Comparative genomics analysis of bHLH genes in cucurbits identifies a novel gene regulating cucurbitacin biosynthesis

生物 同步 基因 基因组 遗传学 比较基因组学 基因簇 基因复制 转录组 基因家族 功能基因组学
作者
Yuanchao Xu,Huimin Zhang,Yang Zhong,Naiyu Jiang,Xiaoyun Zhong,Qiqi Zhang,Sen Chai,Hongbo Li,Zhonghua Zhang
出处
期刊:Horticulture research [Springer Nature]
标识
DOI:10.1093/hr/uhac038
摘要

The basic helix-loop-helix (bHLH) family of transcription factors (TFs) participate in a variety of biological regulatory processes in plants, and have undergone significant expansion during land plant evolution by gene duplications. In cucurbit crops, several bHLH genes have been found to be responsible for the agronomic traits such as bitterness. However, the characterization of bHLH genes across the genomes of cucurbit species has not been reported, and how they have evolved and diverged remains largely unanswered. Here we identified 1160 bHLH genes in seven cucurbit crops and performed a comprehensive comparative genomics analysis. We determined orthologous and paralogous bHLH genes across cucurbit crops by syntenic analysis between or within species. Orthology and phylogenetic analysis of the tandem-duplicated bHLH genes in the Bt cluster which regulate the biosynthesis of cucurbitacins suggest that this cluster is derived from three ancestral genes after the cucurbit-common tetraploidization event. Interestingly, we identified a new conserved cluster paralogous to the Bt cluster that includes two tandem bHLH genes, and the evolutionary history and expression profiles of these two genes in the new cluster suggest the involvement of one gene (Brp) in the regulation of cucurbitacin biosynthesis in roots. Further biochemical and transgenic assays in melon hairy roots support the function of Brp. This study provides useful information for further investigating the functions of bHLH TFs and novel insights into the regulation of cucurbitacin biosynthesis in cucurbit crops and other plants.
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