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摘 要

bZIP转录因子是一类与植物在逆境中生存相关的基因，参与了植物的生长繁殖、抵抗致病性细菌的入侵等。为对bZIP转录因子的了解更加深入，做好后期基因克隆工作的准备，文章选取了生物信息学方法对2种植物进行分析，即水稻和短柄草基因组。这两类基因家族中分别有96和87个bZIP转录因子，对其进行基因家族成员鉴定、系统进化分析、基因结构与保守序列分析、染色体上定位分析和表达分析。通过Cluster 3.0和Mega5软件构建系统进化树将水稻和短柄草bZIP基因家族各分为5个亚族，这5个亚族都含有motif1基序，但各亚族之间又包含有各自特有的保守基序；经过蛋白聚类分析，在植物未分化前，bZIP转录因子就已发生了进化。单独对水稻bZIP基因进行表达分析，结果表明该类基因家族在穗、花药和雄蕊中表达得更多，且易受脱落酸和茉莉酸的影响而改变自身的表达水平。

关键词：植物逆境，bZIP，转录因子，生物信息学

Abstract：The bZIP transcription factor is a kind of gene related to the survival of plants in stress, and participates in the growth and reproduction of plants and resists the invasion of pathogenic bacteria. In order to further understand the bZIP transcription factor and prepare for the later gene cloning work, the article selected the bioinformatics method to select two plants - 96 and 87 bZIP transcription factors in the rice and slenderfalsebrome genomes. The gene family members can be identified, phylogenetic analysis, gene structure and conserved sequence analysis, chromosome localization analysis and expression analysis. The phylogenetic tree was constructed by using Cluster 3.0 and Mega5 software to divide the bZIP gene family of rice and slenderfalsebrome into five subfamilies. These five subfamilies all contain motif1, but each subfamily contains its own different conserved motifs. Protein clustering analysis showed that the bZIP transcription factor has evolved before the plant is undifferentiated. The expression analysis of rice bZIP gene showed that the gene family expressed more in inflorescences, anthers and pistils, and was changeful to the expression of abscisic acid and jasmonic acid.

Keywords：stress, bZIP, transcription factor, bioinformatics

目 录

1 前言 4

1.1 转录因子的概述 4

1.2 bZIP转录因子 4

1.3 研究的目的和意义 13

2 材料与方法 13

2.1 bZIP基因家族数据获取与分析 13

2.2 植物bZIP转录因子家族系统进化树的构建 14

2.3 植物bZIP转录因子家族保守基序的鉴定和分析 14

2.4 植物bZIP基因家族在染色体上的定位分析 14

2.5 植物bZIP基因在不同组织表达模式分析及不同激素响应分析 14

3 结果与分析 14

3.1 水稻bZIP转录因子家族的结果与分析 14

3.2 短柄草bZIP转录因子家族的结果与分析 26

结 论 34

参考文献 35

致 谢 40

1 前言

在自然生长繁殖过程当中，植物经常会遇到高盐、高温、干旱和机械性损伤等逆境的胁迫。为在各类不良环境中生存，植物体内需有大量与胁迫有关的基因被诱导表达，同时生成抗逆蛋白。转录因子可以识别并且结合特定的顺式作用因子，来调控目的功能基因的表达，提高植物抗逆性^[1]。其中，碱性区域亮氨酸拉链蛋白bZIP转录因子家族是植物体内最大的家族之一。

1.1 转录因子的概述

随着人们对分子生物学的深入研究，转录因子、信号转导和 RNA 剪接等方面越来越受到关注，其中转录因子已成为该领域的热门研究对象。转录因子中有4个结构域：DNA连接区、转录激活基序、核定位信号和寡聚化位点^[2]，这些结构域可以识别相应顺式作用元件并诱导其表达，来调控各种生物学过程。目前，人类已经对部分植物，如水稻、拟南芥等进行了测序工作，并对转录因子的生物信息学进行了预测和统计^[3]。植物中转录因子的总数较大，因此，为更好地向后期基因克隆提供条件，需对植物相关转录因子的研究工作进行拓展和深入。在64种转录因子家族中，MYB、bZIP、WRKY、AP2/EREBP和NAC 5个类家族所编码的产物能够参与信号转导、基因表达，从而参与植物抗逆境过程 ^[3]。

1.2 bZIP转录因子

1.2.1 bZIP转录因子的分布

目前，根据Lee、Zou、Zhang等^[7]实验显示，细胞核中的bZIP蛋白占总量较多。研究表明， bZIP转录因子分布于不同种类的真核生物中^[4]，而植物中bZIP基因的个数（图1）相较于动物中的个数更多^[5]。

图1：bZIP家族在植物中的分布

1.2.2 bZIP转录因子的结构

1.2.2.1 亮氨酸拉链结构域和碱性结构域

植物bZIP蛋白含有60~80个氨基酸残基（图2），其结构有以下4个特点：（1）在亮氨酸拉链结构域的N端，具有可以与特定DNA序列连接的碱性结构域，约20个氨基酸组成^[8]；（2）参与寡聚化的亮氨酸拉链域与碱性域紧密连接，每7个氨基酸的最后一个为亮氨酸。亮氨酸拉链可以形成一个两亲性α-螺旋结构，介入bZIP蛋白与DNA结合前的二聚体化^[9]；（3）转录因子的N末端含有酸活化区，能与DNA结合构成二聚体（图3），而肽链N末端的碱性区直接与DNA结合^[3]；（4）一些植物的bZIP蛋白共享其他一些区域。例如：Pro、Glu和酸性氨基酸等丰富区，与转录激活区之间的互作和下游基因的表达调控有关^[10]。

图2：bZIP域基础结构

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