芸薹科植物的全基因组鉴定B盒转基因对各种营养应激的基因和分子表征对同种异菜表油菜籽的各种营养应激

背景

B盒（BBX.）基因在植物生长调节和对非生物胁迫的反应中起重要作用。植物生长和产量产生的异丙醇油菜籽通常是通过多种营养应激阻碍的。但是，对Brassicaceae没有系统分析bbx和角色bbx在调节营养应激反应之前，尚未鉴定和表征。

结果

在这项研究中，共为536年bbx从9种十字花科植物中鉴定出，包括32atbbxs.66.Bnabbxs.，41BoBBXs，43BrBBXs，26CrBBXs，81CsBBXs，52BNBBXS.，93BjBBXs，和102BcBBXs．共tenic分析表明，十字花科植物的基因数量存在较大差异bbx可能是由基因组重复引起的。这bbx根据它们的系统发育关系和保守结构域分别分为五个亚类，表明其多元化功能。启动子CIS.-Element分析表明bbx可能参与了不同的应激反应。BnaBBXs之间的蛋白-蛋白相互作用表明了它们在诱导花中的作用。的表达谱Bnabbxs.在硼缺乏，硼毒性，硝酸盐限制，磷酸盐短缺，钾饥饿，过量，镉的毒性和使用RNA-SEQ数据的含量缺乏，含有盐胁迫条件的研究。结果表明不同Bnabbxs.对营养胁迫表现出不同的转录反应，其中一些同时对不同的营养胁迫有反应。

结论

本研究为研究芸苔科提供了丰富的资源BBX.基因家族和丰富的潜在线索，在作物抗逆性遗传改良。

B盒蛋白（BBXS）是由于植物生长和发展的必要作用，是最重要的锌指转录因子（TFS）之一[1］．BBXS在N-Terminus中包含一个到两个保守的B盒域[B盒1（B1）和B盒2（B2）]，其中一些也分享额外的CONS，CON-ICE和时序（CCT）C-Terminus的域[2］．BBX蛋白根据B-box和CCT的数量分为五类。在I和II类BBXs中，BBXs由两个b -box和一个CCT组成，B2显示了两类BBXs的氨基酸序列差异。III类bbx有一个B1和CCT域，IV类同时有B1和B2域。然而，在V bbx类中，只有B1被标识[2］．

据报道，BBXS参与光膀胱，花诱导，避免植物信号和应力响应[3.那4.］．拟南芥的胚胎BBX4.突变幼苗比红光下的野生型更长[5.那6.]， 和BBX2.那BBX20， 和BBX21在红色和蓝色灯光下显示出长下胚轴[5.那7.］．然而，用红色，远红色和蓝色灯抑制缺口生长BBX24那BBX25和BBX32[8.那9.那10］．bbx通过影响光周期来参与调节开花。在拟南芥中，Atbbx1可以激活开花轨迹T（FT.)，在漫长的一天时间内与其启动子结合[11那12］．ATBBX4可能与ATBBX32互动，他们通常控制FT.表达式[13]. 一些bbx参与赤霉素（GA）、细胞分裂素（6-BA）和蔗糖介导的苹果开花诱导[14］．避免避免通常导致竞争性植物生长，包括缺口和茎伸长，叶角增加，分支数减少，早期盛开[15那16］．AtBBX1型那AtBBX2型那AtBBX21， 和AtBBX22参与植物细胞在树荫下的伸长[17那18］．bbx在植物蛋白（吲哚乙酸），GA，脱落酸（ABA）和芸苔类药物转导中发挥重要作用[19］．ATBBX21和ABA不敏感5（ABI5）形成蛋白质复合物，以参与光介导的ABA信号[20.］．据报道，ATBBX18增加GA活性，然后促进缺口生长[21］．BR信号TF铜胆唑抗性1（BZR1）介导的脊髓伸长率被ATBBX20抑制了[22］．在水稻中发现了OsBBX蛋白(OsBBX8、OsBBX27和OsBBX30)与IAA信号之间的串音[23］．BBX蛋白也参与植物对植物生物和非生物胁迫刺激的反应。AtBBX18可以通过热诱导并与耐热性分享闭合关系。过度表达AtBBX24增加拟南芥对盐的耐受性[24］．最近的一项研究表明bbx水稻是否有可能参与干旱、寒冷、盐、重金属等几种胁迫bbx参与对荷尔蒙信号的反应[25］．米饭BBX.基因，OsCOL9通过介导水杨酸（SA）和乙烯（ETH）信号增强水稻对稻瘟病的抗性[26］．

N是种子产量和蛋白质合成所必需的常量营养素[27］．硝酸盐（第_3.^-）和铵（nh_4.⁺）是可以被植物吸收的氮素营养素的两种无机形式。然而，大多数植物物种不能容忍NH_4.⁺过量，显示毒性症状[28］．在农业中，P是植物生长和发育的必需营养素，它已被广泛用作肥料。可以从N响应基因的响应预测p和n之间的相互作用对P可用性[29］．K参与叶绿素生物合成和植物光合作用，它可以增强农作物对干旱，疾病和寒冷的抵抗[30.]. 虽然微量营养素是高等植物生长所必需的微量元素，但缺乏微量营养素会导致植物生长不良。例如，硼在细胞壁合成、花粉管伸长、碳水化合物运输和氮代谢中起着重要作用，缺硼常常导致作物产量下降[31］．

在Brassicaceae中，已经确定了几种营养素相关的基因系列，例如氨基酸（AA.）透性酶（AAP公司),水通道蛋白（AQP) [32那33］．但是，有关的信息BBX.基因是有限的，他们的作用在营养调节尚未确定。在本研究中，对BBX.基因在九种碳酸薄膜物种中进行，包括拟南芥蒂利亚纳（答:芥)，芸苔属植物显著（B. Napus.)，Brassica oleracea.（b . oleracea），Brassica Rapa.（B拉帕)，Capsella风疹（c .风疹)，亚麻荠漂白亚麻纤维卷（c .漂白亚麻纤维卷)，芸苔（B. NIGRA.)，芸苔属植物juncea（b . juncea),芸苔属植物carinata（B. Carinata.)．系统发育关系，同步，基因组结构，保守结构域，启动子序列和蛋白质蛋白质相互作用网络BBX.分析基因。此外，它们对N局限性，P饥饿，k短缺和B缺乏的反应，B和B余量，NH_4.⁺（a）在异丙醇表油菜籽中研究了毒性，CD处理和盐胁迫。

全基因组鉴定BBX.芸薹科植物基因及其系统发育分析

在本研究中，共为536年BBX.基因鉴定(图。1a），包括32,66,41,43,26,81,52,93和102BBX.基因答:芥那B. Napus.那b . oleracea那C.风疹，C. sativa, B.黑莓那b . juncea， 和B. Carinata.分别（图。1a).为了更好的理解和一致性，根据它们在染色体上的位置进行命名(图S1)．这BBX.基因分布在每个基因组的大多数染色体上。进一步，12BBX.在相应支架中鉴定了基因，并对其基因组进行了分析c .风疹只装配到脚手架的高度。例如,BNBBX1-26在染色体A01-10和CO 1-09上分别存在，但是BNBBX52-66.由于缺乏而定于随机染色体B. Napus.(异源四倍体油菜籽)基因组组装(图S1–1); 每个b . oleracea染色体，除了染色体10，包含大约四个BoBBXs，而只有一个基因（Bobbx30.）存在于08染色体上（图S12);所有B拉帕包括染色体BRBBX.基因,七BrBBXs在染色体A01和A07上鉴定出来;但是，只有BrBBX16型在A04和BRBBX43在脚手架1000467中被发现（图S13);在c .风疹支架1-4和6-8,26CrBBXs被发现（图S1-4）;CSBBX1-80在20个染色体中注意到19名，CSBBX81在scaffold00495中存在(图S15)。

大型最大似然性系统发育树分类为Brassicaceaebbx进入五个子类以识别推定的原位（图。2)．子组A包括8个CsBBXs， 2CrBBXs, 10Bnabbxs.7BrBBXs， 5atbbxs., 10BNBBXS., 14BjBBXs，和30BcBBXs．亚组B组成4atbbxs.其他61种bbx．大批bbx在亚组c中聚集在一起，大多数是基因对。最大数量BBX.在D亚家族中观察到。CRBBX10-CSBBX74-CSBBX2-CSBBX56那CRBBX25-CSBBX42.-CSBBX70.-CSBBX79.那CRBBX4-CSBBX16那CSBBX39-CSBBX41-CSBBX46-CSBBX81那CSBBX3-CSBBX76-CSBBX57-CRBBX11那CSBBX12.那CsBBX18至CrBBX16和CSBBX68它们分别与人类有着密切的进化关系AtBBX7、AtBBX8、AtBBX27、AtBBX9那AtBBX10那AtBBX11那AtBBX12型， 和AtBBX13型在D类中。E亚组含有约25%的atbbxs.，22%的Bnabbxs., 24%的BoBBXs, 25%的BRBBX公司，26%的CrBBXs, 21%的CsBBXs，36％的BNBBXS.，32%的BjBBXs30％的人BcBBXs．

BBXS的保守域和基因结构分析

BBX被认为在蛋白质序列中在功能上或结构上显着。“批量网络CD-Search工具”的输出显示所有BBX蛋白至少包含一个B盒域（图S2)．的长度BBX.鉴定蛋白质和编码序列（CDS）中的基因以更好地分析BBX蛋白质结构（表S.1)．蛋白质和cds分别为97 ~ 876个氨基酸(aa)和294 ~ 2631 bp，大部分为400 aa长。大约一半的BnaBBXs包含约400个aa，这些蛋白同时包含B-box和CCT结构域。短BnaBBXs包含一个或两个B-box域;此外，在BnaBBX36中发现了一个参与细胞分离和胞质分裂的SOG2超家族结构域(图S21)。在大多数bobbx中有两个B-box (B1和B2)和一个CCT，而短蛋白(如BoBBX1和BoBBX2)只有一个B-box。BoBBX5和BoBBX11分别包含乙酰酯酶(Aes)和SOG2(图S22)。六个BRBBXS（BRBBX1-4，BRBBX10，BRBBX15，BRBBX20和BRBBX31）共享一个B盒，而其他BRBBX由两个域组成（两个B盒或B盒和CCT）。此外，BRBBX28共享另外两个域[小泛素样修饰符（UBI_SUMO_LIKE）和CCCH型Zn-Finger（CTH1）超家族]（图S23)。除CRBBX12和CRBBX23外，在所有CRBBX中发现至少两个域;在crbbxs中没有识别额外的域名（图S2-4）。就CSBBXS而言，BBX的保守域也被发现。若干域（CSBBX7，CSBBX35和CSBBX73）包括双B盒和CCT;此外，在CSBBX22中鉴定了未知功能（DUF4621）结构域的额外蛋白质（图S25)。B盒和CCT域在所有BNBBX中识别出，除了BNBBX25中有UBI_Sumo_like和Cth1（图S2–6). 除了B-box和CCT外，PLN02929（PLN02929）、Glyco_hydro_47（糖基水解酶家族47）和铜氧还蛋白结构域（参与分子间电子转移反应）也存在于一些BjBBX蛋白质中（图S）2-7）。就BCBBX而言，值得注意的是，BCBBX6包含了Bzip_plant_rf2域（图S2–8). 在Pfam数据库中进一步分析BBX保守结构域的蛋白质序列以确定其保守结构域（图S）3.)．如预测，在BBXS中发现了保守的B盒和CCT，但具有例外。例如，BNBBX1，BNBX4，Bobbx1，BRBBX1-2，CRBBX23，CSBBX43，BNBBX8，BJBBX1和BCBBX4仅包含一个B盒。然而，在许多BBX蛋白中没有鉴定出基序，包括BRBBX2，BRBBX8，Bobbx2，BobBX9，BRBBX3-4，CRBBX4，CRBBX12，CSBBX4，CSBBX10，BNBX3，BJBBX2，BCBBX1等，在PFAM数据库中（未示出的数据）)．这可能是由于PFAM数据库的延迟更新。

根据前一项研究[2]bbx可分为五种类型。芸薹科植物BBXs的蛋白质类型列于表S中1，并且每种类型的代表都在图2中示出。3.．例如，I类型的代表包含ATBBX1，BNABBX3，Bobbx3，BRBBX8，CRBBX9，CSBBX1，BNBX2，BJBBX5和BCBBX2。结构I-V组成6,7,4,8和7个ATBBXS;5-27 BNABBXS分为五种结构;在每种类型中，结构I-V中的Bobbxs的数量为3至10; 5至12brbbx。每种类型的CRBBX的数量为2至10.在等级I-v，29,4,15,21和12个CSBBX中，被鉴定出来（图。4.一个)。在拟南芥，大多数（25％）AtBBX基因在IV型，并且几个属于III型（图。4.b)。大部分的bbx之中B. Napus.那b . oleracea那c .风疹那c .漂白亚麻纤维卷那B. NIGRA.那B.juncea和B. Carinata.，为I型或IV型，少数为bbx在II型或III型（图。4.汉英和g-j)。各类型中brbbx的数量顺序为:IV = I > III > II > V(图1)。4.f） 是的。

基因结构参与了基因进化。因此,一个详细的BBX.进行结构分析（图S4.)．大部分的Bnabbxs.共享多个CD，其例外BNBBX1那BNBBX3-4那BNBBX8.那Bnabbx24-25那BNABBX28那BNABBX33那BNABBX38那BNBBX49-50那BNABBX53那Bnabbx57.那BNABBX59-60， 和BNABBX64(图4.1)。的长度Bnabbxs.范围为100 ~ 6500 bp。超过94%的Bobbx.基因中包含至少两个cds。长度多数BoBBXs是大约800到1800 bp，很长BoBBX2和Bobbx18.主要是由于他们的非CD（图S4.–2). 大约一半的BrBBXs是由一两个信用违约互换构建的，而BrBBX28型是最长的基因（图S4.3)。在CrBBXs的长非翻译区(long untranslation regions, utr)CrBBX8型和CRBBX18-20有趣（图S4.-4）。大约90％的CSBBX基因包含至少一个内含子（图S4.5)。大部分的BnBBX公司和BJBBX.基因长度小于2.0 kBBnBBX14那BNBBX25那BjBBX7那BJBBX31那BJBBX45那BJBBX67那BJBBX71.， 和BJBBX73.包含长内含子（图S4.–6和S4.-7）。所有BcBBXs,除了BcBBX18型那BcBBX20型那BcBBX28型那BCBBX29，BCBBX34那BcBBX37、BcBBX52 BcBBX53那BcBBX56，以此类推，共有1到6个内含子(图S4.8)。

基因同源性及启动子分析BBX.基因

在物种的演变期间发生基因扩张。本研究研究了每个基因组内重复块的分段重复，以识别扩展模式BBX.芸苔科物种中的基因。共有495对bbx在九种基因组内鉴定出11对atbbxs.，29对Bnabbxs.，9对BoBBXs， 17双BrBBXs，56对CsBBXs， 7双CrBBXs， 50双BNBBXS.，162对BjBBXs和154双BcBBXs（图。1b)。重复bbx在每个物种的大多数染色体上均分布着相同的基因对(图S5.). 例如，几乎所有的B. Napus.染色体包含BnaBBX公司一些染色体(chrA01、chrA03、chrA04、chrA07、chc01、chrA02_random、chrA07_random和chrC01_random)只共享一对基因(图S5.2)。七个九b . oleracea染色体包含Bobbx.基因成对，2,1,3,2,3,1，1和1BoBBXs分别在染色体C01，CO 2，CO 3，CO 5，C07，C08和C09上发现（图S）5.3)。计算非同义替代(Ka)和同义替代(Ks)的值，以了解上述选择压力BBX.进化过程中的基因对（表S2). Ka值BBX.基因对范围为0（CSBBX50.-CsBBX31那CsBBX63-CsBBX34， 和BjBBX17-BJBBX44）平均为0.45（CSBBX37-CSBBX33），其Ks值范围为0.0086（CSBBX43.-CsBBX6)至5.02 (CsBBX37-CsBBX33）平均为0.65。然后，计算这些基因对的Ka / ks值。它们都被发现小于1.0，表明这些基因可能会遇到负面选择。

此外，Syntonic Mapsatbbxs.和Brassicaceaebbx也被创造出来。此外，鉴定了20,19,24,28,33,77,129和125基因对答:芥-B. Napus.那答:芥-b . oleracea那答:芥-B拉帕那答:芥-c .漂白亚麻纤维卷那答:芥-c .风疹那答:芥-B. NIGRA.那答:芥-B.juncea， 和答:芥-B. Carinata.（图。1（三）．超过60%atbbxs.是同源的吗Bnabbxs.，分布超过11B. Napus.染色体(图6.1)。大约一半的atbbxs.14.BoBBXs是在19对基因中发现的答:芥C09染色体和b . oleracea染色体4分别包含大部分atbbxs.和Bnabbxs.(图6.–2). 二十四答:芥-b·拉伯BBX基因对从两种染色体中鉴定出来。重复atbbxs.位于1-5号染色体上，重复的BrBBXs位于染色体A01，A04和A05-10上（图S6.3)。另外，23atbbxs.和15.CrBBXs分别定位于5条染色体和6条支架上的重复基因组区域(图S6.-4）。十八CRBBX.基因在7条染色体和28AtBBX五条染色体上的基因被鉴定为同期基因（图S6.5)。所有的基因答:芥-B. NIGRA.那答:芥-B.juncea， 和答:芥-b . carinata BBX对所有染色体分布（图S6.–7秒6.-8，和s6.-9）。计算KA / Ks的比率以了解外科基因对之间的分歧B. Napus.和拟南芥那b . oleracea和拟南芥那B拉帕和拟南芥那c .风疹和拟南芥那c .漂白亚麻纤维卷和拟南芥那B. NIGRA.和答:芥那B.juncea和答:芥， 和B. Carinata.和答:芥（表S.3.）．Ka/Ks值小于0.7，两个种间基因对的平均Ka/Ks比值为0.21，小于单个种间的Ka/Ks比值。这说明负选择控制了芸薹科植物的进化BBX.基因。

公司的发起人Bnabbxs.那BoBBXs那BrBBXs那CrBBXs那CSBBXS，BNBBX那BjBBXs， 和BcBBXs分析了。发现应力相关的元素[即茉莉甲酸（Meja） - 反应元件，防御和应力响应性元素，ABA响应性元素，低温响应性元素，SA响应性元素和干旱诱导元素]（图S7.)．例如，在Bnabbxs.和BoBBXs,大多数CIS.-元素与脱落酸和水杨酸响应性相关;和其他应力相关的元素也被确定(图S7.-1和7.2)。进一步观察到2 ~ 17个ABA响应元件BrBBXs,除了BrBBX3型那BrBBX11型那BrBBX27型， 和BrBBX28型(图7.3)。

蛋白-蛋白相互作用分析Bnabbxs.以及他们对B的反应

已证明蛋白质 - 蛋白质相互作用是有效地揭示靶标的生物化学功能[34］．许多潜在的BNABBX蛋白质彼此相互作用，具有BNABBX52，BNABBX65，BNBBX12和BNBBX55的例外（图。5.)．此外，还识别的BNBBX的其他合作伙伴包括Gigantea蛋白（GI），Flavin结合的kelch重复F盒1（FKF1），开花基因座T（FT），疯子箱蛋白静脉状20（AGL20），开花基因座C（FLC），Phytochrome B（PHYB），转霉素/ WD40重复的超家族蛋白质蛋白质膀胱血晶蛋白1（COP1），碱性亮氨酸拉链（BZIP）转录因子[次胚源盒转录因子Apetala1（AP1）和C2H2样锌手指蛋白晚开花（晚期）（图。5.)．大多数这些模式都参与了开花。例如，FT是移动花卉促进信号，促进植物从营养生长转变为开花;在漫长的日子里，CO与FT互动促进开花;AGL20在FT的下游起作用以调节生长阶段过渡。迟到的行为作为开花的转录压缩机。AP1对于鲜花中的萼片和花瓣的正常发育是必不可少的。剩余的模式（FKF1，PHYB，COP1和HY5）参加光依赖性昼夜循环。此外，AtCO（BNABBX26和BNABBX51）可以强烈地与11个蛋白质（GI，HY5，COP1，FT，FKF1，晚期，BBX19，AGAL20，AP1，PHYB和FLC相互作用。

B缺乏迟缓叶和根生长，但增加了根尖中根毛的数量和长度[35];B毒性与叶片坏死和初生根生长有关[35］．然而,是否Bnabbxs.参与B介导的植物生长尚不清楚。差异表达Bnabbxs.在缺乏和过量的情况下识别，以阐明B的影响BnaBBX公司基因表达(图。6.)．根上是6Bnabbxs.， 尤其BNBBX7.，在簇1中低B治疗后诱导，而九个Bnabbxs.， 尤其BNABBX15.那BNABBX43， 和BNABBX45，在集群2中明显被压抑（图。6.6)。Bnabbxs.B缺乏处理后的嫩枝中差异表达;其中半数基因在簇1中表达上调，而其他基因在簇2中表达下调。6.b)。B毒性也会影响BnaBBX公司表达式(无花果。6.C和D）。仅有的BNABBX56.在根中被过量的B压制（图。6.c). B毒性处理后，BNABBX24那BNABBX27那BNABBX4.和BNABBX38在射击中诱发，而另外四个Bnabbxs.被抑制（图。6.d） 是的。

n，p和k对表达的影响BnaBBX公司基因

N营养素在油菜籽中急需，但使用效率低[36］．氮素限制影响叶、根、硝态氮(NO_3.^-)，总氮和花青素浓度，谷氨酰胺合成酶活性B. Napus.[37］．然而，植物利用氮的分子机制尚未完全了解BnaBBX公司参与氮代谢是有限的。转录本水平BnaBBX公司研究了低N治疗后的基因以更好地了解潜在的作用Bnabbxs.在氮素压力下同化n。八个表达Bnabbxs.在根中显着改变;BNABBX33那BNBBX8.， 和BNABBX32.表达下调，其余表达上调(图。7.一个)。在拍摄，八Bnabbxs.反应n压力;只要BNABBX62被控制在n治疗组，七Bnabbxs.（BNBBX49.那BnaBBX53, BnaBBX61那BNABBX11那BNABBX51那BNABBX38， 和BNABBX64)明显诱导(图。7.b)。

P广泛存在于大多数肥料中，并且是正常植物生长所必需的[38］．表达三个Bnabbxs.（BNABBX43那BNABBX6.， 和BNABBX32.）在P应激治疗后根部明显增加，但表达11，特别是BNBBX20那BNABBX25， 和BNx35型，抑制(无花果。7.C）。在拍摄中，更多Bnabbxs.受P胁迫的影响。的表达BNABBX33那BNABBX25那BNBBX20， 和BNBBX50在簇1中被P抑制，而20Bnabbxs.， 尤其BNABBX44和BNABBX51，在簇2中显示出p缺乏的表达水平（图。7.d） 是的。

K是植物营养和生殖增长的重要常见营养素[39］．在低钾处理组，BNABBX27被诱发在根部，但表达14Bnabbxs.（BNABBX32.那BnaBBX43, BnaBBX63, BnaBBX58, BnaBBX5, BnaBBX30那BNBBX49.那BNABBX51那BnaBBX10、BnaBBX56 BnaBBX3那BNABBX13那BNBBX52和Bnabbx55.）显着降低（图。7.e）。在枝条中，K缺乏导致表达的明显减少Bnabbxs.;特别是表达的BnaBBX51–52号，集群1和2中的表达和14个BnaBBX公司集群3中的基因，特别是BNBBX31，增加（图。7.f） 是的。

A，Cd和盐对表达的影响BnaBBX公司基因

在适当的供应情况下，A是植物生长的主要无机氮来源，而过量的外部供应则会引起毒性[40］．BnaBBX公司评估表达型谱以了解他们对毒性反应的潜在参与。共14岁Bnabbxs.相对于过量A的条件，在根中差异表达（图。8.一个)。Bnabbx37.那BNBBX53，BNBBX25和BNABBX51被A上调，而其他基因表达水平下降。在嫩枝中，差异表达12Bnabbxs.，四个的表达Bnabbxs.（BNBBX20那BnaBBX54, BnaBBX10和BNABBX28)，但有8种Bnabbxs.与对照相比，A毒性下的表达量更高(图5)。8.b)。

Cd是一种对植物生长发育有害的重金属。油菜在镉污染土壤修复中得到了广泛的应用。Cd处理后，在幼苗的幼叶上观察到坏死斑点，也影响了根毛的生长[41］．然而，耐镉毒性的分子机制尚未被充分揭示。在根，7和17Bnabbxs.与对照组相比，分别在CD处理组中分别表现出更高或更低的表达（图。8.C）。在芽，九Bnabbxs.在群体1中的Cd毒性下显着升高，而CD压抑表达BNABBX62那BNABBX20，BNABBX52，BNBBX35，和Bnabbx59.在集群2中（图。8.d） 是的。

盐胁迫抑制植物生长，明显降低油菜籽产量[42那43］．盐改变了25的表达Bnabbxs.在根和射击中（图。8.e和f）。在盐压力下，BNABBX58簇1的根中表达量较低，而11Bnabbxs.在簇2中有较高的表达水平（图。8.e） 是的。经盐处理后，细胞表达BNBBX30那BnaBBX37、BnaBBX18， 和BNABBX42在射击中明显上调，而九个表达Bnabbxs.明显下调(图。8.f） 是的。

不同的反应Bnabbxs.到各种营养应激信号

用维恩图来研究是否Bnabbxs.同时对不同的养分胁迫做出响应(图。9.a和b)很多BnaBBX公司同时受到一个以上应力信号的基因受到多于一种应力信号，并且几个仅响应单一营养应力（图。9.a和b，表格S4.,年代5.)．例如，一个(BNABBX10）和三（BNBBX20那BNABBX51和Bnabbx37.）Bnabbxs.根系和地上部分别受到五种营养胁迫的同时调控。六个和一个Bnabbxs.分别响应于根和芽中的四个信号。共28岁Bnabbxs.同时应对两种组织中的三种营养应力。约26.Bnabbxs.同时由两个应力调节。但是，有人Bnabbxs.（BNABBX44那BNABBX38那Bnabbx55.那BNABBX54那BNBBX41那BnaBBX53, BnaBBX64等等）仅被根或芽中的单一应力控制。

BBX.据报道，家庭成员在植物生长和压力反应中发挥关键作用[1那5.那6.］．然而，有关十字花科的资料bbx到目前为止是有限的。在这项研究中，是536BBX.确定基因，包括32个atbbxs.66.Bnabbxs.，41BoBBXs，43BrBBXs，26CrBBXs，81CsBBXs，52BNBBXS.，93BjBBXs，和102BcBBXs。完成了他们的保守结构域，基因结构，基因发育，启动子和同联分析。构建了BNABBX蛋白质 - 蛋白质相互作用网络。而且，差异表达谱BnaBBX公司基因在n局限下，P短缺，K缺乏症，B饥饿，过量，Cd毒性和盐胁迫都被描绘。这些结果可能会对BBX家族基因进行综合洞察力。

比较BBX.九种十字花科植物的基因

鉴定为32BBX.基因已被系统地报告拟南芥[2］．在这项研究中，66人Bnabbxs.，41BoBBXs，43BrBBXs，26CrBBXs，81CsBBXs，52BNBBXS.，93BjBBXs，和102BcBBXs分别鉴定（图。1a).数量Bnabbxs.那BoBBXs那BrBBXs那CrBBXs那CsBBXs那BNBBXS.那BjBBXs， 和BcBBXs接近2-，1.2-，1.3-，0.8-，2.5-，1.6-，2.9-和3.1倍atbbxs.，分别是。一般来说，基因复制导致基因家族的扩大[44］．然后,直向同源BBX.在同步图中检测到基因。11对atbbxs.，29对Bnabbxs.，9对BoBBXs， 17双BrBBXs， 7双CRBBX，56条CsBBXs， 50双BNBBXS.，162对BjBBXs154双BcBBXs分别鉴定（图。1b)。结果表明，分段基因重复可能增加表达Bnabbxs.那BrBBXs那CsBBXs那BNBBXS.那BjBBXs， 和BcBBXs．此外，百万年前发生的全基因组复制事件也导致了染色体复制。因此，预测全基因组复制主要诱导的扩增和进化BBX.家庭b . oleracea和c .风疹．

这些bbx分别隶属于6个不同的亚科，每个亚科的基因数量各不相同，表明了它们不同的进化模式(图5)。2)．重复块之间的同步Arabidopsis-B。n那拟南芥。油菜籽那Arabidopsis-B。拉伯那Arabidopsis-C。风疹那Arabidopsis-C。苜蓿那Arabidopsis-B。黑质那Arabidopsis-B.juncea， 和Arabidopsis-B。Carinata.也决心预测未知的功能Bnabbxs.那BoBBXs那BrBBXs那CrBBXs那CsBBXs那BNBBXS.那BjBBXs和BcBBXs根据atbbxs.．基因对数分别为20、19、24、28、23、77、129和125对Arabidopsis-B。n那拟南芥。油菜籽那Arabidopsis-B。拉伯那Arabidopsis-C。风疹那Arabidopsis-C。苜蓿那Arabidopsis-B。黑质那Arabidopsis-B.juncea， 和Arabidopsis-B。Carinata.分别（图。1c)。BnaBBX公司那Bobbx.那BRBBX.那CRBBX.那CsBBX那BnBBX公司那BJBBX.和BcBBX成对的基因被认为起源于共同的祖先atbbxs.，用对应表示其相似功能拟南芥的人。例如,AtBBX4型那AtBBX20那AtBBX24和AtBBX32型参与红色，远红或蓝光介导的光膀胱[8.那10那13那18那19];因此，它们的同源基因（BRBBX40-BnBBX2-BjBBX17-BcBBX30-BcBBX43那CSBBX19.-CrBBX15-BnBBX17-BjBBX68-BcBBX39-BcBBX9-BcBBX98型那BnaBBX39-BnBBX7-BjBBX18-BcBBX11， 和Bobbx16.-BrBBX16型-CsBBX35-CRBBX20-BNBBX36.-Bobbx24-BRBBX32.-CsBBX33-CRBBX22- BNBBX4-BJBBX21-BCBBX18）可能参与植物光学发生。

保守的域总是与基因功能相关。因此，调查了典型的域BBX.基因家族。根据前一项研究[2]，BBX.基因被分为I-V类(图。3.)．类型IV的BBXs在AtBBXs、BrBBXs、CrBBXs、BnBBXs、BjBBXs和BcBBXs中所占比例最大，而BnaBBX、BoBBX、CrBBXs和CsBBXs的比例最多(图4)。4.)．此外，在CsBBX7、CsBBX35和CsBBX73中发现了双b盒或CCT域(图S25)。不同类型的BBX.基因显示出不同的生物学功能[2］．因此，主要作用BBX.不同十字花科植物的基因可能存在差异。除b盒和CCT域外，其他域也在几个bbx中发现(图S2)．例如，SOG2 Superfamily在Bobbx5，Ubl_sumo_like和Cth1中的Bobbx11，AES在BRBBX28和BNBBX25中的BBBX5和CTH1中，在CSBBX22中的DUF4621超家族。此外，在ATBBX蛋白中发现了一些未知结构域[5.那11那45］．这个结果表明BoBBX5那Bobbx11.那CsBBX22那BrBBX28型那BNBBX36.， 和BNBBX25共享与这些附加主题相关的其他功能。

推定的功能Bnabbxs.在胁迫反应和花诱导方面

在五种Brassicaceae中发现了大量MejA响应性，防御和应激反应性，脱落酸反应性，低温响应性，低温响应性，SA反应性或干旱诱导元素bbxABA反应性成分主要存在于所有细胞中bbx(图7.）;ABA参与种子休眠和发芽，根生长，非生物和生物应激反应，并诱导气孔闭合[1那46那47］．这些发现表明bbx参与应力耐受性，特别是ABA介导的生物过程。

表达模式Bnabbxs.研究了它们在调节各种营养胁迫中的作用。B、N、P、K是植物生长所需的营养物质;它们在不同的植物生理途径和氧化应激中具有重要作用[33那35那36］．在根和射击中，21Bnabbxs.通过B局限性上调或下调，B毒性的9个基因受到影响（图。6.)．八Bnabbxs.在n胁迫后，在同种异体菜籽油菜籽幼苗的上部和下部改变（图。7.a和b）。三十八Bnabbxs.响应于P不足而差异表达（图。7.c和d).在根和芽，许多Bnabbxs.受K应激的影响（图。7.这些结果提供了有价值的信息Bnabbxs.参与调节营养同化;这些基因是根或芽中的候选调节剂。

各种不利的环境因素，包括干旱、盐分、高温和低温，都会对植物的生长发育产生负面影响[48那49]. 这项研究发现BnaBBX公司基因对A，Cd和盐敏感，并且在根或芽中的这些应力大大改变了它们的表达（图。8.)．一些的转录活动OsBBX据报道，Cd对基因有很大的影响[25]. 三者的表达模式OsBBXs被盐胁迫改变了[25］．AtBBX24在高盐条件下促进根系生长[24]. 然而，很少有研究集中在BBX.-调停适应。本研究的结果表明atbbxs.和OsBBXs那Bnabbxs.可能参与响应CD和盐胁迫;此外，它们可能会参与新陈代谢。未来的研究应该专注于确切的角色BnaBBX公司基因家族适应这些压力。

此外，本研究调查了很多Bnabbxs.同时对不同的应力响应（图。9.,表4.,年代5.)．例如，表达BNABBX10那Bnabbx37.那BNABBX51， 和BNBBX20五种营养胁迫同时作用于茎和根。同时,几BnaBBX公司基因参与两部分中的四个，三个或两个应力信号B. Napus.. 根据系统发育分析，Bobbx36.和BcBBX42的同源基因是BNABBX10;Bnabbx37.那BNABBX51， 和BNBBX20分别与BrBBX17型那BcBBX54， 和BcBBX38型（图。2)．然而，一些基因仅在单一营养应激的控制下。上述发现表明了很多Bnabbxs.他们的同源物响应各种营养应力而发挥了核心作用;有些特别是特定的压力。但是，这些需要在不久的将来核实。

这项研究在芸薹科基因的全基因组分析中是一项新的研究BBX.家庭。鉴定了有关其染色体位置，保守结构域，基因结构，同步，启动子序列和蛋白质 - 蛋白质相互作用网络的信息。BnaBBX公司响应B缺乏和毒性，N限制，P短缺，K饥饿，过量，Cd毒性和盐胁迫的表达谱划算。大批Bnabbxs.参与提高油菜根系或地上部对养分胁迫的抗性;其中一些被确定为这一过程中的核心监管者。本研究产生的数据提供了一个全面的理解BBX.基因家族进化和参与BnaBBX公司压力应答和花诱导的基因。未来的研究应该专注于验证职能bbx．

鉴定，保守结构域，染色体位置，系统发育关系和基因结构BBX.基因

利用已知的AtBBX蛋白序列作为查询，B. Napus.那B.甘蓝，B.油菜，C.风疹，C. sativa那B. NIGRA，B.Juncea， 和B. Carinata.在TBTools软件中使用“爆炸几个序列”进行搜索蛋白质数据库[50.]，具有e的预期值（e-value）⁻⁵．BBXS中的保守域在PFAM（http://pfam.xfam.org/）和批处理Web CD搜索工具（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/bwrpsb/bwrpsb.cgi）数据库，分别使用“可视化PFAM域模式”和“可视化NCBI CDD域模式”工具可视化[50.］．从进一步分析中剔除了缺乏特征域的候选项。根据染色体长度和基因位置文件，bbx使用TBTOOLS的“基因位置可视化（高级）”映射到染色体上的基因[50.］．

系统发育分析采用MEGA X方法，采用最大似然法构建系统发育树。使用ClustalW程序将蛋白质序列与默认参数对齐。使用BBXs的通用特性格式版本3 (gff3)文件，可视化基因结构(基本)工具[50.用来绘制基因结构图。

同源性和共时性分析，鉴定CIS.启动子中的元素BBX.基因，BNABBXS蛋白质 - 蛋白质相互作用网络和热爱映射分析

TBtools的“One Step MCScanX”[50.用来分析BBX.具有基因组序列和GFF3文件的复制事件。“表行提取或过滤器”，“MicroSyteny查看器和高级Circos的文件变换器”，“Fasta Stats”和“McScanx的”文件合并“Tope of Tofta of toBBX.根据前一项研究的基因对[51.］．非同义词（ka）和同义词（ks）替换BBX.使用简单的Ka / KS计算器（NG）计算基因对[50.］．这CIS.利用PlantCARE在线工具(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）和tbtools的“简单的生物姿态观众”[50.]用于可视化。字符串10 (http://string-db.org/）（选项值> 0.800）用于构建相互作用网络，具有来自的Interogrom蛋白拟南芥，分析BNBXS与其他蛋白质的关系。用TBTOOLS的“热线图”工具产生热图[50.］．

植物材料和治疗

统一的B. Napus.（中顺11）7-D旧的幼苗移植到含有Hoagland营养溶液的黑色塑料容器中（5.0 mm Kno_3.，1.0毫米kh₂宝_4.，2.0 mm mgso_4.·7小时₂O、 5.0级 mM Ca（无_3.）₂·4H.₂o，0.10μmna₂Moo._4.h·2₂o，0.050 mm EDTA-FE，0.80μmZnSO_4.·7小时₂o，9.0μmmncl₂·4H.₂o，0.30μmcuso_4.·5H.₂O和46 μM H_3.博_3.)．在用于治疗之前，B. Napus.在300-320μmolm的光强度下在腔室中培养幼苗10天（d）⁻²年代⁻¹，温度为25°C白天/ 22°C夜晚，光周期为16-H Photopheriod / 8-H暗，相对湿度为70％。

B缺乏症和毒性治疗

分别以0.25μm和1500μmH培养，分别为十七日龄菜籽幼苗_3.博_3.在B缺乏和过量的组中10 d。

n，p和k耗尽处理

B. Napus.幼苗，17-D旧的，在Hoagland营养溶液中培养，包括0.30mm N，5mμp和0.30mm k。

NH4.⁺毒性治疗

将7 d龄的均匀中双11幼苗先在含正常硝酸盐的Hoagland营养液中培养10 d，然后转入无氮营养液中培养3 d，最后进行9.0 mM NH处理_4.⁺（多余的NH._4.⁺)浸泡6 h。

镉毒性和盐处理

将17日龄的中双11幼苗分别在含10 μM CdCl的溶液中培养₂对照组的幼苗在上述处理的基础上，在正常溶液中培养合适的时间。在之前的研究中，我们使用对照和胁迫处理植物的根和芽进行了转录组比较[27那33那35那41那52.那53.];转录组数据可以在已发表的研究中找到。差异表达基因被定义为具有P.值<0.05，虚假发现率小于0.05，并记录₂(叠化)|≥1。

复制这些发现所需的所有数据和资料可以通过联系通讯作者应鹏华博士来分享(yingpenghua@zzu.edu.cn)．

BBX:

B盒

B：

硼

光盘：

镉

Pi:

磷酸

凯西:

钾

答:芥：

拟南芥蒂利亚纳

B. Napus.：

芸苔属植物显著

b . oleracea：

Brassica oleracea.

B拉帕：

Brassica Rapa.

c .风疹：

Capsella风疹

c .漂白亚麻纤维卷：

亚麻荠漂白亚麻纤维卷

护士:

氮

A：

(NH铵_4.⁺）

不_3.^-：

硝酸盐

可见：

差异表达基因

不适用。

本研究得到了郑州（郑州大学重点学科建设项目）的主要协作创新项目的财政支持（XKZDJC201905）。

隶属关系

1. 2 .郑州大学农业科学学院，河南郑州450001

   李维政、马胜杰、周婷、蔡鹏跃、华英鹏、黄金勇

贡献

ZLW和百下参与数据分析。MSJ，ZT和YCP进行了实验。ZLW，Hyp和HJY设计了这项研究，而ZLW，Hyp和HJY写了稿件。所有作者都阅读并批准了稿件的最终版本。

相应的作者

对应到盈鹏华或者金永黄．

道德认可和参与同意

在这项研究中，从金永华教授领导的我们的研究组获得了油菜籽植物的所有种子jinyhuang@zzu.edu.cn.2 .郑州大学，河南郑州45000)。本文不包含任何作者对人类或动物进行的研究。不需要具体的许可证。

出版许可

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

出版商的注意

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