全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (4): 528~536　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0566528
收稿 2014-12-11　　修定 2015-03-23
资助 国家自然科学基金(31101429)、教育部博士学科点博导类专
项科研基金(20122305110001)、黑龙江省自然科学基金项目
(C201324)、黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12511360)、
黑龙江八一农垦大学研究生创新项目(YJSCX2014-Y02)和黑
龙江省大学生创新创业训练计划项目(2012)。
* 共同通讯作者(E-mail: byndykj@163.com, Tel: 0459-
6819170; E-mail: zhaocj15@126.com, Tel: 0459-6819181)。
玉米BSKs基因家族生物信息学分析
胡雪微1,2, 杨克军1,2,*, 李佐同1,2, 张海燕1,2, 刘鑫1, 赵莹1,2, 聂江山1, 韩雨1,2, 赵长江1,2,*
1黑龙江八一农垦大学农学院, 黑龙江大庆163319; 2黑龙江省普通高校寒地作物种质改良与栽培重点实验室, 黑龙江大庆
163319
摘要: 油菜素内酯信号激酶(BSKs)是一类参与油菜素内酯(BR)信号转导的植物特异受体类胞质激酶。本研究采用生物信
息学的方法在玉米基因组水平鉴定玉米BSKs基因家族, 对基因结构、启动子元件、蛋白质结构和性质、基因表达模式及
候选互作蛋白等进行分析。鉴定的14个玉米BSKs基因分别定位在玉米的1、2、4、5和9号染色体上, 1号染色体上多达6
个; 编码蛋白包含典型的PKc和TPR结构域, N端由延长链和螺旋结构组成, 定位于叶绿体, 多为亲水性、酸性蛋白, 可能与
热激蛋白、含CS结构域蛋白及受体BRI1互作。玉米BSKs基因在从种子萌发到成熟的整个生长发育期, 以及不同组织和器
官呈现不同的表达模式; 基因启动子上含有大量激素和非生物逆境诱导的顺式作用元件, 其中激素SA及NaCl诱导相关元
件数量最多, 表明玉米BSKs基因可能在不同生育期受多种激素调控, 并参与玉米对多种逆境的应答调控。该研究有助于解
析单子叶C4作物玉米BSKs基因在生长发育及逆境胁迫响应中的功能。
关键词: 玉米; BSK; BSKs基因家族; 生物信息学
Genome-Wide Analysis of the BSKs Gene Family in Maize (Zea mays)
HU Xue-Wei1,2, YANG Ke-Jun1,2,*, LI Zuo-Tong1,2, ZHANG Hai-Yan1,2, LIU Xin1, ZHAO Ying1,2, NIE Jiang-Shan1, HAN Yu1,2,
ZHAO Chang-Jiang1,2,*
1College of Agronomy, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing, Heilongjiang 163319, China; 2Key Laboratory of Crop
Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Regions of Heilongjiang Province Education Department, Daqing, Heilongji-
ang 163319, China
Abstract: Brassinosteroid signaling kinases (BSKs) are novel plant specific receptor-like cytoplasmic kinases in-
volved in the brassinosteroid (BR) signal transduction pathway. In this study, a family of maize (Zea mays) BSKs
genes was identified from maize genome using bioinformatic methods, and their structures, promoter elements,
protein structure and properties, gene expression pattern and candidate interacting proteins were analyzed. The
results revealed that 14 maize BSKs genes located on chromosome 1, 2, 4, 5 and 9, respectively, with up to 6 of
them on chromosome 1. The encoded proteins had typical PKc and TPR motifs and a complicated N-terminal
made up of extending chains and helixes; they localized in chloroplast and most of them were hydrophilic and
acidic, interacting probably with heat shock proteins, proteins with CS domain and BRI1. Differential expression
profiles of maize BSKs genes were observed on developmental stages from germination to maturity, and in dif-
ferent tissues. A great deal of cis-elements related to hormones and abiotic stresses were uncovered in the pro-
moter regions, and most of them were found to be salicylic acid (SA) and salt (NaCl) induced, which suggested
that the maize BSKs genes were modulated by multiple hormones under different developmental stages, and
might play a role in response to many kinds of abiotic stresses. This study will help to decipher the functions of
BSKs genes from monocots C4 crop maize on growth, development and responses to abiotic stresses.
Key words: maize; BSK; BSKs gene family; bioinformatic analysis
油菜素内酯BR (brassinosteroid)在植物细胞增
殖、衰老、雄性不育、诱导开花及果实成熟中发
挥重要功能(Li等2010; Ye等2010; Bajguz和Hayat
2009; Symons等2006; Nakaya等2002; He等2001);
有研究表明, 施用外源BR能缓解植物幼苗受盐碱
胁迫的毒害(刘强等2014), 增强植物抗寒和抗高温
能力(惠竹梅等2013; 吴雪霞等2013; 张永平等
胡雪微等: 玉米BSKs基因家族生物信息学分析 529
2012), 提高植物光合作用(胡文海等2006)。玉米
(Zea mays)作为重要的粮食作物, 在生长过程中不
可避免的遭受逆境胁迫, 影响其产量和品质。所
以, 揭示玉米BR信号组份及其转导途径对逆境胁
迫响应及其生长发育调控具有重要意义。
在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliala)中,
位于细胞膜的聚亮氨酸重复序列类受体激酶BRI1
(brassinosteroid-insensitive 1)作为BR的受体, 与
BAK1 (BR-associated kinase 1)形成复合体激活
BRI1磷酸化丝氨酸/苏氨酸激酶BSK1 (BR-signal-
ing kinases 1) (Sreeramulu等2013; Hink等2008;
Tang等2008; Wang等2005; Russinova等2004)。
BSKs属于RLCK-XII (receptor-like cytoplasmic ki-
nase XII)类超家族, 拟南芥中有12个成员, 包含N端
激酶结构域PKc (putative kinase catalytic)和C端三
羧氨酸重复TPR (tetratricopeptide repeats)结构域
(Tang等2008; Shiu等2004)。除拟南芥bsk3-1突变
体明显降低了对BR的敏感性外, 其他单突变体无
明显表型变化(Tang等2008); 四倍突变体bsk3,4,7,8
和五倍突变体bsk3,4,6,7,8 显著降低了BR的敏感性
及生长表型, 表明植物BSKs存在功能冗余(Sreera-
mulu等2013; Kim等2009, 2011), 并且BSKs组成型
失活蛋白激酶可能通过别构机制调节BR信号转导
(Grütter等2013)。最近研究指出, 拟南芥BSK1与
病原相关分子模式PAMP (pathogen-associated mo-
lecular patterns)受体激酶FLS2 (flagellin-sensitive 2)
存在生理相关 , 参与PAMP-激发免疫反应PTI
(PAMP-triggered immunity)的正向调节(Shi等
2013), 阻止病原物的侵染扩散, 提高植物抗病能力
(Boller和Felix 2009; Schwessinger和Zipfel 2008;
Bent等2007; Stout等2006)。迄今为止, 关于玉米
BSKs基因在激素信号转导、生长发育及逆境胁迫
响应中的功能研究尚未见报道。本研究利用生物
信息学方法对玉米BSKs基因家族进行基因结构、
系统进化、组织表达及逆境响应的分析, 有助于
揭示BSKs在玉米生长发育及逆境胁迫响应中的作
用, 为解析单子叶C4植物BR信号转导途径奠定基
础, 从而对玉米育种提供新的基因资源。
材料与方法
1 基因家族成员鉴定
通过三种方法鉴定玉米(Zea mays L.) ZmBSKs
基因家族成员: 利用已发表的拟南芥(Arabidopsis
thaliala L.) AtBSKs蛋白序列(Tang等2008)搜索玉
米基因组数据库(http://www.maizegdb.org/)和
NCBI数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/); 利用
BSKs基因典型的PKc和TPR保守结构域搜索玉米
基因组和NCBI数据库 ; 利用关键词“maize”和
“BSK”搜索NCBI数据库。在NCBI、SMART
(http://smart.embl-heidelberg.de/)和Pfam (http://
pfam.sanger.ac.uk/)数据库对非冗余的蛋白序列进
行保守结构域分析。在MaizeSequence数据库
(http://www.maizesequence.org/index.html)获取
ZmBSKs基因的登录号、编码序列长度和氨基酸数
量。分子式、分子量、等电点和亲水系数来自Ex-
pasy (http://web.expasy.org/cgi-bin/protparam/prot-
param) (陈秀玲等2014)。采用HMTOP (http://www.
enzim.hu/hmmtop/html/submit.html)、WoLF PSO-
RT (http://wolfpsort.org/)、SignalP 4.1 Server
(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)进行蛋白
的跨膜螺旋、亚细胞定位和信号肽分析。
2 蛋白系统进化、基因结构及染色体定位分析
由MEGA6.0软件分析蛋白系统进化关系; 利
用GSDS (http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)进行基因结构
分析(张海燕等2013); 通过MaizeSequence数据库
分析供试基因在染色体上的定位, 并采用Map In-
spect软件绘制定位图。
3 蛋白结构域及高级结构分析
采用InterProScan 5 (http://www.ebi.ac.uk/
Tools/pfa/iprscan5/)进行蛋白结构域的分析, 应用
程序选择HMMPfam、HMMSmart和SuperFamily;
蛋白结构域相互作用蛋白网络由STRING (http://
string.embl.de/)数据库构建, 蛋白数量限制10以内;
由InParanoid8 (http://inparanoid.sbc.su.se/cgi-bin/in-
dex.cgi)进行直系同源蛋白分析, 并通过NCBI获取
其互作蛋白; 采用Predictprotein (https://www.pre-
dictprotein.org/)预测蛋白二级结构; 采用Swiss-
Model (http://swissmodel.expasy.org/)预测蛋白三级
结构。
4 基因表达及其启动子顺式元件分析
供试基因在不同组织、器官和发育阶段的表
达数据来自Maize eFP (http://bar.utoronto.ca/efp_
maize/cgi-bin/efpWeb.cgi)数据库, 通过Cluster ver-
sion 3.0和Tree View version 1.6软件进行聚类分
植物生理学报530
析。在MaizeSequence数据库获取基因翻译起始位
点上游2 000 bp的启动子序列 , 提交至PLACE
(http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/signalscan.html)
统计分析激素及逆境相关顺式作用元件数量。
实验结果
1 ZmBSKs基因鉴定和命名
三种方法结合获得多达362个蛋白序列, 提交
至NCBI、SMART和Pfam数据库进行结构域验证,
发现编码包含PKc和TPR结构域的非冗余蛋白基
因14个, 根据其染色体的位置分别命名为ZmB-
SK1~ZmBSK9 (表1), 其中包括3个ZmBSKs具有两
种以上剪接方式的注释基因。ZmBSKs基因编码序
列长度介于879 (ZmBSK7.2)~2 376 (ZmBSK5.1)
bp; 蛋白分子量介于32.0 (ZmBSK7.2)~87.7 (ZmB-
SK5.1) kDa, 平均分子量为55.1 kDa, 均为亲水性蛋
白, 多数蛋白呈酸性, 预测定位于叶绿体, 其中只
有ZmBSK2.3存在信号肽。
2 ZmBSKs蛋白进化和分类
通过邻接法对14个玉米、12个拟南芥及6个
水稻的BSKs蛋白进行系统聚类分析(图1)。BSKs
蛋白被分成3个亚组, 组I包含8个ZmBSKs蛋白, 与
4个拟南芥BSKs同组; 组II含3个ZmBSKs蛋白, 与6
个拟南芥BSKs同组; 组III也含3个ZmBSKs蛋白,
与2个拟南芥BSKs同组。在物种间, ZmBSKs和
OsBSKs蛋白亲缘关系更近。
3 基因结构分析
对基因内含子、外显子分析发现(图2和表1),
表1 ZmBSKs基因的特征
Table 1 Characters of ZmBSKs genes
基因名 登录号 编码区/bp 氨基酸/aa 分子式 分子量/kDa 等电点 亲水系数
ZmBSK1 GRMZM2G099598_T01 1 539 512 C2518H3946N716O760S30 57.4 6.48 –0.532
ZmBSK2.1 GRMZM2G026767_T01 882 293 C1479H2349N399O440S20 33.4 5.89 –0.305
ZmBSK2.2 GRMZM2G026767_T03 1 554 517 C2552H3998N718O754S28 57.7 7.56 –0.424
ZmBSK2.3 GRMZM2G026767_T04 1 134 377 C1916H2990N516O568S24 43.1 5.57 –0.348
ZmBSK3 GRMZM2G169080_T01 1 518 505 C2485H3898N680O745S22 55.9 5.83 –0.309
ZmBSK4 GRMZM2G177445_T01 1 476 491 C2382H3725N691O719S21 54.2 6.63 –0.316
ZmBSK5.1 GRMZM2G382104_T01 2 376 791 C3887H6179N1101O1121S46 87.7 8.73 –0.113
ZmBSK5.2 GRMZM2G382104_T02 1 473 490 C2394H3772N680O745S33 55.1 5.48 –0.406
ZmBSK5.3 GRMZM2G382104_T03 1 473 490 C2394H3772N680O745S33 55.1 5.48 –0.406
ZmBSK6 GRMZM2G164224_T01 1 926 641 C3160H5051N897O968S43 72.5 6.11 –0.453
ZmBSK7.1 GRMZM2G121826_T01 1 476 491 C2387H3729N689O727S21 54.4 6.26 –0.324
ZmBSK7.2 GRMZM2G121826_T02 879 292 C1391H2204N402O446S11 32.0 5.58 –0.374
ZmBSK8 GRMZM2G054634_T01 1 518 505 C2482H3901N683O746S23 56.0 5.94 –0.328
ZmBSK9 GRMZM2G127050_T01 1 533 510 C2516H3946N716O762S30 57.4 6.30 –0.550
基因名 跨膜螺旋 亚细胞定位 信号肽 内含子数 螺旋数 延长链数 蛋白三级结构与AtBSK8相似性/%
ZmBSK1 1 Chl/Mit/Nuc — 8 19 20 68.64
ZmBSK2.1 1 Chl/Nuc/Cyt — 4 14 3 —
ZmBSK2.2 1 Chl/Mit — 8 15 11 68.07
ZmBSK2.3 0 Chl/Cyt/Ext Y 6 15 13 —
ZmBSK3 1 Chl/Nuc/Cyt — 9 16 17 65.85
ZmBSK4 1 Chl/Mit/Nuc/Cyt — 9 16 21 72.82
ZmBSK5.1 5 Chl/Cyt — 16 32 15 79.14
ZmBSK5.2 0 Chl/Mit/Nuc/Cyt — 9 16 13 77.78
ZmBSK5.3 0 Chl/Mit/Nuc/Cyt — 9 16 13 77.78
ZmBSK6 0 Chl/Nuc/Cyt — 8 21 21 —
ZmBSK7.1 0 Chl/Mit/Nuc/Cyt — 9 16 20 73.17
ZmBSK7.2 0 Chl/Nuc/Cyt — 5 12 5 76.00
ZmBSK8 1 Chl/Mit/Nuc/Cyt — 9 17 11 66.20
ZmBSK9 0 Chl/Mit/Cyt — 8 15 12 68.40
　　Chl: 叶绿体; Mit: 线粒体; Nuc: 细胞核; Cyt: 细胞质; Ext: 细胞外; Y: 有。
胡雪微等: 玉米BSKs基因家族生物信息学分析 531
除ZmBSK5.1含有17个外显子外, 其余ZmBSKs基因
外显子数量在5~10之间。亚组I内含8个内含子和9
个外显子的基因最多(ZmBSK1/ZmBSK2.2/ZmB-
SK6/ZmBSK9); 亚组II和亚组III含9个内含子和10
个外显子的基因最多(组II: ZmBSK5.2/ZmBSK5.3和
组III: ZmBSK4/ZmBSK7.1)。
4 ZmBSKs基因在染色体上的分布
ZmBSKs基因分布在玉米10条染色体中的1、
2、4、5和9号染色体上(图3)。4号染色体只分布1
个ZmBSK基因, 染色体5和9都分布2个ZmBSKs基
因, 2号染色体分布3个ZmBSKs基因, 1号染色体分布
6个ZmBSKs基因; ZmBSKs基因多数远离中心粒, 定
位于染色体两端, 同一亚组内不同剪接方式转录本
定位于同一染色体, 例如: ZmBSK5.1、ZmBSK5.2和
ZmBSK5.3聚集在染色体2上, ZmBSK7.1、ZmBSK7.2
聚集在染色体5上。结合系统进化可以发现: 共生同
源的ZmBSK1 (1号染色体)和ZmBSK9 (9号染色体)
间、ZmBSK3 (1号染色体)和ZmBSK8 (9号染色体)
间、ZmBSK4 (1号染色体)和ZmBSK7.1/ZmBSK7.2 (5
号染色体)间在不同染色体上发生片段重复。
5 ZmBSKs蛋白结构域及互作蛋白网络分析
由InterProScan分析发现, ZmBSKs蛋白同时
含PKc (PF07714、 SSF56112)和TPR (PF13414、
SSF48452)结构域, ZmBSK6还含有Motile_Sperm
(PF00635、SSF49354)结构域, 该结构域蛋白主要
调控精子的能动性, 其寡核苷酸聚合物可能参与
花丝形成。通过PKc和TPR结构域序列分析, 选择
与ZmBSKs蛋白保守域一致性最高的假定蛋白
(JGI97572)进行互作蛋白分析, 获得10个可能与
ZmBSKs保守域(JGI97572)互作的候选蛋白(图
图1 玉米(ZmBSKs)、拟南芥(AtBSKs)和水稻(OsBSKs)蛋
白进化树
Fig.1 Phylogenetic analysis of BSKs from maize (ZmBSKs),
Arabidopsis (AtBSKs) and rice (OsBSKs)
水稻BSKs基因通过Rice Genome Annotation Project (http://
rice.plantbiology.msu.edu/)和NCBI数据库获取, 采用TIGR登录号
进行标注。
图2 ZmBSKs基因结构
Fig.2 Gene structure of ZmBSKs gene family
植物生理学报532
图3 ZmBSKs基因在玉米染色体上分布
Fig.3 Chromosomal distributions of ZmBSKs genes in the
maize genome
图4 ZmBSKs蛋白保守域(JGI97572)与其他蛋白相互作用
网络
Fig.4 The interaction network of ZmBSKs proteins domain
(JGI97572) with other proteins
4)。其中6个候选互作蛋白JGI94743、JGI65832、
JGI224556、JGI221851、JGI215726和JGI185380
均为为热休克蛋白HSP90 (heat shock protein 90),
参与植物生长发育进程及抗病反应; JGI53806、
JGI19585和JGI182885是含CS (CHORD and SGT1)
结构域的一类蛋白, 该类蛋白典型代表为抗病相
关蛋白Rar1; JGI219780是肽基脯氨酰顺反异构酶
类(peptidyl-prolyl cis-trans isomerase), 功能为提高
蛋白质的折叠率。另外, 为更好的了解ZmBSKs蛋
白功能, 对其进行直系同源蛋白的预测, 预测结果
显示, ZmBSK1/ZmBSK2.1/ZmBSK2.2/ZmBSK2.3/
ZmBSK9与拟南芥AtBSK1属于直系同源蛋白, 可
与BIN2、BRI1、BRL3 (BRI1-like 3)、FLS2和
GSK1互作, 主要调节BR信号途径; ZmBSK3/ZmB-
SK8与拟南芥AtBSK2属于直系同源蛋白, 可与
Zinc finger (C3HC4-type RING finger)和Copper
amine oxidase蛋白互作, 参与锌铜离子的结合;
ZmBSK4/ZmBSK7.1/ZmBSK7.2与拟南芥AtBSK5
属于直系同源蛋白, 可与BIN2、BRI1和GSK1互
作, 调节BR信号途径; ZmBSK5.1/ZmBSK5.2/ZmB-
SK5.3与拟南芥AtBSK7属于直系同源蛋白, 可与
BRL3互作, 调节激素信号途径; ZmBSK6与拟南芥
无直系同源蛋白。
6 蛋白高级结构预测分析
如图5-A和B所示, ZmBSKs蛋白N端由延长链
和螺旋结构组成, C端基本由螺旋结构组成。其中,
ZmBSK2.1和ZmBSK7.2延长链数量最少, 其余蛋
白延长链数量均在11以上; ZmBSK5.1蛋白螺旋结
构数量最多, 占自身结构的38.1%, ZmBSK7.2螺旋
结构最少, 其余蛋白螺旋结构数量在14~21之间(图
5-A和表1)。而且, 三级结构也表明ZmBSKs蛋白
含有多个螺旋、延长链及回折结构组成。Swiss-
Model分析结果发现: ZmBSK4/ZmBSK5.1/ZmB-
SK5.2/ZmBSK5.3/ZmBSK7.1/ZmBSK7.2与
AtBSK8三级结构相似性均达70%以上(表1)。
7 ZmBSKs基因表达模式分析
利用已发布的微阵列数据分析ZmBSKs基因
在不同组织和发育阶段的表达(图6), ZmBSKs基因
表达模式可分成4组: 组I中各基因在不同组织和发
育时期表达变异较大; 组II在不同发育时期的表达
水平略低; 组III在玉米早期发育阶段表达量高, 发
育后期表达量低; 组IV在花药、根、叶、苞叶、
胚乳种子形成后期表达量较低, 其余表达量高。
8 启动子激素及逆境相关顺式元件分析
选择激素诱导表达元件水杨酸SA (S000390)、
生长素Auxin (S000370)、赤霉素GA (S000439)、
脱落酸ABA (S000263)、茉莉酸JA (S000430)和乙
胡雪微等: 玉米BSKs基因家族生物信息学分析 533
烯ET (S000037), 逆境诱导表达元件厌氧Anaerobic
图6 ZmBSKs基因在玉米不同组织器官和生长发育阶段的表达谱
Fig.6 The expression profile of ZmBSKs genes in different tissues and developmental stages
图5 ZmBSKs蛋白二级结构(A)及三级结构(B)
Fig.5 Secondary structure (A) and tertiary structure (B) of ZmBSKs proteins
(S000478)、低温Low-temperature (S000250)、紫外
植物生理学报534
图7 ZmBSKs基因启动子激素(A)及逆境(B)相关顺式元件
数量分布
Fig.7 Amount of cis-elements related to hormone (A) and
stress (B) in ZmBSKs promoters
辐射UV-B (S000492)、干旱Drought (S000418)、铜
Copper (S000493)、伤害Wounding (S000457)、盐
NaCl (S000198)和脱水Dehydration (S000176), 通
过Cluster version 3.0和Tree View version 1.6软件完
成这些顺式元件在启动子上数量的聚类分析。激
素和逆境相关顺式元件按数量可分3类; 在供试激
素诱导相关分析元件中(图7-A), ZmBSKs基因启动
子上SA诱导相关元件最多, ZmBSK5.1的启动子上
Auxin、GA和SA等激素相关元件分布较多。在供
试逆境诱导相关分析元件中(图7-B), ZmBSKs的启
动子上NaCl诱导相关元件数量最多, 其次为Cop-
per、Wounding和Dehydration。
讨　　论
在拟南芥中, BSKs能将信号传给下游胞质元
件磷酸酶BSU1 (BRI1 suppressor 1) (Wang等2012),
磷酸化的BSU1脱去磷酸并抑制BIN2 (GSK3/shag-
gy-like kinase brassinosteroid insensitive 2), 钝化的
BIN2不能抑制转录因子BES1 (bri1-EMS suppres-
sor 1)和BZR1 (brassinazole resistant 1)以及其辅助
因子(Ye等2012; Vert和Chory 2006; Yin等2005; He
等2002; Li和Nam 2002; Yin等2002), 使BES1和
BZR1被PP2A (protein phosphatase 2A)去磷酸化,
随后, 被激活的BES1和BZR1迁移至细胞核, 结合
BR反应元件启动子 , 形成BR信号通路(Tang等
2011), 调节植物生长发育。目前关于BSKs功能研
究多见于模式植物拟南芥, 但是在粮食作物中, 尤
其是单子叶C4植物玉米中该类基因的功能研究至
今未见报道。
本研究首次在玉米全基因组水平分离BSKs基
因, 鉴定的14个ZmBSKs候选基因, 都含有N端激酶
结构域和C端TPR结构域, 这与拟南芥中的BSKs基
因结构一致(Tang等2008)。研究发现ZmBSK5.2和
ZmBSK5.3基因序列、结构及表达情况完全相同,
说明其属于同一基因, 只是在玉米基因组数据库
中的注释不同。值得一提的是, ZmBSK2.1、ZmB-
SK5.1和ZmBSK7.2与其他BSKs基因相差较大, 如
ZmBSK5.1的编码蛋白长度最长, 基因外显子、蛋
白跨膜结构和螺旋数量最多 , 并且与拟南芥
BSK3、BSK4、BSK6、BSK7和BSK8属同一亚组,
玉米ZmBSK5可能承担了上述几个拟南芥BSKs的
功能, 换句话说, 玉米bsk5突变体可能与拟南芥
bsk3,4,7,8和bsk3,4,6,7,8相当, 引起植物表型变化;
ZmBSK2.1基因外显子和蛋白延长链数量最少, 与
拟南芥BSK1同源, 其可能参与PTI的调节; ZmB-
SK7.2编码蛋白序列最短, 螺旋结构最少, 与拟南芥
BSK9和BSK10在同一亚组内, 其功能未知。研究
中, 尽管因聚类方法方式造成的基因表达模式差
异, 但系统进化上相近的ZmBSKs蛋白在组织和器
官中的表达基本一致, 表明同源蛋白可能功能相
近, 而且存在冗余。
研究中进行互作蛋白预测发现, ZmBSKs蛋白
结构域可与植物抗病相关蛋白作用, 这与Shi等
(2013)报道拟南芥中BSK与病原物互作的结果一
胡雪微等: 玉米BSKs基因家族生物信息学分析 535
致, ZmBSK1/ZmBSK2.1/ZmBSK2.2/ZmBSK2.3/
ZmBSK9可能与AtBSK1作用相同, 结合受体BRI1,
调节玉米中的BR信号转导途径(Tang等2008)。有
研究表明, 施用BL (brassinolide)可抑制野生型拟南
芥下胚轴和根的生长, 只有bsk3-1缓解了此表型;
而且在拟南芥中, BSK3与BSK8 功能冗余(Tang等
2008; Sreeramulu等2013)。那么与AtBSK8三级结
构相似的ZmBSK4/ZmBSK5.1/ZmBSK5.2/ZmB-
SK5.3/ZmBSK7.1和ZmBSK7.2是否能在玉米中行
使类似的功能, 值得深入分析。另外AtBSK1~8基
因的T-DNA嵌入株系和多倍突变体中, bsk3,4,7,8
和bsk3,4,6,7,8突变体表现出减少丛生尺寸、叶片
卷曲及加大叶倾角, 一些突变体组合表现出对立互
作(Sreeramulu等2013), 表明不同的BSKs在形态建
成中分工不尽相同。由此可见, 玉米中ZmBSKs基
因在不同组织器官及生长发育阶段均有表达, 可
能具有不同的分工, 当然也可能存在功能冗余。
启动子顺式元件的分析显示, ZmBSKs基因启
动子上激素及逆境相关元件均有不同程度分布,
不仅为BR与其他植物激素SA、GA、Auxin、
JA、ET、ABA和Cytokinin相互作用提供了理论支
持(Hao等2013; 尹昌喜等2009), 也为BR参与盐、
铜、低温、干旱和厌氧等(尹博等2012; 康云艳等
2008; Arora等2008; 周天等2004; 邹华文2002)逆境
响应提供了合理的解释。已有研究指出, BR诱导
的拟南芥耐盐和耐高温是通过SA的关键调节蛋白
NPR1 (nonexpressor of pathogenesis-related genes 1)
所调节的, 同时施用BR和SA能增强芸薹属植物耐
盐性(Hayat等2012; Divi等2010)。上述研究结论在
一定程度上为本研究中指出的玉米ZmBSKs基因启
动子上水杨酸(SA)和盐(NaCl)诱导相关元件数量
多的结果提供了更为合理的注解。综上所述 ,
ZmBSKs基因可能在玉米生长发育及逆境胁迫响应
中发挥重要调控作用, 但仍需进一步试验证明。
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