“ 2025年12月 Frontiers in plant science杂志发表了一篇题为“Genome-wide characterization of WRKY family genes in four araceae species and their expression analysis in Amorphophallus konjac”的WRKY基因家族分析文章”

文章利用生物信息学方法，对魔芋（Amorphophallus konjac）、白魔芋（Amorphophallus albus）、马蹄莲（Zantedeschia elliottiana）和中间浮萍（Spirodela intermedia）四种植物中的WRKY家族成员进行了鉴定和分析。

之后以魔芋为研究对象，利用转录组学数据，检测了AkWRKY在不同组织和球茎发育阶段的表达情况。

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分析内容

1. WRKY家族成员鉴定及理化性质的计算

文章利用BLAST比对和HMM搜索(PF03106)进行4个物种全基因组的鉴

定，并结合保守结构域预测，分别鉴定出79个AkWRKY基因(魔芋)、57个AaWRKY基因(白魔芋)、59个ZeWRKY基因(马蹄莲)和36个SiWRKY基因(中间浮萍)。

使用ProtParam工具计算了成员的理化性质，使用在线工具WolF PSORT预测基因在细胞中的表达位置。

之后使用TBtools对基因在染色体上的位置进行可视化展示：

2. 系统发育分析探究家族成员在四种植物中的进化关系

作者选择4种植物与拟南芥和水稻构建系统发育树，通过MAFFT对所选物种WRKY家族成员蛋白全长序列进行比对，之后通过最大似然法得到进化树，使用MAD方法对系统发育树进行定根。最终结果图如下：

基于拟南芥WRKY基因家族文献的分类研究，系统发育树中家族成员被分为三大类：I、II(IIa、IIb、IIc、IId、IIe)、III

3. 对4物种分别进行保守基序分析、保守结构域分析、基因结构分析

文章使用MEME方法进行保守基序分析，分别将每个物种成员进化树、保守基序结果、基因结构结果、保守结构结果合并绘制到一张图上。如图所示：Motif1、Motif2和Motif4对应基因家族保守结构域。

4. 顺式作用元件分析

分别提取4种植物WRKY基因上游2000bp的启动子区域序列，并提交在线网站PlantCARE进行顺式作用元件预测。如图所示：文章对得到的功能元件进行挑选，并按照功能大类进行展示。其中元件功能结果表明，魔芋WRKY基因可能在魔芋的激素调节和应激反应中发挥重要作用。

5. 共线性分析及KA/KS分析

文章利用MCScanX方法分别对每个物种进行了种内共线性分析，分别得到了物种基因组中由片段重复拷贝得到的家族成员。如图所示：

文章利用KA/KS Calculator计算了重复基因对的Ka/Ks比值。魔芋、白魔芋、马蹄莲、中间浮萍中重复基因对的Ka/Ks值均小于1，表明这些基因经历了纯化选择。

之后文章将拟南芥、白魔芋、马蹄莲、中间浮萍分别与魔芋进行种间共线性分析，结果如下图所示：在物种间WRKY基因家族基因对表明这些基因在进化上更为保守。

6. 魔芋WRKY基因的蛋白互作网络分析及GO和KEGG富集分析

文章利用STRING数据库构建魔芋中WRKY蛋白互作关系网络，探索蛋白之间的功能关联，并对WRKY基因进行功能富集分析

7. 魔芋转录组表达模式分析

文章利用公共数据库的魔芋相关转录组数据分析在魔芋不同组织和不同发育阶段中WRKY基因的表达模式，并绘制热图展示：

结果表明，WRKY基因的表达水平在不同组织以及不同发育阶段都存在显著差异。

8. 魔芋qRT-PCR表达模式分析

作者自己采集魔芋样本并设计不同组织样本分析、小球藻侵染实验和非生物胁迫实验，探究14个目标WRKY基因的表达模式。其中不同组织中AkWRKY基因家族成员的qRT-PCR结果如下图所示：

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总结

本研究首次在四种天南星科植物中系统鉴定并分析WRKY转录因子家族，共发现231个成员，其中II类占比最高。基序与基因结构显示同组高度保守、组间差异明显；基因扩增主要由片段重复驱动，Ka/Ks＜1说明受纯化选择。启动子分析发现其广泛含有激素与胁迫响应元件。互作网络揭示AkWRKY33、60等与抗病和代谢调控相关。qRT-PCR表明WRKY基因具有组织特异性，并在ABA、JA、SA及低温、干旱、盐胁迫和病原感染下呈显著诱导，其中AkWRKY40、42等表现突出，可能成为培育耐逆魔芋的重要候选基因，为解析功能进化和改良品种提供依据。文章链接：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC12741084

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