Genome Identification and Expression Analysis of GRAS Gene Family in Brassica Juncea var. Tumida L

Jiang Longxing　Guo Jiaxin　Sun Quan　He Xiaohong ^*

Chongqing Key Laboratory on Big Data for Bio Intelligence, College of Bioinformation, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing, 400065

* Corresponding author, hexh@cqupt.edu.cn

Abstract　GRAS family proteins are plant-specific transcription factors that play important roles in regulating genes expression. In this study, 102 GRAS genes were identified from Zha-tsai (Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, a vegetable for processing the preserved mustard) genome database by hidden Markov model. According to the location information, these genes were unevenly distributed on 18 chromosomes and formed 11 clusters, also unevenly distributed in subgenome A and B. Subcellular localization showed that most GRAS proteins were localized in the cell nucleus, which was closely related to the characteristics that transcription factors regulating gene expression. According to phylogenetic features, the identified GRAS genes were divided into 13 subgroups: LISCL, PAT1, DELLA, SCL3, SCR, LS, DLT, SHR, NSP1, SCL32, SCL4/7, NSP2 and HAM. The physicochemical properties prediction revealed that there were some difference in subgroups, such as number of amino acids, molecular weight, isoelectric point and other physicochemical properties. For the expansion of the GRAS genes in Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, segmental duplication and tandem duplication were main patterns which play the same crucial roles in responding various stress. Combined with the results of transcriptome of the stem in tumorous stem mustard, 26 GRAS genes may involved in formation of the stem in tumorous stem mustard. As such, this systematic analysis lays a foundation for further study of the functional characteristics of GRAS genes and generates valuable information for improving production of tumorous stem mustard crops.

Keywords　Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, GRAS gene family, Phylogenetic analysis, Bioinformatics, Transcription factor

茎瘤芥(Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee)是一种茎用芥菜，属于芥菜的变种，常称为榨菜。茎瘤芥双子叶植物，十字花科，芸薹属，作为涪陵榨菜的主要原料产物，是重庆地区的优势经济作物。涪陵榨菜因其色、香、味俱佳而畅销国内外(Yang et al., 2016)。

转录因子(transcription factor, TF)是一类与特定的DNA序列相结合的蛋白质，从而控制DNA的遗传信息转录到信使RNA的转录速率(Latchman, 1997)。转录因子的功能是调节基因的表达，以确保生物体整个生命周期中，各基因在正确的时间表达正确的含量(Karin, 1990)。GAI (Peng et al., 1997) (Gibberellic Acid Insensitive)、RGA (Silverstone et al., 1998) (Repressor of GA1-3 mutant)和SCR (Di Laurenzio et al., 1996) (Scarecrow)是最早被前人发现的三个GRAS基因，因此以它们的名字命名了这类转录因子家族。

GRAS基因家族作为植物特异性转录因子之一，在拟南芥中被广泛研究，发现该家族在植物信号转导、生长发育、基因调控以及胁迫相应具有重要的调控作用(Liu and Widmer, 2014)。绝大部分的GRAS蛋白都直接定位在细胞核中参与核基因表达调控，仅有少数例外，如PAT1蛋白定位于细胞质基质中(Bolle et al., 2000)；在细胞质和细胞核中发现了SHR蛋白、SCL蛋白和SCL14蛋白(Sun et al., 2012; Torres-Galea et al., 2006)。由GRAS基因家族编码的蛋白质通常由400~770个氨基酸残基组成，其C-末端高度保守，而N-末端可变(Sun et al., 2011)。此外，仍有少部分GRAS蛋白在C端含有两个GRAS结构域或是一个GRAS结构域和一个功能区。

GRAS蛋白C端保守结构域由5个模序组成，分别是LRⅠ(亮氨酸丰富区Ⅰ)、VHⅡD、LRⅡ(亮氨酸丰富区Ⅱ)、PFYRE和SAW (Pysh et al., 1999)。VHIID的两侧是两个亮氨酸七肽重复序列(LRⅠ和LRⅡ)，研究人员也在bZIP转录因子中发现过该重复序列，这些重复序列对于研究蛋白质与蛋白质间的相互作用至关重要(Guiltinan and Miller, 1994)。VHⅡD基序在GRAS蛋白中均被发现，被认为是该蛋白家族最保守的结构域，在与DNA结合和与蛋白质的结合中起重要作用。

目前研究人员已完成对拟南芥、水稻、杨树、小麦、番茄、甘薯、白菜等物种的GRAS基因的鉴定及分析工作，其大多研究方法是通过多序列比对构建GRAS基因家族的系统发育树，通过系统发育树拓扑结构将GRAS蛋白分为8至14个亚类不等，但茎瘤芥GRAS基因家族系统发育分析及大部分成员的功能目前还没有研究报道。

本研究通过生物信息学方法在全基因组水平鉴定了茎瘤芥的GRAS家族基因，结合近缘物种进行家族分类，并对其进行结构分析、亚细胞定位、染色体定位、顺式作用元件、串联重复等分析，同时结合实验室转录组数据，鉴定GRAS在茎瘤芥的茎膨大期间的表达分析，为后期茎瘤芥GRAS基因功能研究及茎瘤芥育种及产量调控等提供参考。

1结果与分析

1.1茎瘤芥GRAS基因家族鉴定

在全基因组中，利用Blatstp比对和HMMER软件搜索结果合并后，共筛选出103个GRAS转录因子，然后去除冗余，排除重复序列，将剩余序列上传至NCBI CDD数据库、Pfam数据库和SMART数据库进行结构域鉴定，最终确定102条序列作为茎瘤芥GRAS蛋白(图1)，远多于模式生物拟南芥的GRAS蛋白数目34个及水稻中是GRAS蛋白数目60个。BUSCA网站亚细胞定位结果发现，有20个茎瘤芥GRAS蛋白定位于叶绿体，BjuA046833和BjuA044545在叶绿体外膜，BjuA026354和BjuB006058在细胞间隙，BjuB020811在内膜系统，BjuB028332在线粒体，BjuB046154在细胞质，其余74个定位于细胞核内。细胞核作为遗传与代谢的调控中心，而超过70%的GRAS蛋白定位于细胞核中，进一步验证了GRAS蛋白作为转录因子调节个体中奢侈基因的表达。

图 1 茎瘤芥, 拟南芥, 芜菁及甘蓝型油菜的GRAS基因家族的系统发育树 Figure 1 Phylogenetic tree of the GRAS gene family of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, Arabidopsis, Brassica rapaand Brassica napus

1.2 GRAS蛋白系统发育树的构建

为预测茎瘤芥GRAS基因的各亚分类和进化发育关系，使用已鉴定的茎瘤芥BjuGRAS基因与已报道的拟南芥、芸薹及甘蓝型油菜的GRAS基因进行了ClustalW多序列比对，删除比对结果并不理想的某些GRAS蛋白序列后，利用30个拟南芥、81个茎瘤芥、48个芜菁和88个甘蓝型油菜GRAS基因进行了系统发育分析。结果见图1，四个物种GRAS基因依据进化树拓扑结构可分为13个亚类(Tian et al., 2004; Sun et al., 2011; Liu and Widmer, 2014; Shan et al., 2020)。

我们根据GRAS家族成员的结构特征和功能分化，茎瘤芥中的GRAS基因进一步划分为13个亚家族它们分别是：LISCL、PAT1、DELLA、SCL3、SCR、LS、DLT、SHR、NSP1、SCL32、SCL4/7、NSP2和HAM。通过系统发育树拓扑结构中可看出，亚家族PAT1包含14个茎瘤芥GRAS基因，而亚家族LS仅含有1个茎瘤芥GRAS基因，推测茎瘤芥GRAS基因在各个亚家族间分布存在较大差异。

1.3茎瘤芥GRAS基因结构和氨基酸保守域分析

茎瘤芥GRAS转录因子基因编码区长度介于209 bp~19 602 bp之间，基因家族成员蛋白质的氨基酸序列平均长度为513个残基。其中，基因号BjuA024156的氨基酸残基数目最多达到了1243个，而基因号BjuA026168的氨基酸残基数目最少为70个。ExPASy-ProtParam网站的预测结果显示，茎瘤芥各BjuGRAS蛋白质等电点pI介于4.59~10.07之间，平均等电点为5.87，说明大部分茎瘤芥GRAS蛋白呈酸性；分子量介于7.78 kDa至137.18 kDa之间，平均分子量为57.21 kDa，可以看出茎瘤芥BjuGRAS转录因子家族成员理化性质存在较大的组成变异，推测其功能多样性可能较为丰富。

利用MEME网站对茎瘤芥BjuGRAS蛋白的基序组成及位点分布情况进行了预测，搜索出氨基酸保守域出现概率最大、位点最多的10个基序(图2)。结果显示，预测的10个茎瘤芥BjuGRAS蛋白基序中基序5最为保守，其在94个BjuGRAS蛋白中均有分布。

图2 茎瘤芥GRAS基因家族系统进化, 氨基酸保守域及基因结构 Figure 2 Phylogenetic analysis, amino acid conserved domain and gene structure diagram of GRAS gene family in Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee.

使用TBtools软件将茎瘤芥BjuGRAS基因系统发育树、氨基酸保守域及基因结构图进行合并。其中C-末端区域和N-末端区域的基序分布存在一定差异，即位于C-末端区域的基序数量多于位于N-末端区域的基序数量。尽管GRAS基因的N-末端区域的基序可变，但其增加了GRAS基因功能多样性和生物网络复杂性(Sun et al., 2012; Sun et al., 2011)。不同亚科间基因在N末端区域具有不同的基序，但同一亚科中的大多数GRAS蛋白具有相似的基序，其为BjuGRAS成员在同一亚家族中的紧密进化关系提供了额外的证据，这些基序与相应的GRAS结构域匹配(Guo et al., 2017)。基序9和7在靠近N-末端区域一侧的LHRI域中，其后是VHIID域的基序3和2，LHRII结构域中的基序5和8，PFYRE域中的基序4、1和10，C-末端区域内的SAW结构域中的基序6。基因结构多样性是基因家族进化的重要组成部分，并进一步支持了系统进化分组(Wei et al., 2016)。茎瘤芥GRAS基因的内含子数量从0个到10个不等，在102个BjuGRAS基因中，有15个具有内含子，9个只有一个内含子，87个没有内含子。

1.4茎瘤芥GRAS基因染色体定位及顺式作用元件分析

借助SAMtools软件和茎瘤芥基因组注释信息，将鉴定得到的茎瘤芥GRAS基因利用MG2C网站进行染色体定位(图3)，图中各条染色体的长度可由其左侧刻度进行估算。利用前文已鉴定的102个BjuGRAS基因除BjuO004796、BjuO005616、BjuO003237、BjuO006829、BjuO000391及BjuO004850共六个Contig重叠群基因和BjuO012383、BjuO012393、BjuO012628、BjuO013266及BjuO013267共五个Scaffold拼接基因外，其余91个BjuGRAS基因均能定位至茎瘤芥的各条染色体上，在每条染色体上的BjuGRAS基因数量2至9个范围内。其中，B07号染色体分布的BjuGRAS基因最少仅2个；而A09号染色体含有9个基因，是茎瘤芥BjuGRAS基因分布最多的染色体。在茎瘤芥的A、B两个同源染色体组中，分别含有50和41个GRAS基因，暗示茎瘤芥GRAS基因的含量在A、B亚基因组中出现一定的分化，在白菜和黑芥自然杂交并加倍产生茎瘤芥的过程中，同源染色体的保留和丢失在亚基因组间可能存在一定的偏好。

图3 BjuGRAS基因染色体定位蜈蚣图 Figure 3 BjuGRAS genes location information on each chromosome

基因家族的扩增和基因组的进化机制主要依靠基因重复事件，其主要重复类型是串联重复和片段重复(Cannon et al., 2004)。基因簇是由重复产生的两个相邻的相关基因或者大量相同基因串联排列而成，属于共同祖先基因的扩增产物，分布在染色体上相对集中的区域。在茎瘤芥102个BjuGRAS基因中，有22个基因被确定为串联重复基因占比24.2%，在图3中以红色文字高亮显示，其在染色体上形成11个基因簇，在基因家族扩增过程中起着重要作用。

顺式作用元件本身不编码任何蛋白质，是存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列，是转录因子的结合位点，转录因子与之结合，调控结构基因转录的精确起始和转录效率。通过启动子预测数据库Plant CARE对茎瘤芥BjuGRAS基因组上游1 500 bp长度的启动子DNA序列鉴定出96种顺式作用元件，除TATA-box启动子及CAAT-box、GC-motif增强子等基础作用元件外，还包括多种与生长发育调节、逆境胁迫诱导、光反应调节、激素应答等过程相关等顺式作用元件。本文选取了与激素应答相关的生长素响应(TGA-element, TGA-box)及赤霉素响应元件(GARE-motif)、光反应调节相关元件(G-box, Box II, GT1-motif等)、与逆境胁迫诱导的脱落酸响应(ABRE)、厌氧诱导(ARE)、防御和压力反应(TC-rich repeats)、低温响应(LTR)、水杨酸响应(TCA-element, SARE)、茉莉酸甲酯响应(TGACG-motif)、生长发育调节相关的昼夜节律控制元件(circadian)与缺氧特异性诱导元件(GC-motif)共11种顺式作用元件利用GSDS 2.0网站进行结果展示(图4)。其中，光响应相关顺式作用元件几乎在所有茎瘤芥GRAS基因的启动子区域中都存在，平均每个GRAS基因含有6.8个，暗示茎瘤芥GRAS基因表达可能与光响应调节有关。

图4 茎瘤芥BjuGRAS基因顺式作用元件分析 Figure 4 Cis-element analysis of BjuGRAS genes

1.5茎瘤芥GRAS基因串联重复与片段复制分析

分析茎瘤芥GRAS基因组间共线性关系，对于了解基因间的起源、演化、分化及分类，对于GRAS功能研究具有重大的理论意义。图5研究了茎瘤芥基因组内各基因间的共线性关系，也反映出各条染色体的加倍信息(Guo et al., 2019)，共有84对基因存在共线性关系。其中，灰色部分的连线代表茎瘤芥全基因组中所有基因间存在的共线性关系，绿色连线代表茎瘤芥基因组中出现的染色体加倍及基因重复等现象。BjuA021102&BjuA046122、BjuA024803&BjuA046262、BjuB017943&BjuB031392三对基因分布于同一染色体上，而BjuA019478&BjuB015391、BjuA035682&BjuB046263等存在分布于不同染色体上。通过Circos图我们发现GRAS基因家族在茎瘤芥中由于串联重复和片段重复发生了扩增和基因组进化，在A、B亚基因组间大量基因存在染色体加倍及基因重复现象，导致茎瘤芥的GRAS基因家族数量远大于拟南芥和水稻等模式生物。

图5 茎瘤芥BjuGRAS基因MCScanX分析结果 Figure 5 Collinear analysis of BjuGRAS genes

1.6茎瘤芥GRAS基因差异表达

结合本实验茎瘤芥转录组测序结果，blast比对找出102条GRAS基因，其中79条在茎瘤芥的茎中均由表达，说明79条GRAS基因参与茎的发育。以大叶芥突变株茎(无膨大茎)22周大叶芥茎(DY_0)为对照组，茎瘤芥播种后18周(茎未膨大前, YA1_0)，20周(茎开始膨大前一周, YA2_0)，22周(茎膨大后一周, YA3_0)，25周(茎膨大后一个月, YA4_0)的新鲜茎做为实验组，抽提总RNA进行转录组测序，通过实验组与对照组比较(图6)，发现BjuGRAS020、BjuGRAS032、BjuGRAS054、BjuGRAS070等4个基因随着茎膨大，表达量逐渐上调，BjuGRAS031、BjuGRAS039、BjuGRAS010、BjuGRAS037、BjuGRAS060、BjuGRAS027、BjuGRAS068、BjuGRAS071、BjuGRAS096等9个基因在茎膨大过程中，与大叶芥突变株茎相比，表达量逐渐下调。BjuGRAS021、BjuGRAS014、BjuGRAS050、BjuGRAS033、BjuGRAS057、BjuGRAS048、BjuGRAS085、BjuGRAS011、BjuGRAS058、BjuGRAS016、BjuGRAS035、BjuGRAS064、BjuGRAS100等13个基因在茎瘤芥膨大后逐渐下调，说明这26个BjuGRAS在茎瘤芥的茎膨大过程中发挥重要作用。

图6  GRAS基因在茎瘤芥的瘤茎膨大前后的表达特征 Fig6 Expression profile of BjuGRAS of development of the stem in tumorous stem mustard

2讨论

本研究对茎瘤芥的GRAS基因家族进行了生物信息学分析，通过隐马尔科夫模型和基因组注释文件在茎瘤芥中发现了102个GRAS基因，远多于拟南芥(34个)和水稻(60个)等模式生物中GRAS基因家族成员的数目。我们推测这是由于茎瘤芥是由白菜和黑芥自然杂交后再经加倍形成的异源四倍体的变种，因此在茎瘤芥的A、B亚基因组中存在一些同源基因。同时，茎瘤芥发生了GRAS基因家族的扩增和基因组的进化，导致茎瘤芥的GRAS基因家族数量远大于拟南芥和水稻等模式生物。基因家族扩增和基因组进化的主要方式是串联重复和片段重复，GRAS基因通过串联重复和片段复制保留在茎瘤芥的基因组中，在对各类刺激作出适应性响应过程中起着关键作用(Hanada et al., 2008; Jiang et al., 2010)。通过染色体定位发现，茎瘤芥的A、B亚基因组中分别含有50和41个GRAS基因，因此我们推断在白菜和黑芥自然杂交并加倍产生茎瘤芥的过程中，同源染色体的保留和丢失在A、B亚基因组间可能存在一定的偏好。此外，茎瘤芥BjuGRAS转录因子家族成员在等电点、分子量、氨基酸数量等理化性质方面存在较大的组成变异，我们推测BjuGRAS作为转录因子蛋白，其功能多样性可能较为丰富。通过亚细胞定位结果发现，茎瘤芥GRAS蛋白在细胞核、叶绿体、叶绿体外膜、细胞间隙、内膜系统、线粒体和细胞质中均有分布，但绝大部分GRAS蛋白定位于细胞核内，在一定程度上验证了GRAS蛋白的功能多样性。

茎瘤芥GRAS基因的内含子数量从0个到10个不等，在102个BjuGRAS基因中，有15个具有内含子，9个只有一个内含子，87个没有内含子。无内含子的GRAS家族，可能起源于陆地植物的早期，而无内含子的特性可能源于微管植物的早期，后续该特性在基因家族复制和扩展中逐渐放大，具有独特的进化历程。基因上游1.5kb左右的启动子区域顺式作用元件通过响应不同的环境信号调节相应基因的转录过程，对植物的生长发育过程产生重要影响(Liu et al., 2013)。我们通过Plant CARE数据库预测发现茎瘤芥GRAS基因启动子区域共有96种8868个顺式作用元件，主要包括与激素应答相关的生长素响应及赤霉素响应元件、光反应调节相关元件、与逆境胁迫诱导的脱落酸响应、厌氧诱导、防御和压力反应、低温响应、水杨酸响应、茉莉酸甲酯响应、生长发育调节相关的昼夜节律控制元件与缺氧特异性诱导元件等顺式作用元件，表明茎瘤芥GRAS基因在生长发育调节、光反应调节、逆境胁迫诱导、激素应答、组织特异性表达等过程起着重要作用。

3材料与方法

3.1茎瘤芥GRAS基因的全基因组鉴定

芸薹属数据库网站(Cheng et al., 2011) (BRAD, http://brassicadb.org/brad/)下载茎瘤芥(Brassica juncea L.)、甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组序列、编码序列和蛋白质序列及芜菁(Brassica rapa)的GRAS基因序列。从Phytozome (JGI) (Nordberg et al., 2014)数据库网站(https://phytozome.jgi.doe.gov)下载已报道的拟南芥(Arabidopsis thaliana) GRAS蛋白多肽序列(peptide)。利用Pfam数据库(http://pfam.xfam.org/)下载编号为PF03514的GRAS保守结构域隐马尔科夫模型文件，在Bio-Linux系统中使用HMMER 3.0软件(http://hmmer.janelia.org/)提供的hmmsearch命令，对茎瘤芥的注释基因组序列进行GRAS转录因子相关结构域的搜索鉴定。使用ClustalW (Larkin et al., 2007)多序列比对结果文件构建茎瘤芥特异的隐马尔可夫模型，并对前述序列展开二次搜索，基于E-value<0.001筛选，去除重复序列。将前述序列文件利用NCBI CDD保守域数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/)、Pfam数据库(http://pfam.xfam.org/)和SMART数据库(http://smart.embl.de/)对候选蛋白质序列中GRAS保守结构域展开搜索，删除缺失GRAS结构域的候选基因，最终获得茎瘤芥GRAS转录因子蛋白序列信息。将已经鉴定的茎瘤芥GRAS蛋白序列文件上传至BUSCA亚细胞成分注释器(Savojardo et al., 2018) (http://busca.biocomp.unibo.it/)进行亚细胞定位分析。

3.2茎瘤芥GRAS基因序列比对图的展示及系统发育树的构建

利用ClustalW软件，使用默认参数对GRAS转录因子蛋白序列进行多序列比对，将比对结果文件导入ESPript 3 (Robert and Gouet, 2014)网站(http://espript.ibcp.fr/)绘制基因序列比对图。利用MEGA X (Kumar et al., 2018)软件，利用删除空位后生成的拟南芥、茎瘤芥、芜菁及甘蓝型油菜GRAS蛋白多肽序列的ClustalW比对结果文件通过邻接法(neighbor-joining method, NJ)对已报道的拟南芥、水稻及预测的茎瘤芥GRAS蛋白质结构域序列进行进化树构建，选择p-distance模型，并设置Boot-strap参数为1000，其余参数默认。最后通过EvolView (Subramanian et al., 2019)网站(https://www.evolgenius.info/evolview/)对系统发育树进行美化。

3.3茎瘤芥GRAS基因结构和氨基酸保守域分析

将经过鉴定的茎瘤芥GRAS蛋白序列上传至ExPASy-ProtParam网站(http://web.expasy.org/protparam/)分析每条GRAS蛋白序列的生化信息(氨基酸数量, 分子量和等电点等)。通过MEME (Bailey et al., 2009)网站(http://meme-suite.org/tools/meme)对蛋白质序列中保守Motif序列进行预测，寻找10个Motif，并设置预测Motif宽度范围6~50个残基，其余使用默认参数。通过Gene Structure Display Server 2.0 (Hu et al., 2015) (http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)网站对茎瘤芥GRAS基因结构进行分析，展示外显子Exon、蛋白质编码区CDS、内含子intron等结构。使用TBtools软件将GRAS转录因子蛋白系统发育树、Motif序列预测结构图和基因结构图进行合并。

3.4茎瘤芥GRAS基因染色体定位及顺势作用元件分析

借助SAMtools (Li et al., 2009)工具提取茎瘤芥各条染色体长度信息。使用Perl脚本提取BjuGRAS各基因位置信息。利用MapGene2Chromosome (Chao et al., 2015)网站(http://mg2c.iask.in/mg2c_v2.1/)构建BjuGRAS基因在茎瘤芥各条染色体上的物理图谱。利用Perl语言脚本程序提取茎瘤芥GRAS基因组上游1500bp长度的启动子DNA序列，并将其提交至启动子预测数据库Plant CARE (Lescot et al., 2002) (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)进行顺式作用元件预测，整理预测结果，并将结果文件使用GSDS 2.0网站和TBtools软件进行绘图。

3.5茎瘤芥GRAS基因串联重复与片段复制分析

利用茎瘤芥各GRAS基因间Blast (Altschul et al., 1990)同源比对结果分析茎瘤芥GRAS基因间串联重复情况。基因串联重复鉴定使用以下两个标准：①在相对于较长的基因的情况下，两个基因的比对率大于70%，且比对相似性大于70%；②两个基因在染色体上的位置小于100 kb (Vatansever et al., 2016)。将满足上述条件的基因手动筛选后在染色体物理图谱上标出。使用MCScanX (Wang et al., 2012)软件利用共线性分析方法，对基因的加倍与复制现象进行分析。准备染色体信息文件、共线性基因及区块信息文件、标明各基因间共线性关系注释文件及主配置文件，基于Bio-Linux系统命令行使用Circos绘图软件(http://circos.ca/)对共线性分析结果进行可视化展示。

3.6茎瘤芥GRAS基因差异表达

大叶芥突变株茎(无膨大茎)为对照组，22周大叶芥茎(DY_0)，茎瘤芥播种后18周(茎未膨大前, YA1_0)，20周(茎开始膨大前一周, YA2_0)，22周(茎膨大后一周, YA3_0)，25周(茎膨大后一个月, YA4_0)的新鲜茎做为实验组，抽提总RNA进行转录组测序，所有实验材料均由重庆市涪陵农科所提供。

作者贡献

蒋龙星是本研究的执行人，完成本论文的数据分析和论文初稿撰写；郭佳鑫和孙全负责试验设计和论文修改定稿；何晓红是项目的构思人和负责人，指导试验设计和论文修改定稿。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢

本研究由重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2015jcyjA80006)项目资助。

参考文献

Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., and Lipman D.J., 1990, Basic local alignment search tool, J. Mol. Biol., 215(3): 403-410

Bailey T.L., Boden M., Buske F.A., Frith M., Grant C.E., Clementi L., Ren J., Li W.W., and Noble W.S., 2009, MEME SUITE: tools for motif discovery and searching, Nucleic Acids Res., 37(Web Server Issue): W202-W208

Bolle C., Koncz C., and Chua N.H., 2000, PAT1, a new member of the GRAS family, is involved in phytochrome A signal transduction, Genes Dev., 14(10): 1269-1278

Cannon S.B., Mitra A., Baumgarten A., Young N.D., and May G., 2004, The roles of segmental and tandem gene duplication in the evolution of large gene families in Arabidopsis thaliana, BMC Plant Biol., 4: 10

Chao J.T., Kong Y.Z., Wang Q., Sun Y. H., Gong D.P., Lv J., and Liu G.S., 2015, MapGene2Chrom, a tool to draw gene physical map based on Perl and SVG languages, Yi Chuan, 37(1): 91-97

Cheng F., Liu S.Y., Wu J., Fang L., Sun S.L., Liu B., Li P.X., Hua W., and Wang X.W., 2011, BRAD, the genetics and genomics database for Brassica plants, BMC Plant Biol., 11: 136

Di Laurenzio L., Wysocka-Diller J., Malamy J.E., Pysh L., Helariutta Y., Freshour G., Hahn M.G., Feldmann K.A., and Benfey P.N., 1996, The SCARECROW gene regulates an asymmetric cell division that is essential for generating the radial organization of the Arabidopsis root, Cell, 86(3): 423-433

Guiltinan M.J., and Miller L., 1994, Molecular characterization of the DNA-binding and dimerization domains of the bZIP transcription factor, EmBP-1, Plant Mol. Biol., 26(4): 1041-1053

Guo P. C., Wen J., Yang J., Ke Y.Z., Wang M.M., Liu M.M., Ran F., Wu Y.W., Li P.F., Li J.N., and Du H., 2019, Genome-wide survey and expression analyses of the GRAS gene family in Brassica napus reveals their roles in root development and stress response, Planta, 250(4): 1051-1072

Guo Y., Wu H., Li X., Li Q., Zhao X., Duan X., An Y., Lv W., and An H., 2017, Identification and expression of GRAS family genes in maize (Zea mays L.), PLoS One, 12(9): e0185418

Hanada K., Zou C., Lehti-Shiu M.D., Shinozaki K., and Shiu S.H., 2008, Importance of lineage-specific expansion of plant tandem duplicates in the adaptive response to environmental stimuli, Plant Physiol., 148(2): 993-1003

Hu B., Jin J.P., Guo A.Y., Zhang H., Luo J.C., and Gao G., 2015, GSDS 2.0: an upgraded gene feature visualization server, Bioinformatics (Oxford, England), 31(8): 1296-1297

Jiang S.Y., Ma Z.G., and Ramachandran S., 2010, Evolutionary history and stress regulation of the lectin superfamily in higher plants, BMC Evol. Biol., 10: 79

Karin M., 1990, Too many transcription factors: positive and negative interactions, New Biol., 2(2): 126-131

Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., and Tamura K., 2018, MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms, Mol. Biol. Evol., 35(6): 1547-1549

Larkin M.A., Blackshields G., Brown N.P., Chenna R., McGettigan P.A., McWilliam H., Valentin F., Wallace I.M., Wilm A., Lopez R., Thompson J.D., Gibson T.J., and Higgins D.G., 2007, Clustal W and Clustal X version 2.0, Bioinformatics (Oxford, England), 23(21): 2947-2948

Latchman D.S., 1997, Transcription factors: an overview, Int. J. Biochem. Cell Biol., 29(12): 1305-1312

Lescot M., Déhais P., Thijs G., Marchal K., Moreau Y., Van de Peer Y., Rouzé P., and Rombauts S., 2002, PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences, Nucleic Acids Res., 30(1): 325-327

Li H., Handsaker B., Wysoker A., Fennell T., Ruan J., Homer N., Marth G., Abecasis G., and Durbin R., 2009, The sequence Alignment/Map format and SAMtools, Bioinformatics (Oxford, England), 25(16): 2078-2079

Liu X. Y., and Widmer A., 2014, Genome-wide comparative analysis of the GRAS gene family in populus, Arabidopsis and Rice, Plant Mol. Biol. Rep., 32(6): 1129-1145

Liu Y.K., Zhang D., Wang L., and Li D.Q., 2013, Genome-Wide analysis of Mitogen-Activated protein kinase gene family in maize, Plant Mol. Biol. Rep., 31(6): 1446-1460

Nordberg H., Cantor M., Dusheyko S., Hua S., Poliakov A., Shabalov I., Smirnova T., Grigoriev I.V., and Dubchak I., 2014, The genome portal of the Department of Energy Joint Genome Institute: 2014 updates, Nucleic Acids Res., 42(Database issue): D26-D31

Peng J., Carol P., Richards D.E., King K.E., Cowling R.J., Murphy G.P., and Harberd N.P., 1997, The Arabidopsis GAI gene defines a signaling pathway that negatively regulates gibberellin responses, Genes Dev., 11(23): 3194-3205

Pysh L.D., Wysocka-Diller J.W., Camilleri C., Bouchez D., and Benfey P.N., 1999, The GRAS gene family in Arabidopsis: sequence characterization and basic expression analysis of the SCARECROW-LIKE genes, Plant J., 18(1): 111-119

Robert X., and Gouet P., 2014, Deciphering key features in protein structures with the new ENDscript server, Nucleic Acids Research, 42(Web Server issue): W320-W324

Savojardo C., Martelli P.L., Fariselli P., Profiti G., and Casadio R., 2018, BUSCA: an integrative web server to predict subcellular localization of proteins, Nucleic Acids Res., 46(W1): W459-W466

Shan Z., Luo X., Wu M., Wei L., Fan Z., and Zhu Y., 2020, Genome-wide identification and expression of GRAS gene family members in cassava, BMC Plant Biol., 20(1): 46

Silverstone A.L., Ciampaglio C.N., and Sun T., 1998, The Arabidopsis RGA gene encodes a transcriptional regulator repressing the gibberellin signal transduction pathway, Plant Cell, 10(2): 155-169

Subramanian B., Gao S., Lercher M. J., Hu S.N., and Chen W.H., 2019, Evolview v3: a webserver for visualization, annotation, and management of phylogenetic trees, Nucleic Acids Res., 47(W1): W270-W275

Sun X.L., Jones W.T., and Rikkerink E.H., 2012, GRAS proteins: the versatile roles of intrinsically disordered proteins in plant signalling, Biochem. J., 442(1): 1-12

Sun X., Xue B., Jones W.T., Rikkerink E., Dunker A.K., and Uversky V.N., 2011, A functionally required unfoldome from the plant kingdom: intrinsically disordered N-terminal domains of GRAS proteins are involved in molecular recognition during plant development, Plant Mol. Biol., 77(3): 205-223

Tian C.G., Wan P., Sun S.H., Li J.Y., and Chen M.S., 2004, Genome-wide analysis of the GRAS gene family in rice and Arabidopsis, Plant Mol. Biol., 54(4): 519-532

Torres-Galea P., Huang L.F., Chua N.H., and Bolle C., 2006, The GRAS protein SCL13 is a positive regulator of phytochrome-dependent red light signaling, but can also modulate phytochrome A responses, Mol. Genetics Genomics, 276(1): 13-30

Vatansever R., Koc I., Ozyigit I.I., Sen U., Uras M.E., Anjum N.A., Pereira E., and Filiz E., 2016, Genome-wide identification and expression analysis of sulfate transporter (SULTR) genes in potato (Solanum tuberosum L.), Planta, 244(6): 1167-1183

Wang Y.P., Tang H.B., Debarry J.D., Tan X., Li J.P., Wang X.Y., Lee T.H., Jin H.Z., Marler B., Guo H., Kissinger J.C., and Paterson A.H., 2012, MCScanX: a toolkit for detection and evolutionary analysis of gene synteny and collinearity, Nucleic Acids Res., 40(7): e49

Wei Y.X., Shi H.T., Xia Z.Q., Tie W.W., Ding Z.H., Yan Y., Wang W.Q., Hu W., and Li K.M., 2016, Genome-Wide Identification and Expression Analysis of the WRKY Gene Family in Cassava, Front. Plant Sci., 7: 25

Yang J.H., Liu D.Y., Wang X.W., Ji C.M., Cheng F., Liu B. N., Hu Z.Y., Chen S., Pental D., Ju Y.H., Yao P., Li X.M., Xie K., Zhang J.H., Wang J.L., Liu F., Ma W.W., Shopan J., Zheng H.K., Mackenzie S.A., and Zhang M.F., 2016, The genome sequence of allopolyploid Brassica juncea and analysis of differential homoeolog gene expression influencing selection, Nat. Genetics, 48(10): 1225-1232