检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

作物杂志,2024, 第1期: 65–72 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.01.009

所属专题： 小麦专题

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

小麦bHLH家族转录因子的鉴定及其在盐胁迫条件下的表达分析

吕宝莲1,2(), 杨宇昕2, 崔立操2, 史峰3, 马亮3, 孔秀英2, 张立超2(), 倪志勇1()   

  1. 1新疆农业大学生命科学学院，830052，新疆乌鲁木齐
    2中国农业科学院作物科学研究所，100081，北京
    3石家庄市农林科学研究院，050041，河北石家庄
  • 收稿日期:2022-11-07 修回日期:2023-11-23 出版日期:2024-02-15 发布日期:2024-02-20
  • 通讯作者: 倪志勇, 主要从事植物逆境分子生物学，E-mail：nizhiyong@126.com; 张立超，主要从事小麦基因资源挖掘与利用，E-mail：zhanglichao@caas.cn
  • 作者简介:吕宝莲，主要从事小麦基因资源挖掘与利用，E-mail：18099270656@163.com
  • 基金资助:
    新疆维吾尔自治区重大科技专项项目(2021A02001-3)

Identification of bHLH Family Transcription Factors of Wheat and Expression Analysis under Salt Stress

Lü Baolian1,2(), Yang Yuxin2, Cui Licao2, Shi Feng3, Ma Liang3, Kong Xiuying2, Zhang Lichao2(), Ni Zhiyong1()   

  1. 1College of Life Sciences, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China
    2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
    3Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050041, Hebei, China
  • Received:2022-11-07 Revised:2023-11-23 Online:2024-02-15 Published:2024-02-20
  • Contact: Zhang Lichao,Ni Zhiyong

RichHTML

2

PDF (PC)

55

摘要：

碱性螺旋―环―螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）转录因子作为植物中第二大类转录因子家族，在植物生长发育、信号传导、生物合成以及响应非生物胁迫等方面发挥重要功能。为了探讨小麦bHLH转录因子在盐胁迫应答中的功能，以冬性小麦科农199为试验材料，通过转录组测序和生物信息学分析的方法对小麦bHLH转录因子在盐胁迫下的表达特性进行系统分析。结果表明，小麦中共有489个bHLH转录因子，分布在21条染色体上；构建系统进化树将bHLH家族进一步划分为9个亚族，其中VI亚族成员最多，IV亚族成员最少；盐胁迫下小麦根转录组测序结果表明，在盐胁迫处理后1和6h差异表达基因（DEG）共有44个，其中上调表达的基因有17个，下调表达的有27个；GO分析表明，DEG富集在水、盐胁迫、生长素调节等方面；KEGG注释分析表明，DEGs主要富集在淀粉和蔗糖代谢途径以及氨基糖和核苷酸糖代谢等信号通路；对部分DEG进行qRT-PCR验证，结果表明DEG的表达模式与转录组测序结果一致，证明了RNA-Seq结果的准确性。

关键词: 小麦, bHLH转录因子, 盐胁迫, 生物信息学分析

Abstract:

Basic helix-loop-helix, or bHLH, is a major family of plant transcription factors that is involved in signal transduction, biosynthesis, abiotic stress response, and plant growth and development. Using the winter wheat cultivar ?Kenong 199? as the experimental material, we systematically analyzed the expression characteristics of wheat bHLH transcription factor under salt stress using transcriptional sequencing and bioinformatics analysis to investigate the functions of common wheat bHLH transcription factors in response to salt stress. According to the findings, wheat contains 489 bHLH transcription factors spreading across 21 chromosomes. Following the construction of the phylogenetic tree, the bHLH family was further subdivided into nine subfamilies, with the VI subfamily having the greatest number of members and the IV subfamily having the least. Wheat roots? transcriptome sequencing revealed 44 differentially expressed genes (DEGs), of which 17 were up-regulated and 27 were down-regulated at one and six hours after salt stress. According to GO analysis, DEGs were more abundant in the regulation of auxin, water and salt stress. According to KEGG annotation analysis, DEGs were primarily enriched in metabolic pathways related to starch and sucrose, amino sugars, nucleotide sugars, and other signaling pathways. The accuracy of the RNA-Seq results was confirmed through qRT-PCR verification of a few DEGs, which revealed that their expression pattern matched the transcriptome sequencing results.

Key words: Wheat, bHLH transcription factor, Salt stress, Bioinformatics analysis

表1

引物信息

引物名称Primer name 正向引物（5’-3’）Forward primer 反向引物（3’-5’）Reverse primer
TraesCS5B01G518800 GATCATGGTAGCCCGTCACC TTCACCATCACGTTCCCCTC
TraesCS1A01G110400 CACCTTGTTAGCTTGTGTGGTG GCAATGGACGGTGATCTCGTTA
TraesCS4A01G408800 GAGGCAAAGCTCTCGGAGG TCTTCCACCTTTGCCATGGT
TraesCS5D01G244000 CCTTTCCTTCCGTTTCTGTCG ATGCGGTAACAACGACGACA
TraesCS2B01G543800 TCGACTTCCTGCACCTTTGG CTGCAGATATAGTCCCGCCG
TraesCS1A01G345200 GCAATCTGTGACGAGTCGGA TACCGCTCTTCCTTGCAGTC
TraesCS7B01G074900 GGATATGACGAACCAAGAACAGC CATCGATGGAGTAACAGCACTG
TraesCS1B01G359000 TGCATCTCGTGATCTCCAAGT TAACCACTCTTCCTAGCGGC
TraesCS6D02G196300 (TaGAPDH) TTAGACTTGCGAAGCCAGCA AAATGCCCTTGAGGTTTCCC

图1

小麦bHLH家族转录因子在染色体上分布

表2

44个共同差异表达基因的调控模式

基因号
Gene ID		 染色体位置
Chromosome location		 调控模式
Regulation pattern		 基因号
Gene ID		 染色体位置
Chromosome location		 调控模式
Regulation pattern
TraesCS4A01G408800 681653116~681658841 上调 TraesCS4B01G308300 599168078~599170653 上调
TraesCS4B01G308200 598910941~598914019 上调 TraesCS5A01G237500 453519135~453519842 上调
TraesCS5D01G244000 352453691~352454917 上调 TraesCS5A01G401300 594132650~594134217 上调
TraesCS2D01G270300 334040936~334043454 上调 TraesCS4D01G306400 474700560~474701269 上调
TraesCS5B01G518800 681737539~681740186 上调 TraesCS1A01G110400 110072873~110073869 上调
TraesCS2B01G289900 402217632~402220229 上调 TraesCS4B01G304500 592819415~592821925 下调
TraesCS7B01G211600 387160478~387163988 上调 TraesCS2B01G463800 657790256~657793959 下调
TraesCS3B01G002700 2169304~2172368 上调 TraesCS7A01G229900 200230140~200231461 下调
TraesCS5B01G235200 415127011~415128223 上调 TraesCS6B01G244800 437162916~437168918 下调
TraesCS5D01G411600 475000589~475001987 上调 TraesCS4A01G292800 595294248~595297051 下调
TraesCS4D01G306300 474598568~474603146 上调 TraesCS4A01G404700 678217690~678220066 下调
TraesCS2A01G271700 444623265~444626004 上调 TraesCS4D01G328800 487119229~487120910 下调
TraesCS6D01G197500 275152959~275163740 下调 TraesCS2D01G517000 607986836~607997092 下调
TraesCS4D01G302700 470506568~470509154 下调 TraesCS2B01G543800 741241659~741248415 下调
TraesCS6A01G190600 254936294~254937809 下调 TraesCS1A01G345200 532672290~532673440 下调
TraesCS6A01G214900 394613029~394618337 下调 TraesCS2B01G298600 418276647~418278407 下调
TraesCS3B01G550000 785039358~785043172 下调 TraesCS2A01G281200 469810800~469812561 下调
TraesCS4D01G018700 7992189~7995548 下调 TraesCS2D01G280100 351981513~351983269 下调
TraesCS3D01G495700 587745410~587748716 下调 TraesCS5A01G555300 706705261~706706358 下调
TraesCS3B01G550200 785280464~785284379 下调 TraesCS3A01G489600 717006915~717011250 下调
TraesCS3A01G489700 717296946~717300622 下调 TraesCS1B01G359000 588448000~588449096 下调
TraesCS3D01G495600 587644739~587648644 下调 TraesCS7B01G074900 84388710~84389462 下调

图2

差异表达基因的GO分析 圆点位置代表代谢途径；圆点大小代表基因的数量；Rich factor为该代谢路径下差异基因数目与所有注释到该路径基因数目的比值，数值越大表示富集程度越大。下同。

图3

差异表达基因的KEGG分析

图4

小麦响应盐胁迫bHLH转录因子聚类分析

图5

部分DEGs的实时荧光定量PCR验证 “*”：差异显著（0.05 > P > 0.01）；“**”：差异极显著（P < 0.01）。

[1] Zhang H M, Zhu J H, Gong Z Z, et al. Abiotic stress responses in plants. Nature Reviews Genetics, 2022, 23(2):104-119.
doi: 10.1038/s41576-021-00413-0
[2] Bhanbhro N, Xiao B B, Han L, et al. Adaptive strategy of allohexaploid wheat to long-term salinity stress. BMC Plant Biology, 2020, 20(1):210.
doi: 10.1186/s12870-020-02423-2 pmid: 32397960
[3] 马彦军, 段慧荣, 魏佳, 等. NaCl胁迫下黑果枸杞转录组测序分析. 生物技术通报, 2020, 36(2):100-109.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0492
[4] 朱涛, 李芳菲, 杨海涵, 等. 山药bHLH基因家族鉴定及表达分析. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2022, 35(3):393-399.
[5] Hao Y Q, Zong X M, Ren P, et al. Basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors regulate a wide range of functions in Arabidopsis. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(13):7152.
doi: 10.3390/ijms22137152
[6] Wang Y G, Li H Y, University H, et al. Sugar beet BvBHLH 92 tissue expression and subcellular localization. Journal of Engineering of Heilongjiang University, 2017, 8(3):45-49,2.
[7] Lee H Y, Seo J S, Um T Y.OsbHLH148 confers drought tolerance in Arabidopsis. International Plant and Animal Genome Conference, January 14-18, 2012. California: San Diego, 2012.
[8] 孙玉合, 孙晋浩, 牛文利, 等. 烟草NtbHLH112基因的克隆、鉴定及表达模式分析. 中国烟草科学, 2020, 41(5):8-14.
[9] 悦曼芳, 张春, 郑登俞, 等. 玉米转录因子ZmbHLH91对非生物逆境胁迫的应答. 作物学报, 2022, 48(12):3004-3017.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2022.13060
[10] Zhai Y Q, Zhang L C, Xia C, et al. The wheat transcription factor, TabHLH39, improves tolerance to multiple abiotic stressors in transgenic plants. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2016, 473(4):1321-1327.
doi: S0006-291X(16)30577-0 pmid: 27091431
[11] Wang F B, Zhu H, Kong W L, et al. The Antirrhinum AmDEL gene enhances flavonoids accumulation and salt and drought tolerance in transgenic Arabidopsis. Planta, 2016, 244(1):59-73.
doi: 10.1007/s00425-016-2489-3
[12] Sun X, Wang Y, Sui N. Transcriptional regulation of bHLH during plant response to stress. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2018, 503(2):397-401.
doi: S0006-291X(18)31625-5 pmid: 30057319
[13] 毕晨曦, 杨宇昕, 于月华, 等. 小麦bZIP家族转录因子的鉴定及其在盐胁迫条件下的表达分析. 分子植物育种, 2021, 19 (15):4887-4895.
[14] Gabriela T, Enamul H, Peter H Q. The Arabidopsis basic/ helix-loop-helix transcription factor family. Plant Cell, 2003, 15:1749-1770.
doi: 10.1105/tpc.013839
[15] Lorenzo C P, Anahit G, Irma R V, et al. Genome-wide classification and evolutionary analysis of the bHLH family of transcription factors in Arabidopsis, poplar, rice, moss, and algae. Plant Physiology, 2010, 153(3):1398-1412.
doi: 10.1104/pp.110.153593
[16] 赵小波, 闫彩霞, 李春娟, 等. 花生转录因子AhbHLH18克隆与功能分析. 花生学报, 2022, 51(2):1-8.
[17] 施田野, 顾宇蓝, 张磊, 等. 粗山羊草响应盐胁迫转录组分析. 分子植物育种, 2020, 18(21):7015-7022.
[18] 田烨, 王爽, 路正禹, 等. 甜菜应答盐胁迫诱导表达bHLH基因的鉴定与分析. 黑龙江大学自然科学学报, 2020, 37(6):712-717.
[19] 徐秀荣, 杨克彬, 王思宁, 等. 毛竹bHLH转录因子的鉴定及其在干旱和盐胁迫条件下的表达分析. 植物科学学报, 2019, 37(5):610-620.
[20] 唐文武, 吴秀兰, 钟佩桥, 等. 白菜bHLH转录因子家族的全基因鉴定及表达特征分析. 江西农业学报, 2020, 32(6):1-5.
[21] 黄小芳, 毕楚韵, 王和寿, 等. 甘薯基因组bHLH转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析. 福建农林大学学报(自然科学版), 2021, 50(4):440-450.
[22] 孙颖琦, 孟亚轩, 赵心月, 等. 谷子bHLH转录因子家族基因鉴定及生物信息学分析. 种子, 2021, 40(12):45-55.
[23] 何洁, 顾秀容, 魏春华, 等. 西瓜bHLH转录因子家族基因的鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析. 园艺学报, 2016, 43(2):281-294.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0886
[1] 刘红杰, 任德超, 葛君, 张素瑜, 吕国华, 何勋. 积温和播种密度对小麦越冬前生长状况的影响[J]. 作物杂志, 2024, (1): 141–147
[2] 刘哲文, 郭丹丹, 常旭虹, 王德梅, 杨玉双, 刘希伟, 王玉娇, 石书兵, 王艳杰, 赵广才. 氮肥追施时期和比例对强筋小麦籽粒灌浆及其生理机制的影响[J]. 作物杂志, 2024, (1): 174–179
[3] 郝小聪, 李欣宇, 侯起岭, 杨吉芳, 安春会, 王长华, 叶志杰, 张风廷. 施氮量对二系杂交小麦品质的影响[J]. 作物杂志, 2024, (1): 187–192
[4] 章蓉, 姜恩熙, 陈思, 余徐润, 陈刚, 冉莉萍, 熊飞. 乙烯利与1-甲基环丙烯调控小麦穗部籽粒形成的研究[J]. 作物杂志, 2023, (6): 101–107
[5] 刘哲文, 郭丹丹, 常旭虹, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 刘希伟, 王玉娇, 石书兵, 赵广才. 强筋小麦花后氮素积累和转运对氮肥追施时期和比例的响应[J]. 作物杂志, 2023, (6): 114–120
[6] 刘希伟, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 赵广才, 常旭虹. 小麦生育中后期干旱高温对籽粒产量形成过程的影响机制及缓解措施[J]. 作物杂志, 2023, (6): 17–25
[7] 陈丹, 熊芙蓉, 伍少云, 白晓东, 周国雁, 武晓阳, 蔡青. 云南省小麦地方品种抗条锈病基因检测与地理分布[J]. 作物杂志, 2023, (6): 41–46
[8] 王义凡, 任宁, 董向阳, 赵亚南, 叶优良, 汪洋, 黄玉芳. 控释尿素与普通尿素配施对小麦产量、氮素吸收及经济效益的影响[J]. 作物杂志, 2023, (5): 117–123
[9] 杨梅, 杨卫君, 高文翠, 贾永红, 张金汕. 生物质炭与氮肥配施对灌区冬小麦干物质转运、农艺性状及产量的影响[J]. 作物杂志, 2023, (5): 138–144
[10] 黄杰, 葛昌斌, 王君, 曹燕燕, 乔冀良, 廖平安, 宋丹阳, 卢雯瑩. 基于主成分回归模型的漯河市小麦相对气象千粒重的模拟模型[J]. 作物杂志, 2023, (5): 212–218
[11] 刘书含, 陈磊, 张建朝, 胡甘, 孙君艳, 刘东涛, 王军卫. TMS5基因在小麦BNS不育系育性转换中的差异表达分析[J]. 作物杂志, 2023, (5): 24–29
[12] 张东旭, 胡丹珠, 闫金龙, 冯丽云, 邬志远, 张俊灵, 李岩华. 不同茬口晚播小麦喷施链霉菌剂对产量及光合特性的影响[J]. 作物杂志, 2023, (5): 255–263
[13] 宋桂成, 余桂红, 张鹏, 马鸿翔. 不同小麦品种（系）拔节期耐渍性评价[J]. 作物杂志, 2023, (5): 30–36
[14] 葛昌斌, 秦素研, 乔冀良, 王君, 齐双丽, 卢雯瑩, 张振永. 2001-2021年豫南和江苏淮河以南审定小麦品种农艺、品质性状和病害演变对比分析[J]. 作物杂志, 2023, (5): 49–58
[15] 杨程, 张德奇, 杜思梦, 张丽佳, 靳海洋, 李滢, 邵运辉, 王汉芳, 方保停, 李向东, 刘美君. 黑暗和强光下脱水对小麦离体叶片光系统活性的影响[J]. 作物杂志, 2023, (5): 98–103
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!