香果JAZ基因家族的分析鑒定，得到以下研究結(jié)果：

1）共有12個(gè)百香果JAZ基因家族成員被準(zhǔn)確鑒定，該數(shù)量與擬南芥（12個(gè)）數(shù)目相同。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可劃分為六個(gè)亞族（I—VI亞族），與其他物種的分類結(jié)果相比，這些結(jié)果顯示出差異，這意味著不同植物物種的JAZ蛋白在結(jié)構(gòu)和功能上存在差異

2） 通過保守基序的構(gòu)成顯示，在12個(gè)成員中，預(yù)測(cè)了10個(gè)保守序列，所有PeJAZs都具有TIFY和Jas保守結(jié)構(gòu)域且保守性較高，且不同亞族的PeJAZs之間的保守基序存在差異，體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性和變異性，這為百香果JAZ蛋白行使的功能提供了多樣性。

3）順式作用元件分析表明，PeJAZs基因啟動(dòng)子區(qū)域的所有預(yù)測(cè)CRE可分為三類：激素反應(yīng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫反應(yīng)。PeJAZs基因啟動(dòng)子序列中最常見的元件是光響應(yīng)元件、MeJA響應(yīng)元件和參與ABA響應(yīng)的元件。進(jìn)一步證實(shí)了該家族成員參與了百香果中參與逆境應(yīng)答。

4）根據(jù)組內(nèi)共線分析發(fā)現(xiàn)，組內(nèi)7對(duì)成員顯示共線關(guān)系，說明部分PeJAZs之間有著相似的生物學(xué)功能?；蚣易宓臄U(kuò)張是由不同基因復(fù)制模式導(dǎo)致，這通常被視為物種進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力。在本研究中，百香果中總共發(fā)現(xiàn)了7個(gè)片段重復(fù)基因?qū)Γ鴽]有發(fā)現(xiàn)串聯(lián)重復(fù)基因。通過基因組間共線性分析可知，百香果和雙子葉基因組之間存在顯著的共線基因?qū)Γ^了單子葉基因組。說明百香果JAZ基因家族進(jìn)行了基因拷貝或系統(tǒng)性缺失，以適應(yīng)環(huán)境的變化與需求。

5）在百香果JAZ蛋白互作網(wǎng)絡(luò)中，部分成員（PeJAZ4、PeJAZ9、PeJAZ12）與茉莉酸相關(guān)調(diào)控通道相關(guān)蛋白具潛在互作作用，說明PeJAZs與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)；此外，通過蛋白互作網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)，還挖掘了其他可能與百香果PeJAZs蛋白互作的潛在蛋白，為百香果JAZ家族基因功能和蛋白互作研究提供參考。

6）基于百香果JAZ基因在不同組織的表達(dá)模式分析顯示，多數(shù)（高于60%）基因在花與種子中高表達(dá)，說明PeJAZs積極參與生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)生命活動(dòng)。

7）通過判別百香果JAZ蛋白對(duì)環(huán)境脅迫響應(yīng)情況，結(jié)果顯示PeJAZs中IV亞族成員對(duì)脅迫的響應(yīng)情況顯著多于其他亞族，這同時(shí)佐證IV亞組成員主要參與植物抗逆這一結(jié)論。同時(shí)顯示PeJAZ3在低溫、CMV脅迫下表達(dá)增量顯著高于其他成員，推測(cè)該基因是百香果JAZ家族響應(yīng)病毒的關(guān)鍵成員。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

Abstract：

JAZ （jasmonate ZIM-domain， JAZ） proteins are a class of jasmonate pathway regulators， which work together to regulate various important life activities of plants through interactions with other signaling pathway-related members. To understand the systematic characterization and functional prediction of the JAZ gene family in passion fruit better， this study identified the passion fruit JAZ gene with bioinformatics technology， and systematically analyzed the gene characterization， phylogeny， and expression pattern. The results show that the whole genome of passion fruit encodes 12 JAZ genes， which are unevenly distributed on four chromosomes and belong to six subfamilies （Groups I-VI）. Evolutionary analysis result show that the amplification of PeJAZ genes is mainly attributed to fragment duplication events. Predictive analysis result of protein interactions show that PeJAZs proteins are functionally diverse， and RNA-seq analysis result reveal significant expression differences of PeJAZ genes in different tissues and under different stresses. It is noteworthy that PeJAZ3 may be a potential gene that assists in virus resistance in passion fruit. The above findings may provide a basis for further studies on the functions and regulatory mechanisms of PeJAZs.

Key words：

passion fruit; JAZ gene family; bioinformatics analysis

收稿日期：2024-07-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（32360705）；廣西科技基地和人才專項(xiàng)資助項(xiàng)目（桂科AA21196003）；貴州省科技廳（一般項(xiàng)目）資助項(xiàng)目（2019-1410）；貴州省“百層次”創(chuàng)新性人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目（GCC[2023]070）；貴州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（2022（088）號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：龔鳳鮮（2002—），女，貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院2021級(jí)植物保護(hù)專業(yè)在讀本科生，E-mail：18508542396@163.com.

*通訊作者：陳孝玉龍，E-mail：chenxiaoyulong@sina.cn.