文章信息
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题目：Genome-Wide Identification and Characterization of Melon bHLH Transcription Factors in Regulation of Fruit Development
刊名：plants
作者：Selinge Bai, Agula Hasi
单位：Inner Mongolia University
摘要
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转录因子bHLH是植物中最大的转录因子家族之一，在植物发育中起着至关重要的作用。甜瓜是重要的园艺植物，也是研究果实成熟的有模型植物。然而，甜瓜的bHLH基因家族尚未被鉴定出来，其在果实生长和成熟中的作用也很少被研究。本研究在甜瓜基因组中鉴定了118 个bHLH基因。这些CmbHLH基因在1-12号染色体上分布不均，5个CmbHLH在4号和8号染色体上呈串联重复序列。CmbHLH之间有13种内含子分布模式基因。使用转录组数据研究了CmbHLH基因的表达模式。通过定量 RT-PCR 分析CmbHLH32基因的组织特异性表达。结果表明，CmbHLH32基因在雌花和发育早期果实中高表达。过表达CmbHLH32的转基因甜瓜系，与野生型相比，过表达CmbHLH32导致果实早熟。这些发现为进一步研究bHLH家族成员在甜瓜生长发育中的作用奠定了基础。
技术路线
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主要结果
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4.1 Cmbhlh的系统发育、基序分析和基因结构
从CmbHLH蛋白中表征了10个保守基序（图 4 A，B）。在这些基序中，基序1和2被注释到 bHLH 结构域，基序7和10被注释到转录因子 bHLH-MYC-N 末端。CmbHLH14 和 CmbHLH94 分别拥有两个和三个motif-2。CmbHLH 的外显子数量从 1 到 11 不等（图4C）。
Fig. 4 Sequence logo and arrangement of conserved motifs, gene structure and intron pattern of CmbHLH. (A) Sequence logo of 10 conserved motifs of CmbHLH. (B) Arrengement of conserved motifs. Motifs labeled with 1 to 10 in different colores. (C) Intron-exon structure of CmbHLH. The exon, intron and UTR are represented by green rectangle, lines and yellow rectangle, respectively; the numbers (0–3) represent the intron phase. (D) Intron distribution pattern of bHLH of CmbHLH. The bars (labeled from I to XIII) illustrate the intron distribution pattern of the coding sequence of the bHLH domain within CmbHLHs. The arrows indicate the intron positions, and the numbers (0–3) above the arrows represent the intron phase. The count and percentage of genes in each pattern are shown on the right.
4.2 CmbHLH在瓜果发育过程中的表达模式
对RNA表达数据的分析揭示了98个CmbHLH基因的161个转录本在甜瓜果实生长阶段 (G)、成熟阶段 (R)、收获期 (C)、和收获后期 (P) 的表达情况。45个CmbHLH基因的平均 FPKM值高于10，只有5个基因（CmbHLH23、CmbHLH32、CmbHLH41、CmbHLH67和CmbHLH79）的平均 FPKM值高于100（图7A）。差异表达分析显示 32个CmbHLH在G与R、R 与 C 和 C 与 P 阶段样本中差异表达的基因。G与R样本中共有21个CmbHLH基因差异表达（7个基因上调，14个基因下调），CmbHLH32在这些差异表达基因中表达最高；26个 CmbHLH基因在 R 与 C 样品中差异表达，只有 2 个基因（CmbHLH9和CmbHLH114）上调，其他基因下调。六个CmbHLH基因在C与P阶段样本中差异表达。综上所述，CmbHLH基因的表达从瓜果 G 期到 P 期样品呈现下调趋势，表明大部分CmbHLH基因可能在果实早期发育阶段起作用。然而，两个基因（CmbHLH9和CmbHLH114）在 R 与 C 阶段样品中上调，表明它们可能参与果实成熟的调节。
4.3 CmbHLH32过表达导致甜瓜果实早熟
本研究获得了CmbHLH32过表达转基因植物系 (CmbHLH32-OE)。与野生型（WT）瓜果相比，过表达CmbHLH32导致果实早熟。CmbHLH32-OE 系的果实成熟平均比 WT 早 4 天。定量 RT-PCR 分析表明 CmbHLH32 基因的表达水平与野生型果实相比平均增加了约 5.5 倍（图 7D）。还通过酵母双杂交试验研究了 CmbHLH32 的转录活性。然而，CmbHLH32 的单体和同源二聚体在酵母中均未显示出转录激活活性（图 8A）。
对果实重量、长度、宽度和果实可溶性固形物含量的分析表明，WT甜瓜果实和CmbHLH32-OE转基因系果实之间没有差异。然而，CmbHLH32-OE 转基因植物果实的硬度低于 WT 甜瓜果实。使用转录组数据的表达相关网络分析表明 94 个基因与 CmbHLH32 相关。对相关基因进行GO分析，植物型细胞壁生物发生 (GO:0009832) 丰富（图8B ），表明 CmbHLH32 可能通过调节植物细胞壁合成来影响果实软化。
总结
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本研究鉴定了甜瓜中的CmbHLH基因家族，并展示了 CmbHLH 分类、bHLH 结构域特征和内含子模式，以及 CmbHLH 和其他四种葫芦科植物的系统发育关系。CmbHLH基因倾向于在果实发育早期表达，其中CmbHLH32是最突出的。CmbHLH32在雌花和果实生长期高表达。与野生型果实相比，过表达CmbHLH32的转基因植物系导致果实早熟。这些发现阐明了CmbHLH基因家族的成员和特征，并为了解甜瓜 bHLH 基因在调节果实发育中的作用提供了新的见解。
原文链接
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https://www.mdpi.com/2223-7747/10/12/2721/htm
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