2024年3月15日发(作者：)

ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．０５．００１

江苏农业科学　２０２３年第５１卷第５期

—１—

丁　宇，王马寅，唐敏强，等．高温胁迫下２个棉花品种转录组可变剪切差异分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（５）：１－１１．

高温胁迫下２个棉花品种转录组可变剪切差异分析

丁　宇，王马寅，唐敏强，李子阳，谢尚潜

（海南大学，海南海口５７０２２８）

　　摘要：棉花（ＧｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．）是一种重要的经济作物，是世界上第二大的天然纺织纤维来源和重要的食用

油来源。棉花对生物和非生物胁迫高度敏感，尤其是高温胁迫极易影响花粉的活力和花药的开裂。为了解析棉花在

高温胁迫下基因转录水平的相应变化机制，开展了热敏和耐热２个棉花品种的全长转录组响应高温胁迫处理变化的

研究。通过转录本的可变剪切分析发现，２个棉花品种在高温胁迫下可变剪切的总数显著增加。热敏品种Ｃｈｅ６１－７２

中发现了２９００个差异表达基因，并且差异基因在加热前样本（Ｒ０）和加热１２ｈ后的样本（Ｒ１２）中分别识别到了

１３２５１个和２５２９６个可变剪切事件，其中内含子保留事件增加得最多，有３８３７个。耐热品种新陆早３６号中发现了

２４３７个差异表达基因，在加热前样本（Ｔ０）和加热１２ｈ后的样本（Ｔ１２）中鉴定到了１１２４８个和１３７６９个可变剪切事

件，外显子跳跃事件变化得最大，增加了４１４４个。富集分析发现，２个品种的差异基因都显著富集到了光系统

Ⅰ

的光

捕获、叶绿体类囊体膜和光合作用－天线蛋白通路中，并筛选出５个关键基因（ＣＰＢ３、Ａ０Ａ１Ｕ８ＩＺＦ２、Ａ０Ａ１Ｕ８ＫＣＡ２、

Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＤＷ４和Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＩ７０），均被注释为叶绿素ａ／ｂ结合蛋白，它们参与了调控棉花光合作用动态平衡。本研究为

棉花在高温胁迫的调节机制的深入研究提供了理论依据，为后续耐高温的种质改良及新品种培育提供了数据支持。

　　关键词：棉花；高温胁迫；全长转录组；纳米孔测序；可变剪切

　　中图分类号：Ｓ５６２．０１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０２３）０５－０００１－１０

　　棉花（ＧｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．）是一种重要的经

济作物，是世界上第二大的天然纺织纤维来源和重

１］

要的食用油来源

［

。近年来，由于温室效应，地表

２］

温度升高对植物生长产生不同程度的影响

［

。棉

了棉花的抗热胁迫机制，揭示了富集在核糖体、激

素信号转导以及内质网蛋白质加工途径的差异表

达基因、叶绿体ａ／ｂ结合蛋白基因和ｌｎｃＲＮＡｓ对棉

８］

花耐热机制的调节作用

［

。Ｒｅｄｄｙ等研究发现，在

花在高温胁迫下花粉活力会受严重影响并导致花

３－４］

药的开裂

［

。因此，从不同水平了解棉花抗高温

２０～３０℃的最适温度下，棉花生物产量增加，超过

９］

最适温度则导致产量严重下降

［

。高于最适温度

７－１０］

会抑制棉花光合作用

［

，同时伴随着碳水化合物

１１］

。Ｂａｒｕａ等发的进一步消耗和呼吸作用的增强

［

胁迫分子机理，选育耐高温棉花材料是十分必要的。

随着测序技术的发展以及基因组研究的兴起，

棉花抗高温胁迫已经开展了相关的研究。已有研

究表明，棉花的酶活性、萌发、生长、根系发育、营养

５］

发育和开花最适温度在２５～３１℃

［

，高温环境通

现，热休克蛋白与棉花等作物的光合作用能力密切

１２］

相关

［

。Ｍｉｎ等发现，在高温敏感品系种，棉花花

药在高温诱导下ＧｈＣＫＩ高度表达，该基因可能在高

１３］

温胁迫中有重要作用

［

。Ｗａｎｇ等研究发现，

过减弱棉花光合作用和新陈代谢，引起授粉能力减

６］

弱

［

，影响棉花花朵的定型、生产率和所产生的纤

７］

维的质量

［

。Ｌｉａｎｇ等通过纳米孔测序转录组分析

ｍｉＲＮＡｓ通过调节与生长稳态、活性氧、叶绿体功

能、植物－病原菌相互作用和植物激素信号转导途

１４］

。Ｍａ等揭示了径相关的基因来发挥作用

［

收稿日期：２０２２－０５－１７

基金项目：国家自然科学基金（编号：３２０６０１４９、３１７６０３１６）；海南省自

然科学基金（编号：３２０ＲＣ５００、３２１ＲＣ４６９）。

１９９６—），女，海南海口人，硕士研究生，主要从事作者简介：丁　宇（

转录组、基因组等生物信息学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｏｓｈｉｄｉｎｇｙｕｙａ＠

１６３．ｃｏｍ。

通信作者：谢尚潜，博士，教授，主要从事生物信息学和基于三代测序

ｍａｉｌ：ｓｑｉａｎｘｉｅ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ。的基因组学和转录组学研究。Ｅ－

ｌｎｃＲＮＡ对高温下棉花雄性生殖的作用，并发现了

１５］

ＧｈＨＲＫ１基因在高温胁迫反应中的负调控作用

［

。

这些研究结果为理解棉花抗高温胁迫的基因水平

的调控机制提供了支持，但高温胁迫条件下关键调

控基因转录本水平的调控解析仍有待进一步研究。

目前，三代测序技术已经被广泛运用于植物的

全长转录本研究，主要包括鉴定复杂的可变剪切事

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江苏农业科学　２０２３年第５１卷第５期

件、全长转录变异体、融合转录本和选择性多聚腺

苷事件。可变剪切事件的发生是调控基因表达的

一种重要调控机制，也是促进转录组和蛋白质组多

１６］

。三代测序相较于二代测序在序列样性的动力

［

ＳＵＰＰＡ可以从注释生成转录事件数进行识别鉴定，

和局部选择性剪切事件，把可变剪切事件分为以下

７种类型：外显子跳跃（ＳＥ），外显子互斥（ＭＸ），５′端

选择性剪切（Ａ５），３′端选择性剪切（Ａ３），内含子保

留（ＲＩ），替代第１个外显子（ＡＦ），替代最后１个外

显子（ＡＬ）。

１．３　基因表达水平的量化和差异表达分析

２５］

通过Ｓａｌｍｏｎ定量软件

［

将全长ｒｅａｄｓ比对到

长度、转录本识别方面的优势，更有助于识别复杂

的剪接异构体，研究植物响应各种胁迫的基因调控

１７］

机制

［

。前人利用三代测序技术已经在高粱

［１８］［１９］

Ｓｏｒｇｈｕｍｂｉｃｏｌｏｒ）、玉米（Ｚｅａｍａｙｓ）、异源多（

［２０］

ｌｌｏｐｏｌｙｐｌｏｉｄｃｏｔｔｏｎ）和花竹倍体棉花（ａ

［２１］

（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓｅｄｕｌｉｓ）中分别鉴定到可观的可变

参考基因组上，并对匹配质量大于５的ｒｅａｄｓ进行量

化。通过每百万计数（ＣＰＭ）估计基因表达水平

（ＣＰＭ＝映射到转录本的ｒｅａｄｓ／样本中对齐的总

６２６］

ｒｅａｄｓ×１０）。使用ＤＥＳｅｑ２Ｒ包

［

对２个棉花品种

剪切事件。多倍体棉花中与耐热机制相关的可变

剪切事件仍有待进一步研究。

本研究基于纳米孔测序的全长转录组数据，分

析了热敏（Ｃｈｅ６１－７２）和耐热（新陆早３６号）２个

品种的棉花在热刺激处理前后的可变剪切差异，发

现高温胁迫增加了可变剪切事件，并进一步分析了

在高温胁迫中差异表达基因的功能，以及可变剪切

事件的解析。本研究为棉花高温胁迫的调节机制

的深入研究提供了理论依据，为后续耐高温的种质

改良及新品种培育提供了数据支持。

１　材料与方法

１．１　数据收集与处理

收集来自ＮＣＢＩ的２个棉花品种（热敏品种

Ｃｈｅ６１－７２和耐热品种新陆早３６号）的纳米孔测序

数据，此数据由石河子大学在２０２１年３月４日上传

发布，登录号为ＰＲＪＮＡ７０６６０３。测序样品使用光照

０℃）进行热应激处理，在处理０ｈ培养箱（温度为４

和１２ｈ后测序。使用ｐｉｐｅｌｉｎｅ－ｎａｎｏｐｏｒｅ－ｒｅｆ－

ｔｔｐｓ：／／ｇｉｔｈｕｂ．ｃｏｍ／ｎａｎｏｐｏｒｅｔｅｃｈ／ｉｓｏｆｏｒｍｓ程序（ｈ

ｐｉｐｅｌｉｎｅ－ｎａｎｏｐｏｒｅ－ｒｅｆ－ｉｓｏｆｏｒｍｓ）对纳米孔测序全

长转录组数据进行处理，再用ｍｉｎｉｍａｐ２ｖ２．２４软件

ｈｔｔｐｓ：／／将测序数据比对到棉花的参考基因组（

ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｇｅｎｏｍｅ／？ｔｅｒｍ＝Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ＋

［２２］

ｈｉｒｓｕｔｕｍ），参数设置为－ａｘｓｐｌｉｃｅ，－ｓｅｃｏｎｄａｒｙ＝

不同时间点的样品进行差异表达分析。在该分析

ＥＳｅｑ２确定的Ｐ＜０．０１、｜ｆｏｌｄｃｈａｎｇｅ｜中，由Ｄ

≥

２被

认为是差异表达基因（ＤＥＧ）。

１．４　差异表达基因的功能富集分析

２７］

使用ｅｇｇＮＯＧｖ２．０．０软件

［

进行差异基因注

Ｏ数据库中获得注释背景信息。释，从差异基因的Ｇ

２８］

利用Ｒ的ｃｌｕｓｔｅｒＰｒｏｆｉｌｅｒＲ包

［

对差异基因进行ＧＯ

富集分析，Ｐ值小于０．０５的ＧＯ条目被认为是差异

［２９］

表达基因显著富集。进一步使用ＫＯＢＡＳｖ３．０分

ＥＧＧ通路中ＤＥＧｓ的富集情况（０．０５）。析Ｋ

α

＝

２　结果与分析

２．１　数据统计分析

本研究从ＮＣＢＩ公共数据库中选取了棉花的耐

热品种（新陆早３６号）和热敏品种（Ｃｈｅ６１－７２）的

纳米孔测序的转录组样本进行分析，其中热敏品种

Ｃｈｅ６１－７２对照组（加热前样本，Ｒ０）和试验组（加

热１２ｈ后样本，Ｒ１２）总的ｒｅａｄｓ分别为１９３０１６７７

和２１４５６６１７，总碱基数为１５．６Ｇ和１９．４Ｇ，ＧＣ含

量为４３．２％和４２．５％。序列的平均长度为８４９ｂｐ

和９５１ｂｐ，Ｎ５０长度为９１８ｂｐ和１０６４ｂｐ。在耐热

６号的对照组（加热前样本，Ｔ０）和试品种新陆早３

验组（加热１２ｈ后样本，Ｔ１２）中，分别获得了

１９２１９３６０和１６５６４９４５条ｒｅａｄｓ，总的碱基数为

１４．７Ｇ和１３６Ｇ，ＧＣ含量分别为４３．３％和

４２６％，序列Ｎ５０长度为８６８ｂｐ和９３４ｂｐ，平均长

度为８０１ｂｐ和９６４ｂｐ（表１）。

２．２　数据的处理与注释

比对２个不同品种棉花获得转录本，使用

ｃＤＮＡ＿Ｃｕｐｃａｋｅ对全长转录组序列进一步去除冗余

转录本。４个样品的转录组序列比对到基因组上的

ｎｏ－Ｃ５。

１．２　注释与可变事件的鉴定

将ｃＤＮＡ＿Ｃｕｐｃａｋｅ（ｈｔｔｐｓ：／／ｇｉｔｈｕｂ．ｃｏｍ／

Ｍａｇｄｏｌｌ／ｃＤＮＡ＿Ｃｕｐｃａｋｅ）的ｃｏｌｌａｐｓｅ＿ｉｓｏｆｏｒｍｓ＿ｂｙ＿

脚本用于比对数据去除冗余的转录本和合ｓａｍ．ｐｙ

２３］

并同种转录本，使用ＳＱＡＮＴＩ３ｖ４．３软件

［

对处理

后的转录本数据结果与基因组注释进行比较分析。

２４］

可变剪切事件通过ＳＵＰＰＡｖ２．３软件

［

使用默认参

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表１　纳米孔测序数据统计概要

—３—

释，转录本总数最多的是热敏品种Ｃｈｅ６１－７２的试

验组（Ｒ１２），得到了３７７５１８个转录本，基因总数也

Ｎ５０长度

（ｂｐ）

９１８

１０６４

８６８

９３４

样本

Ｒ０

Ｒ１２

Ｔ０

Ｔ１２

Ｒｅａｄｓ数

１９３０１６７７

２１４５６６１７

１９２１９３６０

１６５６４９４５

碱基数

（Ｇ）

１５．６

１９．４

１４．７

１３．６

ＧＣ含量

（％）

４３．２

４２．５

４３．３

４２．６

平均长度

（ｂｐ）

８４９

９５１

８０１

８６４

５３４７个，新基因数量为最多，其中已知基因数为６

１２２９１个。而转录本最少的是耐热品种新陆早３６

号的试验组（Ｔ１２），有１９５７９７个。基因总数为

５０４３７个，其中已知基因数为４４７１１，新基因数有

５７２６个。对新的基因进一步进行注释，并用于下

游分析。

在热敏品种Ｃｈｅ６１－７２的Ｒ０中每个基因只有

一个转录本的现象占的比重最大，有３２．２５％，其次

是具有２～３个转录本，占了２８．４９％。而在Ｒ１２中

有具有６个以上转录本的基因的比重最高，

３６３％。在耐热品种新陆早３６号的Ｔ０和Ｔ１２中，

比对率分别为９９．９３％、９９．９３％、９９．９１％和

９９９３％（表２）。

　　使用ＳＱＡＮＴＩ３ｖ．４．３对转录组进行分析和注

表２　全长转录本数据

样本

Ｒ０

Ｒ１２

Ｔ０

Ｔ１２

比对率

（％）

９９．９１

９９．９３

９９．９３

９９．９３

转录本数

（个）

２０６１６０

３７７５１８

２１６８４４

１９５７９７

基因总数

（个）

５１３４４

６５３４７

５３４０２

５０４３７

已知基因数

（个）

４５４２８

５３０５６

４６５１１

４４７１１

新基因数

（个）

５９１６

１２２９１

６８９１

５７２６

每个基因具有１个转录本的现象比重最大（图１）。

经过热应激处理后，２个品种中６个以上转录本的

数量增加，可能是生物体内基因需要产生更多的可

变剪切体来应对热应激反应。这些结果表明，使用

纳米孔测序平台进行大规模转录本测序是重建转

录本的有效方法，有利于复杂转录事件的研究。

２．３　热应激处理后可变剪切事件的广泛动态变化

在高等动植物基因组中，大部分基因在转录过

程中存在可变剪切，从而引起同个基因的多个转录

本。植物在胁迫条件下会产生更多的剪切变异来

３０］

微调其基因的表达模式

［

。本研究使用了ＳＵＰＰＡ

到了１３７２４８可变剪切事件（图２－Ｂ）。研究结果

表明，经过４０℃热应激的外部条件刺激１２ｈ后，

Ｒ１２与Ｒ０相比表达的基因变多，可变剪切事件增

ＲＩ）增加了２７５９１，占了总加，特别是内含子保留（

的可变剪切数量的３０．０６％，其次是３′端选择性剪

切（Ａ３），占了２８．４６％（图２－Ｃ）。在耐热品种新

陆早３６号的Ｔ０样品中，从３１６８７个基因识别到了

５９６３９个可变剪切事件，其中内含子保留（ＲＩ）事件

１２样品中，从３４９７７个基因中识别到了最多。在Ｔ

６９４８３个可变剪切事件，而３′端选择性剪切事件最

多，占了总事件的３０．７３％（图２－Ｂ和图２－Ｃ）。

在４０℃热应激刺激后，Ｔ１２与Ｔ０相比表达的基因

软件去识别可变剪切事件，可变剪切事件分为７种

类型：外显子跳跃（ＳＥ），外显子互斥（ＭＸ），５′端选

择性剪切（Ａ５），３′端选择性剪切（Ａ３），内含子保留

（ＲＩ），替代第１个外显子（ＡＦ），替代最后１个外显

子（ＡＬ）（图２－Ａ）。在热敏品种Ｃｈｅ６１－７２的Ｒ０

样品中，从３５１６２个基因中检测到了６６６３８个可变

剪切事件，在Ｒ１２样品中，从６１０９７个基因中检测

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和可变剪切事件都有所增加，但耐热品种对热应激

的反应没有热敏品种这般强烈，最多的３′端选择性

２３个。３′端选择性剪切（Ａ３）是剪切事件增加了４０

３１］

棉花中最普遍的形式

［

。已有研究表明，内含子保

３２］

留（ＲＩ）可能是植物应对胁迫的重要分子机制

［

。

１３６９个上调基因，１０６８个下调基因。在Ｔ０样本中

鉴定到了１１２４８个可变剪切事件，在Ｔ１２样本中鉴

３７６９个可变剪切事件，在热应激后，可变定到了１

剪切事件增加了２５２１个，其中外显子跳跃事件变

化得最大，增加了４１４４个。

从２个不同品种的棉花样本的可变剪切变化中

研究发现，热敏品种Ｃｈｅ６１－７２对热应激反应非常

强烈，不同类别的可变剪切事件都呈上升趋势，而

耐热品种新陆早３６号的不同类别的可变剪切事件

除了外显子跳跃显著增加和外显子互斥少量增加

之外，其他５个类型都有减少的现象，这可能是与耐

热品种中耐热机制对热应激的自身调控有关。

　　为了防止因为材料本身的差异导致的结果误

差，本研究继续分析了热敏品种（Ｒ０）和耐热品种

（Ｔ０）之间的基因表达的差异情况。一共发现了３１８

个差异基因，其中２０６个基因表达上调，１１２个基因

表达下调。其与热敏品种的热应激的表达差异基因

中有３７个共有基因（图３－Ｃ），与耐热品种的热应激

８个共有基因（图３－Ｄ）。在的表达差异基因中有３

后续的功能注释分析时，剔除共有差异基因。

棉花在热应激处理后，内含子保留（ＲＩ）事件发生了

显著变化，这表明内含子保留（ＲＩ）可能在响应高温

胁迫的转录后转录组调整中发挥作用。

２．４　响应热应激的差异表达基因与可变剪切的

变化

为了探究热应激条件下基因表达的差异，分析

ｈｅ６１－７２和耐热品种新陆早３６号在了热敏品种Ｃ

温度为４０℃条件刺激１２ｈ后的基因表达情况。在

Ｃｈｅ６１－７２中发现了２９００个差异基因（ＤＥＧｓ），其

中１５９２个基因表达上调，１３０８个基因表达下调。

０样本中共识别到了１３２５１个可变剪差异基因在Ｒ

切事件，在Ｒ１２样本差异基因中，可变剪切事件大

量增加，一共识别到了２５２９６个可变剪切事件，其

Ｉ事件增加得最多，有３８３７个（图３－Ａ）。在中Ｒ

新陆早３６号中发现了２４３７个差异表达基因，其中

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２．５　差异表达基因的ＧＯ与ＫＥＧＧ富集分析

进一步分析差异表达基因的功能，本研究对

Ｃｈｅ６１－７２和新陆早３６号的差异基因进行了ＧＯ富

集分析。在Ｃｈｅ６１－７２的差异基因中，一共富集到

了９７３条ＧＯ通路。在生物过程通路中，差异基因

主要富集到了光合作用、光系统

Ⅰ

的光捕获、对光

刺激的反应、蛋白质折叠等；在细胞成分通路中，主

要富集在胞质、叶绿体类囊体膜和质体球等；在分

ＮＡ结合转录因子活子功能类别中，主要富集在Ｄ

性、折叠蛋白的结合和水通道活动等。在新陆早３６

号的差异基因被８５６条ＧＯ通路注释，在生物过程

中，差异基因主要涉及到了核糖体的结构成分、核

糖核酸绑定和叶绿体类囊体膜等条目；在细胞成分

中，主要涉及了质体球、蛋白质泛素化和核斑点中；

在分子功能类别中，主要富集在血红素结合、细胞

质大核糖体亚基和细胞质小核糖体亚基等条目之

）。中（图４

利用ＫＯＢＡＳｖ３．０分析了２个样本差异基因的

ＫＥＧＧ富集通路。在Ｃｈｅ６１－７２的差异基因中，一

共被１２２条通路注释到，分别是光合作用－天线蛋

代谢途径和次生代谢物的生白、昼夜节律－植物、

物合成等通路；新陆早３６号的差异基因一共富集到

了１１３条通路之中，其中有光合作用－天线蛋白、核

糖体、代谢途径和次生代谢物的生物合成等通路

（图５）。通过富集分析发现，在ＧＯ条目中２个品

种的差异基因都显著富集在光系统

Ⅰ

的光捕获、叶

ＥＧＧ通路中最显著富集于光绿体类囊体膜中，在Ｋ

合作用－天线蛋白中，可见热应激对棉花的光合作

用过程产生了影响。

２．６　响应热应激的信号通路和基因分析

在本研究中，２个品种的差异基因都显著富集

到了光系统

Ⅰ

的光捕获、叶绿体类囊体膜和光合作

用－天线蛋白中。在光系统Ｉ的光捕获之中，

Ｃｈｅ６１－７２富集上了３９个差异基因，其中２个基因

上调，３７个基因下调。使用ｓｔｒｉｎｇ蛋白质数据库

（ｈｔｔｐｓ：／／ｃｎ．ｓｔｒｉｎｇ－ｄｂ．ｏｒｇ／）对基因进行注释，发现

１个基因被注释成叶绿素ａ／ｂ结合蛋白。新陆有１

早３６号富集到了３５个差异基因，表达下调，有９个

基因被注释成叶绿素ａ／ｂ结合蛋白。在叶绿体类囊

Ｃｈｅ６１－７２富集上了５２个差异基因，有６体膜之中，

个基因表达上调，４６个基因表达下调。在新陆早３６

号富集到了４８个差异基因，其中１１个基因表达上

调，３７个基因表达下调。富集到的基因分别被注释

／ｂ结合蛋白、核糖核蛋白Ａ、伴侣蛋白、成叶绿素ａ

光系统

Ⅰ

反应中心亚基和蛋白质曲率类囊体１Ａ。在

ＫＥＧＧ最显著富集的通路光合作用－天线蛋白中，

Ｃｈｅ６１－７２富集到了４１个差异基因，２个基因表达

上调，３９个基因表达下调，新陆早３６号在通路中富

集到了３７个差异基因，表达下调。此通路的基因都

属于捕光叶绿素ａ／ｂ结合蛋白（ＬＨＣ）家族。

在热敏品种所富集上的基因中，在热应激前

Ｒ０）的转录本总数为９５２个，可变剪切的总数为（

７３５个，其中内含子保留的类型最多有２３１个，其次

是３′端可变剪切有２２１个。在热应激１２ｈ后

（Ｒ１２），转录本数量为５６５个，比Ｒ０减少了３８７个，

可变剪切总数有５７１个，最多的类型是３′端可变剪

切有１６７个，其次为内含子保留１５２个。与Ｒ０相

比，内含子保留的数量减少的最多，减少了７９个。

在耐热品种所富集上的基因里，热应激前（Ｔ０）的转

录本总数为７７６个，可变剪切总数为６０９个，３′端可

变剪切和５′端可变剪切的数量最多，分别为１７１个和

１７８个。热应激１２ｈ后（Ｔ１２）转录本数量和Ｔ０相

比，减少了３８３个，可变剪切的数量减少了２８１个，

其中３′端可变剪切减少的数量最多，减少了７７个

）。（表３

　　在自然条件下，强烈的阳光会削弱光合作用，

导致光合活性受损。本研究中，在热应激１２ｈ的条

件下处于这３条通路上的基因几乎都呈现下调表达

（图６），导致转录本数目和可变剪切数量减少，其中

ＣＰＢ３、Ａ０Ａ１Ｕ８ＩＺＦ２、Ａ０Ａ１Ｕ８ＫＣＡ２、Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＤＷ４和

Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＩ７０同时参与了这３条通路的调控。

３　讨论与结论

纳米孔测序技术作为一种长读长测序技术，并

且可以表征全长转录本以及量化转录表达，它能够

在转录和转录后水平上剖析植物转录本的复杂

３３］

性

［

。本研究分析了纳米孔测序平台的２个棉花

品种的全长转录本数据。分析测序结果得到了超

过６３Ｇｂｐ的有效数据，并且读取的平均长度超过

８００个碱基。超过９９％的ｒｅａｄｓ成功比对到棉花基

因组，这表明纳米孔测序ｒｅａｄｓ的高质量。大规模、

高质量的纳米孔数据保证了转录本鉴定和定量的

准确性，这表明纳米孔测序是一种具有成本效益的

植物全长转录本分析方法。

可变剪切会产生多个转录本，并且可能会从同

一基因产生不止一种蛋白质，它会因对植物生长和

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发育产生负面影响的环境压力而改变。植物胁迫

相关基因特别容易发生选择性剪切事件，这通常会

调节活性和非活性异构体之间的比例以响应非生

３２］

。本物胁迫，从而微调关键胁迫调节因子的表达

［

研究在热应激的胁迫条件下，从全转录水平展示了

棉花的热敏品种Ｃｈｅ６１－７２和耐热品种新陆早３６

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江苏农业科学　２０２３年第５１卷第５期

表３　通路富集基因的可变剪切事件统计

样本

ＲＯ

Ｒ１２

Ｔ０

Ｔ１２

可变剪切事件（个）

Ａ３

２２１

１６７

１７１

９４

Ａ５

２０２

１３７

１７８

１０７

ＡＦ

２５

６５

４３

１６

ＡＬ

２５

２０

１８

１

ＭＸ

０

１

２

１

ＲＩ

２３１

１５２

１５９

９５

ＳＥ

３１

２９

３８

１４

总数

７３５

５７１

６０９

３２８

转录本总数

（个）

９５２

５６５

７７６

３９３

号的可变剪切的变化。２个品种的棉花在高温胁迫

下，可变剪切的总数大量增加，特别是热敏品种

Ｃｈｅ６１－７２，在被热刺激的１２ｈ之后，可变剪切的数

并且内含子保留的事件最为显著。量增加了２倍多，

然后分析了２个棉花品种在热应激１２ｈ前后基因

ｈｅ６１－７２中发现了表达模式的变化。在热敏品种Ｃ

２９００个差异基因，并且差异基因在Ｒ０样本中识别

到了１３２５１个可变剪切事件，在Ｒ１２样本中识别到

了２５２９６个可变剪切事件，其中内含子保留事件增

加得最多。在新陆早３６号中发现了２４３７个差异

表达基因，在Ｔ０样本中鉴定到了１１２４８个可变剪

切事件，在Ｔ１２样本中鉴定到了１３７６９个可变剪切

事件，与热敏品种不同的是，耐热品种的外显子跳

跃事件变化得最大。

高温会导致光合作用装置的直接损害，而光系

统

Ⅱ

通常被认为是热诱导的光合作用失活的主要

目标，光系统

Ⅰ

被认为可以确定生命系统中的全球

焓量，因此温度升高的影响关于光系统

Ⅰ

可能对于

调节变化环境中所有光合自养生物的光合反应至

３４］

关重要

［

。叶绿体的宏观结构会因热刺激下被暴

露而改变，类囊体膜的完整性受到损害，在３５～

４５℃的温度范围内可以观察到膜堆积减少和类囊

３５］

体膜的一般重组

［

。差异基因ＧＯ和ＫＥＧＧ富集

分析发现，２个品种的差异基因都显著富集到了光

系统

Ⅰ

的光捕获、叶绿体类囊体膜和光合作用－天

线蛋白通路中，并且筛选出５个关键基因（ＣＰＢ３、

Ａ０Ａ１Ｕ８ＩＺＦ２、Ａ０Ａ１Ｕ８ＫＣＡ２、Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＤＷ４和

Ａ０Ａ１Ｕ８ＮＩ７０），均被注释为叶绿素ａ／ｂ结合蛋白

（ＬＨＣ），属于光捕获叶绿素ａ／ｂ结合（ＬＨＣ）蛋白家

族，是光捕获复合体的组成部分，作为一个光受体，

它捕获并将激发能量传递给与其密切相关的光系

ｉａｎｇ等在棉花纳米孔测序转录组分析中也发统。Ｌ

现叶绿体ａ／ｂ结合蛋白基因（ＬＨＣ）有利于耐热品种

８］

的光合稳态，参与棉花抗热调节机制

［

。在高温处

理下的大麦（Ｈｏｒｄｅｕｍｖｕｌｇａｒｅ）和葡萄（Ｖｉｔｉｓｖｉｎｉｆｅｒａ）

中，叶绿体ａ／ｂ结合蛋白（ＬＨＣ）的蛋白丰度和转录

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３６］

本均下降

［

。紫花苜蓿（Ｍｅｄｉｃａｇｏｓａｔｉｖａ）叶片中的热品种增加了９８４４个。这表明转录后剪接在棉花

应对高温胁迫的生物调节中起重要作用。富集分

析发现，差异基因显著富集到了光系统

Ⅰ

的光捕

获、叶绿体类囊体膜和光合作用－天线蛋白通路

它们均为叶绿素ａ／ｂ结中，并筛选出５个关键基因，

合蛋白基因，参与高温胁迫下调控棉花光合作用动

态平衡。本研究探索了棉花在高温胁迫条件下的

调节机制，为后续耐高温的种质选育奠定基础、提

供重要了的数据支持。

参考文献：

［１］ＨａｎＺ，ＷａｎｇＣ，ＳｏｎｇＸ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄ

ｍａｐｐｉｎｇｏｆＧｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍｄｅｒｉｖｅｄＥＳＴ－ＳＳＲｓｉｎａｌｌｏｔｅｔｒａｐｌｏｉｄ

３种叶绿ａ／ｂ结合蛋白在２４ｈ的高温处理下，表达

丰度提高，但在延长的高温胁迫过程中（７２ｈ）蛋白

３７］

丰度下降

［

，表明叶绿体素结合蛋白的丰度变化可

能与耐热性有关，其可能取决于高温胁迫的强度、

持续时间和植物种类。此外，在低温处理的芒属植

物中，叶绿素ａ／ｂ结合蛋白基因上调表达，表明可能

３８］

有助于保护光合作用

［

。本研究中，高温胁迫是导

致棉花叶绿素ａ／ｂ结合蛋白基因下调的根本原因，５

个ＬＨＣ基因与调控棉花光合作用动态平衡密切相关。

本研究分析了２个棉花品种在高温胁迫下转录

组的可变剪切事件，发现在热处理后可变剪切事件

的总数量增多，其中热敏品种增加了７０６１０个，耐

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４３９．

江苏农业科学　２０２３年第５１卷第５期

［１７］ＺｈａｏＬ，ＺｈａｎｇＨ，ＫｏｈｎｅｎＭＶ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅａｎｄ

ｅｐｉｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｉｎｐｌａｎｔｓｕｓｉｎｇＰａｃＢｉｏＩｓｏ－Ｓｅｑａｎｄｎａｎｏｐｏｒｅ－

ｂａｓｅｄｄｉｒｅｃｔＲＮＡｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＧｅｎｅｔｉｃｓ，２０１９，１０：

２５３．

［１８］Ａｂｄｅｌ－ＧｈａｎｙＳＥ，ＨａｍｉｌｔｏｎＭ，ＪａｃｏｂｉＪＬ，ｅｔａｌ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｔｈｅ

ｓｏｒｇｈｕｍｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｕｓｉｎｇｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｌｏｎｇｒｅａｄｓ［Ｊ］．

，２０１６，７（１）：１－１１．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ

［１９］ＷａｎｇＢ，ＴｓｅｎｇＥ，ＲｅｇｕｌｓｋｉＭ，ｅｔａｌ．Ｕｎｖｅｉｌｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅ

ｍａｉｚｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｂｙｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｌｏｎｇ－ｒｅａｄｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ

［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６，７（１）：１－１３．

［２０］ＷａｎｇＱ，ＲｉｏＤＣ．ＪＵＭｉｓａｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒ

ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｎｏｔａｔｉｏｎ－ｆｒｅｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｐｒｅ－ｍＲＮＡ

Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆｓｐｌｉｃｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓ［

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１８，１１５（３５）：ＥＢ１８１－ＥＢ１９０．

［２１］ＷａｎｇＸ，ＸｕＹ，ＺｈａｎｇＳ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｏｍｉｃａｎａｌｙｓｅｓｏｆｐｒｉｍｉｔｉｖｅ，ｗｉｌｄ

ａｎｄｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｃｉｔｒｕｓｐｒｏｖｉｄｅｉｎｓｉｇｈｔｓｉｎｔｏａｓｅｘｕａｌｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．

ＮａｔｕｒｅＧｅｎｅｔｉｃｓ，２０１７，４９（５）：７６５－７７２．

［２２］ＬｉＨ．Ｍｉｎｉｍａｐ２：ｐａｉｒｗｉｓｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｆｏｒｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓ［Ｊ］．

Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，２０１８，３４（１８）：３０９４－３１００．

［２３］ＴａｒｄａｇｕｉｌａＭ，ｄｅｌａＦｕｅｎｔｅＬ，ＭａｒｔｉＣ，ｅｔａｌ．ＳＱＡＮＴＩ：ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇ－ｒｅａｄｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓｅｑｕｅｎｃｅｓｆｏｒｑｕａｌｉｔｙ

ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｆｕｌｌ－ｌｅｎｇｔｈｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ

［Ｊ］．ＧｅｎｏｍｅＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１８，２８（３）：３９６－４１１．

［２４］ＴｒｉｎｃａｄｏＪＬ，ＥｎｔｉｚｎｅＪＣ，ＨｙｓｅｎａｊＧ，ｅｔａｌ．ＳＵＰＰＡ２：ｆａｓｔ，

ａｃｃｕｒａｔｅ，ａｎｄｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ－ａｗａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｐｌｉｃｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｃｒｏｓｓ

ｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＧｅｎｏｍｅＢｉｏｌｏｇｙ，２０１８，１９（１）：４０．

［２５］ＰａｔｒｏＲ，ＤｕｇｇａｌＧ，ＬｏｖｅＭＩ，ｅｔａｌ．Ｓａｌｍｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓｆａｓｔａｎｄｂｉａｓ－

Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＭｅｔｈｏｄｓ，ａｗａｒｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ［

２０１７，１４（４）：４１７－４１９．

［２６］ＬｏｖｅＭＩ，ＨｕｂｅｒＷ，ＡｎｄｅｒｓＳ．Ｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｆｏｌｄｃｈａｎｇｅ

Ｊ］．ＧｅｎｏｍｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｆｏｒＲＮＡ－ｓｅｑｄａｔａｗｉｔｈＤＥＳｅｑ２［

Ｂｉｏｌｏｇｙ，２０１４，１５（１２）：５５０．

［２７］ＣａｎｔａｌａｐｉｅｄｒａＣＰ，Ｈｅｒｎáｎｄｅｚ－ＰｌａｚａＡ，ＬｅｔｕｎｉｃＬ，ｅｔａｌ．ｅｇｇＮＯＧ－

ｍａｐｐｅｒｖ２：ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎｎｏｔａｔｉｏｎ，ｏｒｔｈｏｌｏｇｙａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ，ａｎｄｄｏｍａｉｎ

ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｔｔｈｅｍｅｔａｇｅｎｏｍｉｃｓｃａｌｅ［Ｊ］．ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙａｎｄ

Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，２０２１，３８（１２）：５８２５－５８２９．

［２８］ＹｕＧ，ＷａｎｇＬＧ，ＨａｎＹ，ｅｔａｌ．ｃｌｕｓｔｅｒＰｒｏｆｉｌｅｒ：ａｎＲｐａｃｋａｇｅｆｏｒ

ｃｏｍｐａｒｉｎｇｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｔｈｅｍｅｓａｍｏｎｇｇｅｎｅｃｌｕｓｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｏｍｉｃｓ，

２０１２，１６（５）：２８４－２８７．

［２９］ＸｉｅＣ，ＭａｏＸ，ＨｕａｎｇＪ，ｅｔａｌ．ＫＯＢＡＳ２．０：ａｗｅｂｓｅｒｖｅｒｆｏｒ

ａｎｎｏｔａｔｉｏｎａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｎｒｉｃｈｅｄｐａｔｈｗａｙｓａｎｄｄｉｓｅａｓｅｓ［Ｊ］．

，２０１１，３９（ＷｅｂＳｅｒｖｅｒｉｓｓｕｅ）：Ｗ３１６－Ｗ３２２．ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓ

［３０］ＣｈａｕｄｈａｒｙＳ，ＪａｂｒｅＩ，ＲｅｄｄｙＡＳＮ，ｅｔａｌ．Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ

Ｊ］．ＴｒｅｎｄｓｉｎＰｌａｎｔｓｐｌｉｃｉｎｇａｎｄｐｒｏｔｅｏｍｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｉｎｐｌａｎｔｓ［

Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１９，２４（６）：４９６－５０６．

［３１］ＫｉｍＳ，ＫｉｍＴＨ．Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｐｌｉｃｉｎｇｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓ

ｔｏｌｅｒａｎｃｅａｎｄａｇｒｏｎｏｍｉｃｔｒａｉｔｓｉｎｃｒｏｐｐｌａｎｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔ

Ｂｉｏｌｏｇｙ，２０２０，６３（６）：４０９－４２０．

［３２］ＬａｌｏｕｍＴ，ＭａｒｔíｎＧ，ＤｕｑｕｅＰ．Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓｐｌｉｃｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｂｉｏｔｉｃ

ｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．ＴｒｅｎｄｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，２０１８，２３（２）：１４０－

１５０．

ｃｏｔｔｏｎ［Ｊ］．ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＧｅｎｅｔｉｃｓ，２００６，１１２（３）：４３０－

［２］ＧｒｏｖｅｒＡ，ＭｉｔｔａｌＤ，ＮｅｇｉＭ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｔｏｌｅｒａｎｔｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓ：ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ

Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１３，２０５：３８－４７．

［３］ＺａｈｉｄＫＲ，ＡｌｉＦ，ＳｈａｈＦ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｔｏｌｅｒａｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．ｔｏｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓ：ａｏｆｃｏｔｔｏｎＧ

Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，７：９３７．ｒｅｖｉｅｗ［

［４］ＰｅｔｔｉｇｒｅｗＷＴ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｎｃｏｔｔｏｎｌｉｎｔｙｉｅｌｄ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｆｉｂｅｒｑｕａｌｉｔｙ［Ｊ］．ＣｒｏｐＳｃｉｅｎｃｅ，２００８，４８（１）：２７８－

２８５．

［５］ＢｕｒｋｅＪＪ，ＷａｎｊｕｒａＤＦ．Ｐｌａｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｘｔｒｅｍｅｓ

［Ｍ］／／Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙｏｆｃｏｔｔｏｎ．Ｂｅｒｌｉｎ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０１０：１２３－１２８．

［６］ＯｏｓｔｅｒｈｕｉｓＤＭ，ＳｎｉｄｅｒＪＬ．Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｏｎｆｌｏｒａｌ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｙｉｅｌｄｏｆｃｏｔｔｏｎ［Ｍ］／／ＯｏｓｔｅｒｈｕｉｓＤＭ．Ｓｔｒｅｓｓ

ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙｉｎｃｏｔｔｏｎ．Ｃｏｒｄｏｖａ，Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ：ＴｈｅＣｏｔｔｏｎＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ，

２０１１：１－２４．

［７］ＲｅｄｄｙＫＲ，ＫａｋａｎｌＶＧ，ＺｈａｏＤ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆ

ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ－Ｂｒａｄｉａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｃｏｔｔｏｎｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，

ｇｒｏｗｔｈ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ［Ｊ］．

ＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００４，７９（５）：４１６－４２７．

［８］ＬｉａｎｇＹ，ＧｏｎｇＺ，ＷａｎｇＪ，ｅｔａｌ．Ｎａｎｏｐｏｒｅ－ｂａｓｅｄｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ

ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｖｅａｌｓｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｇｈ－

ＧｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．）［Ｊ］．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｌｅｒａｎｃｅｉｎｃｏｔｔｏｎ（

Ｐｌａｎｔｓ，２０２１，１０（１１）：２５１７．

［９］ＲｅｄｄｙＫ，ＨｏｄｇｅｓＨ，ＲｅｄｄｙＶ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｃｏｔｔｏｎｆｒｕｉｔ

ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｇｒｏｎｏｍｙＪｏｕｒｎａｌ，１９９２，８４（１）：２６－３０．

［１０］ＲｅｄｄｙＶ，ＲｅｄｄｙＫ，ａｎｄＢａｋｅｒＤ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｏｎｇｒｏｗｔｈａｎｄ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｔｔｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｒｕｉｔｉｎｇｐｅｒｉｏｄ［Ｊ］．Ａｇｒｏｎｏｍｙ

Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９１，８３（１）：２１１－２１７．

［１１］ＳｏｌｉｚＬＭＡ，ＯｏｓｔｅｒｈｕｉｓＤＭ，ＣｏｋｅｒＤＬ，ｅｔａｌ．Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ

ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃｏｔｔｏｎｔｏｈｉｇｈｎｉｇｈｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＡｍＪＰｌａｎｔＳｃｉ

，２００８，２：６３－６８．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ

［１２］ＢａｒｕａＤ，ＤｏｗｎｓＣＡ，ＨｅｃｋａｔｈｏｒｎＳＡ．Ｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ

ｓｍａｌｌｈｅａｔ－ｓｈｏｃｋｐｒｏｔｅｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓａｍａｊｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔｏｆ

ｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｃｅｏｆｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ

ａｍｏｎｇｅｃｏｔｙｐｅｓｏｆＣｈｅｎｏｐｏｄｉｕｍａｌｂｕｍ［Ｊ］．ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｌａｎｔ

Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００３，３０（１０）：１０７１－１０７９．

［１３］ＭｉｎＬ，ＺｈｕＬ，ＴｕＬ，ｅｔａｌ．ＣｏｔｔｏｎＧｈＣＫＩｄｉｓｒｕｐｔｓｎｏｒｍａｌｍａｌｅ

ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙｄｅｌａｙｉｎｇｔａｐｅｔｕｍｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈｖｉａ

ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｎｇｓｔａｒｃｈｓｙｎｔｈａｓｅ［Ｊ］．ＴｈｅＰｌａｎｔＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，７５（５）：

８２３－８３５．

［１４］ＷａｎｇＱ，ＬｉｕＮ，ＹａｎｇＸ，ｅｔａｌ．ＳｍａｌｌＲＮＡ－ｍｅｄｉａｔｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｔｏ

Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｌｏｗ－ａｎｄｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｃｏｔｔｏｎ［

Ｒｅｐｏｒｔｓ，２０１６，６（１）：１－１４．

［１５］ＭａＹ，ＭｉｎＬ，ＷａｎｇＪ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｏｍｅ－ｗｉｄｅａｎｄ

ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅ－ｗｉｄｅａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｒｅｖｅａｌｓｇｅｎｅｔｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓ

ｌｅａｄｉｎｇｔｏｍａｌｅｓｔｅｒｉｌｉｔｙｄｕｒｉｎｇｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｃｏｔｔｏｎ

［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌｏｇｉｓｔ，２０２１，２３１（１）：１６５－１８１．

［１６］ＢａｒａｓｈＹ，ＣａｌａｒｃｏＪＡ，ＧａｏＷ，ｅｔａｌ．Ｄｅｃｉｐｈｅｒｉｎｇｔｈｅｓｐｌｉｃｉｎｇｃｏｄｅ

［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２０１０，４６５（７２９４）：５３－５９．

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ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．０５．００２

江苏农业科学　２０２３年第５１卷第５期

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陈　微，潘　美，惠林冲，等．基于转录组的洋葱ｂＨＬＨ转录因子家族鉴定与生物信息学分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（５）：１１－１８．

基于转录组的洋葱ｂＨＬＨ转录因子家族鉴定

与生物信息学分析

陈　微

１

，潘美红

１

，惠林冲

１

，李威亚

１

，郇国磊

２

，何林玉

１

，缪美华

１

，陈振泰

１

，杨海峰

１

（１．江苏省连云港市农业科学院，江苏连云港２２２０００；２．江苏省灌南县农业农村局，江苏灌南２２２０００）

　　摘要：ｂＨＬＨ转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族，在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重

要作用。本研究利用转录组数据对洋葱基因家族成员进行筛选和鉴定，并对家族成员进行理化性质、保守基序、亚细

胞定位、系统发育和蛋白互作生物信息学分析，同时对ｂＨＬＨ基因家族在洋葱幼苗中的表达情况进行分析。结果表

明，从洋葱转录组共鉴定到３６个ｂＨＬＨ基因，预测编码蛋白质含有的氨基酸数量为１２７～６１０个，且均为亲水性蛋白，

系统发育分析表明，洋葱ｂＨＬＨ基因家族分为１２个亚族，同一亚族的大多数基因具有相似的保守基序，大多数ｂＨＬＨ

基因在洋葱幼苗中表达，不同基因的表达量水平差异较大。本研究结果为进一步研究洋葱ｂＨＬＨ转录因子家族的生

物学功能奠定了基础。

　　关键词：洋葱；ｂＨＬＨ；转录因子；生物信息学分析

　　中图分类号：Ｓ６３３．２０１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０２３）０５－００１１－０８

　　转录因子是真核生物中重要的调节因子，可以

与顺式元件相互作用，调节特定基因的表达，来响

ＨＬＨ（ｂａｓｉｃｈｅｌｉｘ－ｌｏｏｐ－ｈｅｌｉｘ）转录应环境胁迫。ｂ

１］

因子家族是植物中最大的转录因子家族之一

［

，具

３－４］５］６－８］

、信号转导

［

和植物生长发育

［

等方物合成

［

面发挥着重要作用。

随着不同物种全基因组和转录组测序的完成，

ＨＬＨ基因家族。目前，已从拟多个物种中鉴定到ｂ

９］１０］１１］１２］１３］

南芥

［

、毛竹

［

、胡萝卜

［

、人参

［

、梨

［

、苹

１４］１５］

果

［

、葡萄

［

等植物物种鉴定和分析了大量ｂＨＬＨ

有高度保守的ｂＨＬＨ结构域，由大约５０～６０个保守

氨基酸组成，包含２个功能区：一个是Ｎ端的碱性

氨基酸区，长度约为１５个氨基酸，另一个是ＨＬＨ

２］

区

［

。ｂＨＬＨ蛋白调节许多生理过程，在黄酮类生

基因家族。随着ｂＨＬＨ蛋白功能的确定，ｂＨＬＨ的

分类不断得到改进。根据序列相似性和进化关系

以及结合ＤＮＡ的能力，ｂＨＬＨ通常分为从Ａ到Ｆ的

１６－１７］

６个主要组

［

。

收稿日期：２０２２－０４－２１

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金［编号：ＣＸ（２０）３１６４］；连云

ＱＮＪＪ２００５）。港市财政专项（编号：

作者简介：陈　微（１９９０—），女，山东菏泽人，硕士，助理研究员，主要

从事蔬菜育种和栽培研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１１３５０５０５９９＠ｑｑ．ｃｏｍ。

通信作者：杨海峰，副研究员，主要从事蔬菜育种和栽培研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：１３７７５４９２９５９＠１６３．ｃｏｍ。

洋葱是全球范围内种植的蔬菜之一，具有丰富

的营养成分，很多国家视其为一种非常重要的蔬

ｂＨＬＨ转录因子的研究主要在拟南菜。迄今为止，

芥、葡萄、水稻等植物中，在洋葱中未见ｂＨＬＨ转录

因子功能及理化性质的报道。本研究利用洋葱转

［３６］ＳｈａｋｅｅｌＳＮ，ＡｍａｎＳ，ＨａｑＮＵ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃａｎｄｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｉｃ

ａｎａｌｙｓｅｓｏｆＡｇａｖｅａｍｅｒｉｃａｎａｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ

，２０１３，３１（４）：８４０－８５１．ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙＲｅｐｏｒｔｅｒ

［３７］ＬｉＷＭ，ＷｅｉＺＷ，ＱｉａｏＺＨ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｌｆａｌｆａ

ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．ＰＬｏＳＯｎｅ，２０１３，８（１２）：ｅ８２７２５．

［３８］ＳｐｅｎｃｅＡＫ，ＢｏｄｄｕＪ，ＷａｎｇＤＦ，ｅｔａｌ．Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓ

ｉｎｄｉｃａｔｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｐｒｏｔｅｉｎｓａｓｋｅｙｔｏｔｈｅ

ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｃｈｉｌｌｉｎｇｔｏｌｅｒａｎｃｅｏｆＣｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｎＭｉｓｃａｎｔｈｕｓ×

４

ｐ

ｇｉｇａｎｔｅｕｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＢｏｔａｎｙ，２０１４，６５（１３）：

３７３７－３７４７．　

櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄

［３３］ＣｕｉＪＷ，ＳｈｅｎＮ，ＬｕＺＧ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＰａｃＢｉｏａｎｄｎａｎｏｐｏｒｅ－ｂａｓｅｄＲＮＡｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｏｆｔｈｅ

Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅ［Ｊ］．ＰｌａｎｔＭｅｔｈｏｄｓ，２０２０，１６（１）：８５．

［３４］ＩｖａｎｏｖＡＧ，ＶｅｌｉｔｃｈｋｏｖａＭＹ，ＡｌｌａｋｈｖｅｒｄｉｅｖＳＩ，ｅｔａｌ．Ｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ－

ｉｎｄｕｃｅｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐｈｏｔｏｓｙｓｔｅｍ

Ⅰ

：ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄ

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．ＰｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１７，１３３（１／

）：１７－３０．２／３

［３５］ＡｌｌａｋｈｖｅｒｄｉｅｖＳＩ，ＫｒｅｓｌａｖｓｋｉＶＤ，ＫｌｉｍｏｖＶＶ，ｅｔａｌ．Ｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ：

ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｒｅｓｐｏｎｓｅｓｉｎｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．

ＰｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８，９８（１／２／３）：５４１－５５０．

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