基因家族最新一区文章解读——香椿JAZ

基因家族最新一区文章解读——香椿JAZ

       2021年4月15日，华南农业大学李培团队在Industrial Crops and Products（IF=5.645/Q1）杂志上在线发表了一篇题为“Genome-wide identification, expression pattern and subcellular localization analysis of the JAZ gene family in Toona ciliata”的研究论文。该研究对香椿JAZ基因家族进行了全基因组鉴定、表达模式及亚细胞定位分析，将为香椿抗虫育种提供新的视角。

背景介绍：

       香椿属楝科，为国家二级重点保护野生濒危植物，它是一种优良的家具材料，其根、茎和叶具有很高的药用价值。然而，在生长初期，其顶芽极易受到麻楝蛀斑螟的摄食危害，导致树枝空心、折断甚至死亡，严重影响了木材的生产。而物理、化学和生物防治，耗费大量人力物力，杀虫效果不明显。因此，通过分子育种培育抗虫的香椿成为彻底解决这一问题的有效途径。

茉莉酸ZIM-结构域（JAZ）是茉莉酸（JA）信号转导通路的抑制剂，在调节植物生长发育和抵抗病虫害方面发挥着至关重要的作用。

研究思路：

       基因家族生信分析+RT-qPCR

研究结果

一、香椿TciJAZs家族的全基因组鉴定

       共鉴定出13个具有完整TIFY和Jas结构域的TciJAZs基因家族成员，序列分析表明，大多数 (70%) TciJAZs含有 5、6 或 7 个外显子。TciJAZ的 CDS 长度范围为 405 bp 至 1203 bp，而蛋白质长度介于 134 aa 和 400 aa 之间通过亚细胞定位预测，发现所有TciJAZs都位于细胞核内，TciJAZ2 /5可能在细胞膜中发挥作用（表1）。TciJAZs的上述蛋白质特性和位置与其他植物相似。

二、染色体定位分析和多序列比对

        TciJAZs的多序列比对由Jalview和TBtools确定染色体位置并绘制所有TciJAZs基因家族的染色体分布图。发现TciJAZs不均匀分布在9条染色体上。TciJAZs蛋白序列比对显示中间的TIFY和C端的Jas结构域高度保守。而Jas结构域的环区域（LPIARR基序）在TciJAZ之间存在显着差异。TIFY结构域的TIFYXG在拟南芥、矮牵牛、茶树以及在香椿中均存在，它介导JAZ和衔接蛋白NINJA之间的相互作用。

三、基因结构和保守域分析

       利用Batch-Search和TBtools进行基因结构和保守域分析。通过比较TciJAZs的CDS与相应基因的基因组序列，深入分析了TciJAZs的UTR、CDS和内含子分布。为了进一步了解TciJAZs功能，利用MEME程序以分析TciJAZs蛋白中的保守基序。结果表明，不同亚科之间的TciJAZ功能相似但不完全相同。

四、TciJAZ的系统发育分析

       从 Phytozome数据库下载了拟南芥、毛果杨、桉树、柑桔、葡萄、水稻和玉米的JAZ 家族蛋白序列，使用 MEGA7.0 (ML)构建香椿和其它物种的系统发育树。系统发育分析表明，TciJAZ基因家族可分为与柑桔亲缘关系较近的5个亚家族（Ⅰ-Ⅴ组）。TciJAZs基因同源性和与其他物种的系统发育分析可以帮助预测这些基因的潜在功能。

五、启动子顺式作用元件、转录因子预测及亚细胞定位

       通过PlantCare预测启动子顺式作用元件，并使用TBtools进行可视化。通过PlantTFDB预测TF，并使用Cytoscape显示。结果表明，大部分TciJAZ家族成员含有光响应和ABA响应元件。转录因子(TF)家族ERF、bZIP和TCP在JAZ家族中发挥着许多作用。亚细胞定位结果显示所有TciJAZs基因均在细胞核中表达和发挥作用。

六、响应 MeJA和H. robusta的TciJAZs基因的表达模式分析

       RT-qPCR结果显示在MeJA压力下，所有TciJAZs都有不同程度的反应，其中TciJAZ3/4/5/6/7反应迅速而强烈。在Hypsipyla robusta胁迫下，TciJAZ1/3/11在叶片和嫩茎中的表达显着上调，可能具有抗虫功能。

总结

       从位于9个不同染色体上的T.ciliata中鉴定出总共13个JAZ家族蛋白。系统发育分析表明，这13种蛋白质可分为5组（Ⅰ-Ⅴ组），得到了它们的外显子/内含子结构、基序和存在的结构域的支持。所有TciJAZ蛋白都具有TIFY和Jas转换结构域并位于细胞核中。RT-qPCR结果表明，所有TciJAZ都具有器官特异性作用，而TciJAZ11对MeJA的反应最强。同时，TciJAZ1/3/11积极响应H.robusta，表明它们可能具有抗虫功能。本研究为进一步研究TciJAZ提供了基础的功能和调控机制，为香椿的抗虫基因选择和抗虫育种奠定了基础。

小编点评

       本研究采用生物信息学方法从香椿全基因组中鉴定出JAZ基因家族，系统分析了其基因特征、亚细胞定位、系统进化、启动子顺式元件和表达模式。并通过RT-qPCR检测了由 MeJA和H. robusta触发的TciJAZs各基因的表达模式，发现了一些积极响应的TciJAZ基因，为今后进一步研究TciJAZ基因的功能和调控机制奠定了基础。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114582