水稻WOX家族基因鉴定，及其种子在逆境萌发中是如何表达的。

前言：

水稻作为主粮作物在保障我国粮食有效供给中发挥重要作用，其种子萌发和成苗质量在很大程度上决定着植株的营养状况和产量，因此关于水稻萌发机理探究一直以来都是研究热点之一。

为了分析水稻WOX家族基因的系统进化规律，选取基因序列信息较完整的拟南芥、玉米、番茄和胡杨的WOX家族基因序列作为参考，构建系统发育进化树。

根据模式植物拟南芥的分类标准，将水稻WOX基因家族成员分为远古进化支、中间进化支和现代进化支。

13个OsWOXs基因中仅有OsWOX8基因为远古进化支，推测该基因编码蛋白具有更为保守的结构和功能特性。

中间进化支包含6个成员，分别是OsWOX6、OsWOX7、OsWOX10、OsWOX11、OsWOX12和OsWOX13基因。

现代进化支也包含6个成员，分别是OsWOX1、OsWOX2、OsWOX3、OsWOX4、OsWOX5和OsWOX9基因，推测这6个WOX基因是经漫长自然选择后演化出来的基因。

可见水稻WOX家族成员间基因结构存在较大差异，暗示水稻WOX基因功能具有差异性和多样性。

WOX是植物特有的转录因子，在植物干细胞的动态平衡调控、植物生长发育、组织器官的发生和形成及非生物胁迫响应中具有重要调节作用。

尽管部分水稻WOX基因家族成员的功能已有报道，但有关水稻整个WOX家族基因的生物信息学相关分析及在种子逆境萌发过程中的表达情况未见报道。

水稻13个WOX蛋白结构与番茄、葡萄、玉米、猕猴桃等物种的WOX结构域类似，表明该结构域在不同物种间存在高度保守性。

13个水稻WOX家族蛋白序列中均含有保守基序Motif1和Motif2，而这2个基序也正是保守蛋白结构域Homodomain的组成序列。

水稻的保守结构域和保守基序与拟南芥和葡萄WOX家族蛋白类似，但与其他物种略有不同，如番茄、苹果和中华猕猴桃的WOX家族蛋白的结构域中均含有Motif1。

水稻WOX基因家族成员分为远古进化支、中间进化支和现代进化支，与苹果、中华猕猴桃、苦荞等较多作物的WOX家族基因系统分类结果一致。

进一步分析发现，在水稻WOX古老进化支仅含OsWOX8基因，而在中间进化支和现代进化支均含有6个OsWOXs基因，该结果与藜麦的WOX家族基因进化规律类似。

种子萌发和幼苗建成质量在较大程度上决定着作物生育后期的生物量和产量。但关于水稻WOX家族基因如何调控水稻种子萌发和幼苗生长的研究尚未见报道。

本研究发现，低温胁迫下，水稻萌发种子中OsWOX5和OsWOX9基因的表达量下调，而OsWOX12基因表达量上调，而其他基因的表达并未受到低温胁迫的明显影响。

许多植物在低温胁迫下WOX家族基因表现相似的表达特征，如低温胁迫下黄瓜叶片中CsWOX13b基因的表达量升高，而CsWOX1a、CsWOX3和CsWOX4基因的表达量下降。

乌拉尔图小麦在低温胁迫下TuWOX3基因表达量显著增加，TuWOX2、TuWOX4和TuWOX3a基因表达量显著降低。

但生长14d的水稻幼苗在低温处理6h后，OsWOX5、OsWOX9B、OsWOX12A和OsWOX12B基因表达量达较高水平，与研究结果有所不同，表明WOX家族基因表达具有明显的组织和时空表达特征。

在高温和干旱胁迫下部分基因的表达呈现相似的表达模式，如OsWRKY11基因在高温和干旱胁迫下的表达量较高，过表达该基因可增强转基因水稻幼苗的高温和干旱抗性。

因此，OsWOX4和OsWOX12基因是在高温和干旱胁迫下上调表达的基因。水稻幼苗根中OsWOX10基因的表达量随着干旱程度增加而升高。

盐胁迫下大多数OsWOXs基因表达量未发生明显变化，仅5d幼苗中OsWOX7、OsWOX10和OsWOX13基因的表达量有不同程度的升高，在高盐胁迫下OsWOX3和OsWOX5基因在生长10d的水稻幼苗中表达量显著升高的结论相似。

水淹胁迫是导致水稻生育过程中无氧呼吸的主要因素，许多应激蛋白基因在这一过程中表达。在水稻中的13个OsWOXs基因中，仅OsWOX3基因的表达受到淹水胁迫抑制，OsWOX13基因在萌发种子中有一定程度的升高，而其他基因均未发生明显变化，表明WOX家族基因中仅有较少基因参与水稻淹水胁迫萌发过程。

结论：

相较于拟南芥和玉米，水稻WOX基因家族成员在系统发育进化上较先进，仅保留OsWOX8一个古老分支，且其启动子区域均含有大量光响应和胁迫响应元件，推测水稻WOX家族基因在功能上偏向于参与光合作用和逆境应答方面。

OsWOXs基因在水稻种子萌发、幼苗及各种非生物胁迫下呈现丰富多样的表达模式，其中，OsWOX9和OsWOX11基因为调控种子萌发的关键基因。