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火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应

李佳雪 丁一 王猛 李涛 郭攀阳 刘成立 韦双双 黄家权 李洪立 胡文斌 汤华

李佳雪,丁一,王猛,等. 火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应[J]. 热带生物学报,2024, 15(2):1−12. doi:10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
引用本文: 李佳雪,丁一,王猛,等. 火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应[J]. 热带生物学报,2024, 15(2):1−12. doi:10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
LI Jiaxue, DING Yi, WANG Meng, LI Tao, GUO Panyang, LUI Chengli, WEI Shuangshuang, HUANG Jiaquan, LI Hongli, HU Wenbin, TANG Hua. Whole-genome analysis of the HubHLH gene family in Pitaya and its differential expression in response to supplementary light-induced flowering in winter[J]. Journal of Tropical Biology. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
Citation: LI Jiaxue, DING Yi, WANG Meng, LI Tao, GUO Panyang, LUI Chengli, WEI Shuangshuang, HUANG Jiaquan, LI Hongli, HU Wenbin, TANG Hua. Whole-genome analysis of the HubHLH gene family in Pitaya and its differential expression in response to supplementary light-induced flowering in winter[J]. Journal of Tropical Biology. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108

火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应

doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
基金项目: 海南省自然科学基金高层次人才项目(320RC487);海南省重大科技计划项目(ZDKJ2021014);海南省重点研发项目(ZDYF2022XDNY199)
详细信息
    第一作者:

    李佳雪(1996−),女,海南大学热带作物学院2019硕士研究生. E-mail:252249803@qq.com

    通信作者:

    汤华(1974−),男,教授. 研究方向:作物遗传育种与分子生物学. E-mail:thtiger@163.com

  • 中图分类号: S 667.9

Whole-genome analysis of the HubHLH gene family in Pitaya and its differential expression in response to supplementary light-induced flowering in winter

  • 摘要: 为了获得较完整的候选基因,探讨HubHLH基因在火龙果( Hylocereus undatus )冬季补光诱导开花过程的表达响应,对火龙果HubHLH基因家族进行全基因组分析。鉴定出153个HubHLH基因;这些基因的编码蛋白含有176~687个氨基酸,分子量大小为19.28~74.44 kDa ,等电点(pI)为4.81~9.88,均为亲水蛋白,亚细胞定位预测大多定位到细胞核。为鉴定HubHLH基因家族的同源性,本研究将153个火龙果HubHLH和120个拟南芥AtbHLH蛋白进行系统发育比较分析。系统发育比较分析结果:火龙果HubHLH基因家族成员被分为12个组,25个亚族;对HubHLH基因家族的保守motif、基因结构及在染色体的位置分布的分析结果表明,同一亚族的基因具有相似的基序组成和基因结构。对HubHLH基因家族的内部复制事件的分析结果表明,有78条片段复制被鉴定为片段重复基因,说明片段复制是HubHLH基因家族的主要扩张力量。此外,基于已测定的关于火龙果冬季补光诱导开花的4个时期转录组数据,筛选到59个HubHLH基因在冬季补光诱导成花过程中有差异表达,随后对这59个HubHLH基因进行GO功能富集,发现它们在红光或远红光的反应、对光刺激的反应、有性生殖功能、对辐射的反应等功能上均有富集,说明HubHLH基因家族可能在冬季补光诱导火龙果成花过程中起到了调控作用。
  • 图  2  火龙果和拟南芥bHLH蛋白的系统发育树和亚科分类

    分别以不同的颜色范围,展示火龙果和拟南芥bHLH蛋白的系统发育树。

    图  3  HubHLHs的motif分布和基因结构图

    图3-A是HubHLH蛋白序列构建的矩形系统发育树,每个节点上的数值代表1000个重复的自展值;图3-B的彩色矩形框代表HubHLH蛋白的保守motif;图3-C中黄色矩形和黑色线条分别表示外显子(CDS,coding sequence)和内含子(introns),绿色的矩形展示了非翻译区域(UTR,untranslated region),横坐标的黑线表示相对蛋白质长度。

    图  4  HubHLHs基因的染色体定位

    根据其在火龙果Chr1至Chr11上,从上到下的物理位置,依次命名为HubHLH1~HubHLH153,图4中左边的刻度尺表示染色体长度,单位为Mb。右侧细的垂直条代表火龙果的染色体,染色体编号显示在每条染色体的左侧,内部颜色代表染色体上的基因密度,颜色越白,表示该位置的基因密度越小,颜色越红,表示该位置的基因密度越大。

    图  5  火龙果HubHLHs基因家族的基因复制和同步分析

    HubHLH基因的染色体位置由圆圈上的短红线连接,背景的灰色线表示火龙果基因组中的所有共线性区块,彩色线表示片段重复的HubHLH基因对,相同片段重复基因对的两个基因以相同的颜色标记。并将染色体的基因密度分别以热图和线图的形式在外圈展示。

    图  6  转录组中HubHLH基因的表达情况

    图  7  差异HubHLH基因的GO和KEGG分析条状图

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-06
  • 修回日期:  2023-05-04
  • 网络出版日期:  2023-12-14

火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应

doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
    基金项目:  海南省自然科学基金高层次人才项目(320RC487);海南省重大科技计划项目(ZDKJ2021014);海南省重点研发项目(ZDYF2022XDNY199)
    作者简介:

    李佳雪(1996−),女,海南大学热带作物学院2019硕士研究生. E-mail:252249803@qq.com

    通讯作者: 汤华(1974−),男,教授. 研究方向:作物遗传育种与分子生物学. E-mail:thtiger@163.com
  • 中图分类号: S 667.9

摘要: 为了获得较完整的候选基因,探讨HubHLH基因在火龙果( Hylocereus undatus )冬季补光诱导开花过程的表达响应,对火龙果HubHLH基因家族进行全基因组分析。鉴定出153个HubHLH基因;这些基因的编码蛋白含有176~687个氨基酸,分子量大小为19.28~74.44 kDa ,等电点(pI)为4.81~9.88,均为亲水蛋白,亚细胞定位预测大多定位到细胞核。为鉴定HubHLH基因家族的同源性,本研究将153个火龙果HubHLH和120个拟南芥AtbHLH蛋白进行系统发育比较分析。系统发育比较分析结果:火龙果HubHLH基因家族成员被分为12个组,25个亚族;对HubHLH基因家族的保守motif、基因结构及在染色体的位置分布的分析结果表明,同一亚族的基因具有相似的基序组成和基因结构。对HubHLH基因家族的内部复制事件的分析结果表明,有78条片段复制被鉴定为片段重复基因,说明片段复制是HubHLH基因家族的主要扩张力量。此外,基于已测定的关于火龙果冬季补光诱导开花的4个时期转录组数据,筛选到59个HubHLH基因在冬季补光诱导成花过程中有差异表达,随后对这59个HubHLH基因进行GO功能富集,发现它们在红光或远红光的反应、对光刺激的反应、有性生殖功能、对辐射的反应等功能上均有富集,说明HubHLH基因家族可能在冬季补光诱导火龙果成花过程中起到了调控作用。

English Abstract

李佳雪,丁一,王猛,等. 火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应[J]. 热带生物学报,2024, 15(2):1−12. doi:10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
引用本文: 李佳雪,丁一,王猛,等. 火龙果HubHLH基因家族的全基因组分析及其对冬季补光诱导开花的表达响应[J]. 热带生物学报,2024, 15(2):1−12. doi:10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108 doi:  10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
LI Jiaxue, DING Yi, WANG Meng, LI Tao, GUO Panyang, LUI Chengli, WEI Shuangshuang, HUANG Jiaquan, LI Hongli, HU Wenbin, TANG Hua. Whole-genome analysis of the HubHLH gene family in Pitaya and its differential expression in response to supplementary light-induced flowering in winter[J]. Journal of Tropical Biology. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
Citation: LI Jiaxue, DING Yi, WANG Meng, LI Tao, GUO Panyang, LUI Chengli, WEI Shuangshuang, HUANG Jiaquan, LI Hongli, HU Wenbin, TANG Hua. Whole-genome analysis of the HubHLH gene family in Pitaya and its differential expression in response to supplementary light-induced flowering in winter[J]. Journal of Tropical Biology. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220108
  • 火龙果( Hylocereus undatus )原产中美洲热带地区,是仙人掌科(Cactaceae)量天尺属(Hylocereus)或蛇鞭柱属(Selenicereus)植物,喜光喜热。火龙果在我国的种植面积已达到6.7万公顷,在热区经济中已占有重要地位[1]。火龙果是长日照作物,在我国因冬季光照时长不足,不能开花,为此在生产上可采用夜晚补光的方式诱导火龙果开花结果。bHLH转录因子蛋白,包含1个碱性DNA结合区和1个螺旋-环-螺旋(HLH)区,能通过与顺式启动子元件相结合来调节基因表达,参与植物开花、种子发芽、矿质营养与非生物胁迫、应激反应、光信号、激素信号、光和植物激素之间的相互作用等多种生理过程[2]

    bHLH基因家族参与调控植物的开花调控,在拟南芥、番茄等植物中已有广泛的研究。在成花起始阶段,拟南芥的FBH蛋白(bHLH类型转录因子),可与光周期信号途径的关键基因CO (CONSTANS)启动子的E-box顺式元件结合,激活光周期开花基因的共转录[3]。在花发育阶段,与CIB1同源的bHLH蛋白,可以作为激活子直接促进成花素基因FT的转录[4]。bHLH家族的光敏色素互作因子PIFs可以与光信号直接作用,PIF3在光感受器信号网络中直接与光敏色素反应,PIF4在高温下直接激活成花素基因FT[5]bHLH48bHLH60与PIF7联合,可以作为赤霉素途径中的正调控因子,正调控GA介导的开花[6]bHLH38/100/101会干扰CO的转录,调节FT的表达,进而影响拟南芥的开花[7]。bHLH基因家族成员SlbHLH22的过表达,会促进番茄早开花[8]。在茉莉酸途径中,JA激活的bHLH转录因子MYC2, MYC3和MYC4冗余调控拟南芥的开花[9]。拟南芥的bHLH家族基因BEE1具有诱导开花启始的功能,BES1-BEE1-FT可以调节光周期并与FT的激活因子CO互作来影响植物开花[10]。bHLH基因家族CRY2CIB1可以响应蓝光,能与将生物钟信号转化为开花信号,促进CO基因形成蛋白质复合物,诱导花的形成[11]。除了调节开花时间外,bHLH基因家族成员的SPT基因可以在花器官形成中起作用[12]

    目前,bHLH基因家族在拟南芥(Arabidopsis thaliana[13]、小麦(Triticum aestivum L.[14]、谷子(Setaria italica L.[15]、烟草(Nicotiana tabacum L.[16]、柚子(Citrus maxima[17]等植物中进行了全基因组鉴定。火龙果作为一种重要的热带水果,有独特的开花习性,bHLH家族基因可能发挥重要作用,但目前还未见火龙果HubHLH基因家族相关系统分析的研究报道。火龙果(Hylocereus undatus)全基因组序列的发表,为鉴定火龙果HubHLH基因家族提供了条件[18]。本研究拟利用火龙果(Hylocereus undatus)基因组数据,对火龙果HubHLH转录因子家族进行全基因组筛选,并进行理化性质、系统进化、基因表达等方面的比较分析;利用火龙果补光诱导开花的转录组数据,研究HubHLH基因家族在火龙果冬季补光诱导开花过程的表达响应,旨在解析火龙果冬季补光诱导开花的分子机制。

    • 分别在http://www.pitayagenomic.com/index.php网址和Ensembal plants核酸数据库(https://plants.ensembl.org/index.html)中下载火龙果和拟南芥的基因组及注释文件。从已报道的文章中查找拟南芥bHLH 蛋白质序列作为种子序列,blast后去掉重复的火龙果基因号,提取蛋白质序列,通过注释信息,筛选得到火龙果候选bHLH基因。从 PFAM 数据库(http://pfam.xfam.org/)中下载bHLH (PF00010)基因家族的隐马尔科夫模型,在HMMER 3.0软件中比对,得到火龙果候选bHLH基因。取BLASTP和HMM两种方式获得的bHLH基因交集,并通过NCBI conserved Domains(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)数据库、SMART (http://smart.ebl-heidelberg.de/)数据库,进一步确定所有候选bHLH基因的结构域。根据bHLH家族成员在染色体的位置,将其依次编号为HubHLH1~HubHLH153用于后续分析。

    • 使用 ExPASy蛋白质组服务器上的ProtParam tool(https://web.expasy.org/protparam/)工具[19],预测火龙果bHLH基因家族蛋白的基本理化性质,用 Plant-mPLoc(http://www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/)在线网站,进行亚细胞定位预测[20]

    • 用MEGA 7.0自带的Clustal W工具进行153个HubHLHs的多序列比对,将比对结果上传到WEBLOGO在线程序(http://weblogo.berkeley.edu)分析其序列(图1),展示出共同的序列标识[21]。同时,用TBTOOLS软件的Trimmer程序,将获得的比对结果修剪,将火龙果和拟南芥的bHLH蛋白序列共同构建进化树,选择最大似然法,校验参数Bootstrap重复1000次,其他使用默认参数。进化树美化用ITOL(http://itol.embl.de/)网址绘制[22]

    • 根据火龙果的基因组注释,提取HubHLH的基因结构,采用MEME( http://meme-suite.org/tools/meme)程序,设置默认参数,预测HubHLH蛋白的保守motif。使用TBTOOLS的 Gene Structure view(Advanced)程序展示153个HubHLHs基因的进化树、保守motif以及基因结构的组合图[23]

    • 基于火龙果基因组,使用TBTOOLs 提取153个HubHLHs基因在染色体的物理位置,使用Gene Density Profile程序提取染色体的基因密度信息,在TBTOOLs 的Gene Location Visualize from GFF程序中一起作图展示。

    • 采用多重共线性扫描工具包(MCScanX)分析基因重复事件,使用默认参数,利用TBTOOLs 的Fasta Stats功能得到火龙果染色体长度信息,利用 TBtools的Advanced Circos程序进行HubHLH基因家族共线性的可视化。

    • 利用笔者所在的课题组前期研究的高质量火龙果转录组[24]进行分析,筛选出全部注释到 Nr、 Swissprot、KOG(evalue<0.00001)、KEGG蛋白质数据库的 bHLH 基因,并提取蛋白质序列,在SMART数据库中比对,进一步确定候选基因。将候选基因的蛋白质序列在基因组数据库进行本地BLAST比对,实现转录组和基因组中的ID转换。RNA-Seq 数据中使用 RPKM 法计算基因表达量,可直接用于比较不同样品间的基因表达差异。使用 TBTOOLs的 Heatmap 工具,展示bHLH基因在NL、L0、L1、L2(NL:火龙果未补光未开花,L0:补光了未开花,L1:补光后刚现蕾,L2:补光后现蕾一周)4个时期的表达变化,并设置筛选条件为 FDR<0.05 且 |log2FC|>1,展示差异基因的表达模式。利用eggNOG-mapper平台,得到火龙果基因功能注释信息,利用TBTOOLs整理结果,进行GO和KEGG富集分析,并以条状图进行可视化。

    • 火龙果全基因组筛选得到153个HubHLH基因家族成员,占总基因的比率约为0.55%。对其蛋白质序列在ProtParam tool上分析,得到蛋白序列长度最小的HubHLH143有176个氨基酸,长度最大的HubHLH48有687个氨基酸,蛋白质的分子量范围为19.28~74.44 kDa,理论等电点范围为4.81(HubHLH68)至9.88(HubHLH143),平均值为6.86。所有的HubHLHs全部为亲水蛋白,总平均亲水性全部为负值。除了HubHLH143外,其他基因的不稳定系数均大于40,为不稳定蛋白。亚细胞定位预测显示,有140个基因定位到细胞核,7个位于细胞质中,6个位于叶绿体中,符合转录因子主要在细胞核中发挥作用的特点。

    • 将获得的153个火龙果HubHLH家族成员进行同源序列比对后,在WEBLOGO网址以图形的形式展示bHLH保守结构域氨基酸的序列,可以得到所鉴定的HubHLH家族成员,具有明显保守的火龙果HubHLH结构域,且HubHLH的氨基酸数量约为60。

      图  1  火龙果bHLH保守结构域序列LOGO

      基于153个火龙果bHLH和120个拟南芥bHLH的蛋白序列共同构建有根系统发育树(图2),参考拟南芥中的bHLH蛋白亚家族分类结果,发现273个bHLH蛋白被分为25个亚家族,除了拟南芥中一个单独的组,其他拟南芥和火龙果中的bHLH共同聚集到12个组别(I-XII),火龙果与拟南芥的蛋白分类几乎一致,说明火龙果HubHLH基因在长期进化的过程中,这些蛋白质没有遗失。

      图  2  火龙果和拟南芥bHLH蛋白的系统发育树和亚科分类

    • 基于153个HubHLH蛋白序列构建的矩形系统发育树(图3-A),系统发育树在外结点的自展值几乎都大于70,所以分支比较可靠,HubHLH基因被分成12组(I-XII),包含25个亚家族。其中,GroupI中包含的火龙果bHLH基因家族成员数最多,有32个,占基因家族总数的20.92%,其次为Group XII有25个bHLH (16.34%),第三为Group III,含有24个bHLH (15.69%),GroupVI含有的bHLH成员最少,仅有1个(0.66%)。其他组别GroupII和GroupX均只含有2个,GroupIV有21个,GroupV含有12个,GroupVII含有10个,GroupVIII有12个,GroupIX有7个,GroupXI有5个。这与拟南芥中GroupVI、GroupII含有bHLH基因较少,GroupI、GroupIII、Group XII含有bHLH较多的结果一致[13]

      图  3  HubHLHs的motif分布和基因结构图

      使用TBtools展示MEME在线软件预测的153个HubHLH蛋白的保守motif(图3-B),结果表明,所有的HubHLH家族成员都包含保守Motif 1:AERRRREKJNERFKALRSLVP和Motif 2:NVKKTDKASILDEAINYVKELQRQVQELS;但不同HubHLH成员所包含的保守motif数目及种类是存在差异的,含有motif3~motif10的基因数量依次为48、10、15、18、10、45、49、15。本研究发现,同一组中的HubHLH成员具有相似的motif组成,有些motif仅存在于特定的亚家族中,例如,motif6只存在XII成员中,motif5除了HubHLH115HubHLH116外,剩余全部在第III组。通过比较基因组DNA序列,并根据系统发育分类的顺序,显示所有HubHLH的内含子和外显子结构,通过比较其数量和位置,发现153个HubHLH 基因具有不同数量的外显子,从1到11不等(图3-C)。同一亚家族的基因外显子数量及位置相近,同一分类的基因结构也极为相似,例如VIIIb成员都只包含1个外显子,IVa含有3或4个外显子,IVc中都有5个外显子和4个内含子,这与某些亚家族具有特定的功能有关。

    • 基于火龙果基因组数据库,创建HubHLH基因在染色体的分布示意图(图4),分布映射结果表明,大多数HubHLH基因分布在染色体的末端,染色体两端的基因密度较大。此外,153个HubHLH基因在染色体1至11上的分布不均匀,Chr1含有最多的HubHLH基因(21个,约13.73%),其次是Chr4(20个,约13.07%),然后是Chr10(19个,12.42%),而Chr9含有最少的基因(5个,约3.27%),Chr2和Chr3都含有17个(约11.11%),Chr6、Chr8、Chr5、Chr11、Chr7从多到少依次包含16个(10.46%)、12个(7.84%)、10个(6.54%)、9个(5.89%)、7个(4.58%)HubHLH基因。以不同的颜色展示HubHLH所属的12个组别,显然,除了少数的基因簇,每个组别在染色体的位置没有特殊的指向,且不同HubHLH亚家族的一些成员位于同一小染色体区域内,而同一亚家族的某些成员分布在不同的染色体区域,表明HubHLH基因广泛分布于火龙果基因组中。

      图  4  HubHLHs基因的染色体定位

    • 通过MCScanX分析火龙果的基因组,共线性结果(图5)显示,在11条染色体上,火龙果bHLH基因家族,在全基因组水平存在大量的片段重复(segmental duplication, SD)基因对,这将导致火龙果bHLH基因家族数量上的扩增,图5中共有78个HubHLH基因聚集在49个片段复制事件。由于基因家族和基因组的扩展是植物进化过程的一部分,说明片段重复事件是驱动HubHLH基因家族进化的主要力量,这也同样促进了火龙果表型的多样化和新功能的产生。本研究还发现了7对串联重复基因对(HubHLH69/HubHLH70,HubHLH74/75,HubHLH84/85,HubHLH95/96,HubHLH97/98,HubHLH135/HubHLH136,HubHLH141/HubHLH142),可能通过串联复制(tandem duplication, TD)产生,每对都聚集在同一个亚家族中,产生这种现象的原因可能有基因加倍、染色体片段的交换等。

      图  5  火龙果HubHLHs基因家族的基因复制和同步分析

    • 对火龙果补光诱导开花的转录组数据进行分析,共注释到142个bHLH基因,与基因组数据库比对得到87个HubHLH基因,依据FDR<0.05 且 |log2FC|>1,挑选差异表达基因,筛选到59个差异表达基因,以热图展示差异表达情况(图6)。重点关注补光诱导前后bHLH基因的变化,在L0至L1时期,差异表达HubHLH基因有6个显著下调,34个显著上调;在NL和L1时期,有8个差异表达HubHLH基因下调,33个上调;在L1至L2花发育过程,HubHLH差异基因有15个下调,7个上调。总之,HubHLH基因在补光前后呈现较为明显的上下调趋势,这些基因在冬季补光诱导开花中可能发挥了作用。

      图  6  转录组中HubHLH基因的表达情况

      为了解HubHLH差异表达基因的偏好功能,对它们进行基于超几何分布的GO和KEGG分析(图7)。重点关注生物进程,发现HubHLH差异基因,在红光或远红光的反应、对光刺激的反应、有性生殖功能、对辐射的反应等功能上均有富集。在KEGG分析中,主要富集在转录因子,信号转导,环境信息处理,植物激素信号转导功能通路上。

      图  7  差异HubHLH基因的GO和KEGG分析条状图

    • bHLH作为植物中第二大类转录因子,近几年在菠萝(Ananas comosus L.)[25]、香蕉(Musa acuminata L. )[26]、木薯(Manihot esculenta crantz[27]等热带植物中实现了全基因组鉴定,分别鉴定出121、259、148个bHLH基因。火龙果全基因组序列的发表,为进一步检索、克隆和验证火龙果的bHLH基因提供了条件。同时,冬季补光诱导开花过程是严密而复杂的过程,bHLH基因被证实参与了植物生长发育的很多过程。因此对火龙果进行bHLH基因家族的全基因组筛选和分析,为后续它们对冬季补光诱导开花的响应过程中的功能研究很有必要。 本研究首次对火龙果bHLH基因家族进行了全基因组鉴定,得到153个火龙果HubHLH基因,对它们的理化性质全面预测,得到火龙果HubHLH的分子量、氨基酸长度、等电点等理化性质,与其他植物中的bHLH差异不大,亚细胞定位预测主要分布在细胞核,。

      目前,植物中bHLH基因还未有特别明确的分类标准,通常选择与模式植物或亲缘关系相近的植物,共同构建有根系统发育树进行分类,本研究选择长日照植物的拟南芥,将它的120个bHLH蛋白序列和鉴定到的153个火龙果HubHLH蛋白序列共同构建有根系统发育树,通过与拟南芥的系统发育关系比较,火龙果bHLH分类结果和拟南芥几乎一致,都得到了12个主要的组别(I-XII)[28]。进行火龙果HubHLH基因家族的保守motif和基因结构分析,153个HubHLH基因都含有motif 1和motif 2,同一分组的基因结构相似,证明了系统发育分析结果的可靠性。motif位点的识别有助于鉴定其家族同源性和预测蛋白质的功能,而系统发育树显示,一些火龙果中的HubHLH与拟南芥的bHLH基因可能同源,并具有相似功能,因此可以通过发现聚集到同一亚家族的拟南芥中功能较为明确的bHLH蛋白,发现火龙果中bHLH的可能功能。例如在亚家族IIIe中的成员与茉莉酸介导的开花相关,亚家族VII的成员多与光信号有关[29],成员较多的XII亚家族中有些调节光周期开花[30],有些与光和植物激素之间的相互作用有关[31]

    • 基于转录组数据展示HubHLH基因家族成员在火龙果冬季夜晚补光诱导成花过程中NL、L0、L1、L2四个时期的差异表达情况,其中有注释到JA途径中调节开花时间的MYC2基因,在补光后表达含量急速增加;还有响应光和温度,在花形态发生过程中起作用的光稳定SPATULA基因,也在L0-L1阶段表达出上调趋势,其他HubHLH基因对补光诱导也有不同程度的响应。另外,根据HubHLH差异基因的GO富集结果,发现在有性生殖,即火龙果成花过程,对光反应和光刺激,即补光过程,都得到了功能富集。HubHLH基因家族可能在冬季补光诱导火龙果成花过程起到了作用。总之,开花时间的调控是严格而复杂的,在冬季通过补光诱导火龙果开花具有重要的生产实践价值,本研究利用火龙果基因组信息和转录组信息,对火龙果HubHLH基因家族进行了全面分析研究,为火龙果冬季补光诱导开花,提供了许多潜在的候选基因。

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