葡萄WD40基因家族鉴定及表达量分析

张高翔 吴玉碧 郭亚静 纪薇 杨忠义

^{DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2025-0274}

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目的  WD40超家族广泛存在于真核生物中，具有作为蛋白质复合物支架的基本亚基。WD40蛋白在植物发育和生理过程中发挥重要的调控作用。解析葡萄VvWD40基因家族成员的序列结构和理化性质，了解其在葡萄果实发育过程中的作用，为葡萄分子育种提供基因资源。

方法基于葡萄全基因组信息，利用生物信息学方法对VvWD40家族进行鉴定，并对家族成员理化性质、染色体分布、基因结构、蛋白保守结构、系统进化、启动子顺式作用元件以及组织表达特性等进行分析，进一步利用转录组及RT-qPCR分析VvWD40基因在‘早黑宝’葡萄不同发育时期的表达模式。

结果在葡萄基因组鉴定出86个WD40基因，通过系统发育分析将其分为7个组。在葡萄中共鉴定出12对共线基因对。Ka/Ks分析表明，它们在进化过程中主要经历了纯化选择。顺式作用元件分析表明，VvWD40基因家族含有激素及胁迫响应顺式作用元件，这些元件与葡萄果实发育密切相关。其中，VvWD40-62/84含有类黄酮合成元件，表明它们可能与花青素合成有关。‘早黑宝’葡萄4个不同阶段的表达谱分析显示，大多数VvWD40s在果实发育过程中表达。通过RT-qPCR验证8个基因在‘早黑宝’葡萄发育过程中表达量变化情况，VvWD40-34/49基因在葡萄果实发育初期表达量较低，成熟时期表达量最高，表明这2个基因可能在葡萄果实发育转色过程中发挥关键作用。

结论葡萄中鉴定出86个VvWD40基因，不均匀地分布在19条染色体上。大部分VvWD40在葡萄果实发育过程中表达量变化显著，表明其在葡萄生长发育中发挥重要作用。

关键词 葡萄；WD40基因；基因家族；生信分析；果实发育；表达分析

引用本文：张高翔,吴玉碧,郭亚静等.葡萄WD40基因家族鉴定及表达量分析[J].生物技术通报,2025. DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2025-0274.

葡萄（Vitis vinifera L.）是葡萄科多年生落叶藤本植物，其种植历史悠久，是全球最早被广泛栽培的果树之一。葡萄对人体具有多种益处，如抗氧化、抗炎、抗癌、抗衰老和护肝功能，许多加工副产品含有高酚类物质，如葡萄酒、葡萄汁、葡萄干等，研究发现葡萄干可用于治疗便秘和口渴^［1］。类黄酮是植物中含量最丰富的多酚，也是一类大型次生代谢产物，广泛存在于水果和蔬菜中。黄酮化合物按照结构可划分为黄酮醇、黄酮、异黄酮、花青素、黄烷酮、黄烷醇、硫酮。随着黄酮化合物相关研究的深入，发现其具有较多的生物活性，如抗氧化、抗炎、抗癌、保护心血管、抗病毒、保护肝脏和免疫调节活性等^［2］。在不同生长环境下，葡萄果实风味品质差异较大。近年来，对于在特定环境下，如何提高葡萄果实的风味品质已成为葡萄生产面临的突出问题。风味品质的形成主要受水分、光照、温度等环境因素的影响，除环境因素外，果实风味品质形成也与自身相关基因的表达有关，基因表达过程受到遗传水平与表观遗传水平的双重调控。^［3］。WD40蛋白，也被称作WD重复域蛋白，具有1个非常保守的WD40序列。这个序列一般由大约40‒60个氨基酸构成，通常包括4‒10个高度保守的重复单元^［4-5］。WD40结构域属于真核生物中最常见的十大蛋白结构域之一。^［6］。在植物中，WD40蛋白发挥着重要作用，尤其是在花青素合成及其调控方面^［7-9］。例如，RsWD40调节了杜鹃花（Cuculus canorus Linnaeus）的花青素合成能力^［10］。WD40蛋白还参与植物的生长发育以及逆境响应过程，目前鉴定出许多miRNA靶向WD40基因，这些基因在起始和伸长阶段显著参与棉纤维发育^［11］。GOR1编码WD40基序蛋白，与内源性蛋白Rac GTP酶（ROP）相互作用，在介导水稻花粉管生长中起关键作用^［12］。此外，WD40蛋白还可能与某些疾病的发生和进展有关^［13］。随着生活质量的提高，人们对功能性水果的需求与日俱增，如具有抗氧化和抗衰老特性的水果。研究表明，影响一些水果抗氧化能力的主要成分不是维生素C和类胡萝卜素，而是酚类物质和花青素，其含量与抗氧化能力呈正相关^［14］。目前关于各种植物中花青素生物合成相关的研究有很多，例如马铃薯、红肉火龙果和红肉苹果^［15-17］。尽管报道的WD40蛋白参与植物花青素的生物合成和调节，尚未有研究从全基因组对葡萄WD40基因家族进行分析。目前，已有多个物种在全基因组水平上开展了WD40基因家族成员鉴定及特征分析。在冬枣（Ziziphus jujuba Mill. cv. Dongzao）中鉴定到9个WD40基因^［18］、花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）中有689个^［19］、梅花（Prunus mume Siebold & Zucc.）中有77个^［20］、珍珠粟（Pennisetum glaucum (L.) R. Br.）中有209个^［21］、生菜中有179个^［22］、小麦（Triticum aestivum L.）中有743个、丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）中有225个^［23］、木豆（Cajanus cajan （L.） Mill. sp.）中有116个^［24］、红花（Carthamus tinctorius L.）中有40个^［25］。然而，关于葡萄中WD40基因家族成员及其表达特征尚不清楚。本研究采用生物信息学方法对VvWD40基因家族进行全面鉴定，对其理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位和共线性分析等方面进行综合分析。基于转录组测序和RT-qPCR技术，分析VvWD40基因在葡萄果实不同发育时期的表达模式，为后续利用基因工程技术改良葡萄提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验选取的葡萄种质资源来自山西农业大学园艺站（山西省晋中市太谷区，东经112°32'，北纬37°23′），具有典型的温带大陆性气候条件，四季分明，常年平均温度为9.8 ℃，降水量为397.1 mm。‘早黑宝’葡萄在山西农业大学园艺站4月份出土，于6‒9月，根据E-L生长发育系统采集4次样品，分别为E-L33（浆果仍然坚硬且呈绿色）、E-L35（浆果开始着色并增大）、E-L36（浆果具有中等可溶性固形物含量）和E-L38（浆果收获成熟）。每个浆果为1个样本，共3个重复，液氮迅速冷冻，保存于-80 ℃冰箱，用于RT-qPCR实验。

1.2 方法

1.2.1 葡萄VvWD40基因家族成员鉴定从Ensembl plants（https：//plants.ensembl.org/index.html）下载葡萄、拟南芥（Arabidopsis thaliana）、苹果（Malus domestica Goldena）、水稻（Oryza sativa Japonica Group）、桃（Prunus persica）基因组序列及注释文件^［26］用于基因家族鉴定及共线性分析。从NCBI（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）下载葡萄VvWD40基因序列^［27］。在InterPro网站分析VvWD40蛋白序列中的PF00400结构域^［28］。在TBtools中采用隐马尔可夫模型HMM预测基因，通过NCBI CDD及手动筛选去除冗余的基因序列^［29］。

1.2.2 VvWD40基因家族成员染色体位置分析利用TBtools的Gene Location Visualize from GTF/GFF模块对VvWD40基因进行染色体定位作图，根据VvWD40基因在染色体上的位置进行重命名，通过Excel对不同染色体上VvWD40基因数目进行统计，通过GraphPad Prism 9.0绘图。

1.2.3 VvWD40基因家族成员系统进化树构建及蛋白质理化性质分析通过MEGA11对VvWD40基因家族进行多序列比对并进行系统进化树构建^［30］。通过Evolwiew对系统进化树进行美化^［31］。将VvWD40基因家族成员序列导入TBtools进行基因家族蛋白理化性质分析。

1.2.4 VvWD40基因家族motif、结构域、基因结构分析通过NCBI CDD在线网站（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/cdd.shtml）和Gene structure view工具联合分析并可视化VvWD40蛋白质结构域^［32］。使用MEME网站（http：//memesuite.org/）鉴定葡萄VvWD40的motif，设置motif参数为10个，然后使用TBtools的Gene structure view工具可视化VvWD40蛋白质motif、结构域及基因结构。

1.2.5 VvWD40基因家族顺式作用元件及密码子分析通过PlantCARE（https：//bioin-formatics. psb. ugent. be/webtools/plantcare/html/）对VvWD40基因家族的顺式作用元件进行分析，通过TBtools进行顺式作用元件的可视化^［33］。通过CodonW对VvWD40基因家族的密码子进行分析，通过Chiplot（https：//www.chiplot.online/）对VvWD40基因家族密码子分析结果进行相关性分析。

1.2.6 VvWD40基因家族成员基因表达量分析使用Grape eFP Browser（https：//bar.utoronto.ca/efp_grape/cgi-bin/efpWeb.cgi）提供的葡萄VvWD40基因在不同组织的表达数据，在迈维云平台绘制热图，数据按照行进行归一化处理，得到VvWD40在葡萄不同组织中的基因表达谱。

1.2.7 VvWD40基因家族成员种内种间共线性分析使用TBtools的One step MCScan对种内及种间基因组进行分析，种内与种间共线性分析结果分别通过Circos和Dual Synteny Plot进行可视化。

1.2.8 VvWD40基因家族成员GO功能注释、KEGG富集分析及蛋白互作网络分析使用EggNOG对VvWD40基因家族成员进行功能注释及富集分析，TBtools对注释结果进行可视化。使用STRING对VvWD40基因家族蛋白互作网络进行分析，采用Cytoscape对结果进行美化及可视化。

1.2.9 VvWD40基因家族在‘早黑宝’葡萄不同发育时期的表达量分析从葡萄不同发育时期的果实转录组数据中获取WD40基因家族的表达量。利用Primer5对基因进行引物设计，利用NCBI Primer Blast检验引物特异性（表1），使用植物总RNA抽提试剂盒（Biospin Plant Total RNA Extraction Kit）提取果实总RNA，采用SYBR Green Pro Taq HS预混型qPCR试剂盒III进行荧光定量PCR扩增；利用NCBI设计基因引物；使用QuantStudio 6 Flex荧光定量PCR仪进行定量；以EF1α为内参基因进行实时荧光定量PCR。RT-qPCR相对定量计算方式为2^-∆∆Ct。

表1   引物信息Table 1   Primer information

 

 

2 结果

2.1 VvWD40基因家族成员鉴定及进化树构建

基于HMM模型比对，并结合CDD数据库，在葡萄因组数据库中筛选出WD40基因。去除冗余序列后，最终鉴定得到86个WD40基因，将其依次重命名为VvWD40-1-VvWD40-86。通过MEGA11的NJ建树法对86个VvWD40进行进化树的构建，VvWD40基因家族进化树结果如图1所示，86个基因被分成7个小的分支，Group3中VvWD40基因最少为4个，Group4中VvWD40基因最多为20个。结果表明，位于同一分支的基因具有相似的基因结构。

图1   VvWD40基因家族进化树

Fig. 1   Evolutionary tree of VvWD40 gene family

 

2.2 VvWD40基因家族染色体位置分布及蛋白理化性质

对VvWD40基因在染色体上的位置进行分析（图2），86个VvWD40基因分布在19条染色体上，表明VvWD40基因家族在染色体上的分布多样化，这种分布可能有助于基因在不同环境下的适应性表达。其中，7号与9号染色体上基因最多为9个，2号染色体上的基因最少为1个。某些染色体分布更多的VvWD40基因，这可能与这些染色体的特定功能或结构有关。蛋白理化性质分析显示（附表1），86个VvWD40基因家族最短氨基酸长度为243 aa（VvWD40-40），最长氨基酸长度为1 763 aa（VvWD40-22）。分子量27 448.14‒198 838.49 Da。等电点（pI）范围为4.627（VvWD40-81）-9.77（VvWD40-9），其中VvWD40-7的pI值为7，为中性蛋白。20个蛋白质的等电点大于7为碱性蛋白外，其余均为酸性蛋白。43个VvWD40蛋白不稳定指数大于40，为不稳定蛋白。VvWD40家族均为疏水性蛋白。Aliphatic index的范围为53.91（VvWD40-60）-99.38（VvWD40-8）。根据蛋白质的理化性质，预测其家族成员可能发挥不同的功能。

 

图2   VvWD40基因家族染色体位置

Fig. 2   Chromosome position of VvWD40 gene family

 

2.3 VvWD40基因家族motif、结构域、基因结构

对VvWD40基因家族进行motif、保守结构域、基因基序分析（图3），VvWD40基因家族中存在最多的motif为21个（VvWD40-67），最少的motif为7个（VvWD40-78），所有VvWD40基因家族成员均含有VvWD40结构域。86个VvWD40蛋白均包含内含子与外显子，其中外显子数量1-31个，内含子数量0-30个，除部分基因不含有UTR，大部分基因含有UTR。表明VvWD40基因家族具有较高的保守性。

图3   VvWD40基因家族motif（A）、结构域（B）、基因结构（C）分析

Fig. 3   Analysis of the motif (A), domain (B) , and gene structure (C) of the VvWD40 gene family

 

2.4 VvWD40基因家族顺式作用元件

提取VvWD40基因转录起始位点上游2 kb序列，通过PlantCARE数据库预测每个VvWD40基因的顺式作用元件分布（图4），鉴定出对植物激素和环境胁迫有响应的顺式作用元件。大多数基因的启动子区都含有植物激素响应元件，22个基因中有25个生长素响应元件，2个基因中含有3个酮类物质合成元件，16个基因中含有18个GA响应元件。此外，9个基因的启动子区含有10个光响应元件，36个基因的启动子区含有47个防御与应激响应元件。上述结果表明，VvWD40中的大多数基因在激素信号通路和应激响应中起着至关重要的作用。

图4   VvWD40基因家族启动子顺式作用元件分析

Fig. 4   Cis-acting elements analysis

in VvWD40 gene family promoter

 

利用生物信息学工具对VvWD40基因家族顺式作用元件交集分析（图5）发现，该家族的多个成员在以下生物学过程中交集显著：Defense and stress responsiveness（防御和应激响应），共涉及36个基因（如VvWD40-10、VvWD40-11、VvWD40-12等）；Low-temperature responsiveness（低温响应），共涉及34个基因（如VvWD40-13、VvWD40-15等）；Phytochrome down-regulation expression（光敏色素下调表达），涉及1个基因（VvWD40-38）；Flavonoid biosynthetic genes regulation（黄酮类生物合成基因调控），共涉及2个基因（VvWD40-62、VvWD40-84）；Element involved in light responsiveness（参与光响应的元素），共涉及9个基因（如VvWD40-62、VvWD40-84等）。表明这些基因在植物对环境压力的适应中可能发挥着重要作用。分析结果显示，一些基因在多个生物学过程中出现，如VvWD40-20出现在防御和应激响应、光敏色素下调表达2个过程中，VvWD40-62出现在黄酮类生物合成基因调控、防御和应激响应2个过程中，暗示这些基因可能在植物的应激响应中具有核心作用。

图5   VvWD40基因家族顺式作用元件交集分析

Fig. 5   Intersection analysis of cis-acting elements of VvWD40 gene family

 

2.5 VvWD40基因家族密码子

密码子的构成要素涵盖多个指标，例如密码子适应性指数（CAI）、密码子偏好指数（CBI）、最优密码子频率（Fop）、有效密码子数量（Nc）、鸟嘌呤和胞嘧啶的含量（GC）、首个密码子位置的GC含量（GC1）、第2个密码子位置的GC含量（GC2）以及第3个密码子位置的GC含量（GC3）。相关性分析结果显示（图6），T3s与A3s（同义密码子第3位T/A的出现频率）之间存在正相关关系，而CAI、CBI和Fop则与T3s和A3s呈现负相关性。同时，Nc与G3s的关系是负相关的，GC则与G3s、CAI、CBI、Fop、Nc、GC3s表现为正相关，但与T3s和A3s的关系是负相关的。密码子分析结果显示（附表2），VvWD40基因GC含量在40.9%‒55.6%之间，GC3含量在30.3%‒65.6%之间。18个基因的Nc值（有效密码子数）均小于50，表明这18个基因具有较强的密码子偏好。密码子适应指数分布为0.167‒0.296，最小的为VvWD40-24，最大的为VvWD40-36。最优密码子使用频率31.9%‒53.1%，其中VvWD40-72为31.9%，VvWD40-20为53.1%。

图6   VvWD40基因家族密码子相关性分析

Fig. 6   Correlation analysis of codons in the VvWD40 gene family

 

2.6 VvWD40基因家族表达量

为明确葡萄WD40基因家族成员在果实发育中的作用，以及其在不同组织（根、茎、叶、花）和不同果实发育期的表达模式，对葡萄的VvWD40基因进行表达量分析。结果表明（图7），WD40-21和WD40-14在多个组织中显示出高表达量，特别是在“bud-bud burst later stage”和“leaf-young”中，可能表明这些基因在植物的快速生长阶段或特定组织发育中起重要作用。WD40-70在“bud-bud burst initial stage”和“bud-bud burst later stage”中表达量极高，可能与芽的快速生长和发育相关。WD40-73在“pollen”中表达量非常高，可能表明该基因在花粉发育中具有特定作用。叶片和茎：大多数基因在幼嫩组织中表达量较高，随着组织的成熟，表达量通常下降。花和果实：一些基因在花的早期发育阶段表达量较高，而在果实成熟阶段表达量下降，这可能与生殖发育相关。芽的发育：在芽的膨胀阶段和初期破裂阶段，多个基因表达量显著增加，这可能与芽的快速生长和细胞分裂有关。果实发育：在果实发育前期阶段，一些基因的表达量显著增加，这可能与果实的生长和发育相关。通过研究这些基因组织表达，为葡萄果实性状及遗传改良提供理论支持。但对于具体的基因功能需要更进一步的研究。

 

图7   VvWD40基因在葡萄不同组织及不同时期的表达量分析

Fig. 7   Analysis of VvWD40 gene expressions in different tissues and different periods of grape

 

2.7 VvWD40基因家族共线性分析

对VvWD40基因家族进行基因组共线性分析（图8-A），VvWD40基因家族中存在12对共线性基因，分布在12条染色体上。表明一些VvWD40基因可能是由基因复制产生的，它们可能具有相似的功能。

图8   VvWD40基因家族共线性分析

Fig. 8   Collinearity analysis of VvWD40 gene family

 

为了进一步探索VvWD40基因家族的进化关系，绘制了与4种代表性植物的共线性图谱，结果显示（图8-B），葡萄与拟南芥、桃、苹果、水稻的共线性条数分别为16、80、32和4条，葡萄与拟南芥、桃、苹果基因组的共线性基因较多，与水稻基因组共线性基因较少。表明在基因进化过程中，葡萄与拟南芥、桃、苹果的进化关系较近，与水稻的进化关系较远。

2.8 VvWD40基因家族共线性基因对Ka/Ks选择压力

选择压力是驱动基因演化的关键因素之一。通过分析不同样本的选择压力，可以揭示基因在进化过程中受到的自然选择作用，进而推断基因的功能和进化历史。通过Ka/Ks可以估算出它们的进化选择压力，从而进一步了解葡萄VvWD40基因家族的进化关系。从共线性关系的12对基因中，计算出9对基因的Ka/Ks小于1，表明葡萄VvWD40基因家族可能存在纯化选择优势（图9）。这暗示了其在葡萄生物学功能中的重要性。未来应进一步探索这些基因的具体功能，以及它们如何响应环境变化。

图9   VvWD40基因家族选择压力分析

Fig. 9   Analysis of selective pressure on the VvWD40 gene family

 

2.9 基因家族互作网络分析

采用STRING对VvWD40基因家族进行蛋白互作网络分析，结果（图10-A）显示，59个蛋白存在124个相互作用关系，表明基因家族不同蛋白之间相互作用关系较高。利用GO数据库对差异表达基因进行功能注释（图10-B），包括分子功能（molecular function）、细胞组分（cellular component）和生物学过程（biological process）3个维度。显著富集的分子功能包括转录共抑制因子活性（GO：0003714）、snoRNA结合（GO：0030515）和蛋白‒大分子适配活性（GO：0030674）。这些功能主要涉及基因表达调控和RNA加工过程。显著富集的细胞组分包括转移酶复合体（GO：1990234）、Cul4-RING E3泛素连接酶复合体（GO：0080008）、泛素连接酶复合体（GO：0000151）和蛋白含量复合体（GO：0032991）。这些组分主要参与蛋白质修饰和降解过程。显著富集的生物学过程包括对生物刺激的细胞响应（GO：0071216）、细胞生长的正调控（GO：0030307）和对银离子的响应（GO：0010272）。这些过程表明样本中的基因可能参与应对环境胁迫和细胞生长调控。显著富集的通路包括遗传信息处理相关蛋白家族、泛素系统、自噬、膜运输、核糖体生物合成、外泌体（04147）、剪接体和染色体相关蛋白（图10-C）。这些通路主要涉及遗传信息的加工、蛋白质修饰、降解和运输等核心细胞过程。表明这些基因主要参与转录调控、蛋白质修饰、细胞生长调控和应对环境胁迫等重要生物学过程。这些发现为进一步研究这些基因在特定生物学过程中的功能和机制提供了重要线索。

图10   VvWD40基因家族蛋白互作网络分析（A）、GO功能注释（B）和KEGG富集分析（C）

Fig. 10   Protein interaction network analysis of the VvWD40 gene family (A), GO functional annotation (B), and KEGG enrichment analysis

 

2.10 VvWD-40基因家族在‘早黑宝’葡萄发育过程中的表达量分析及RT-qPCR验证

为了进一步研究WD40基因在葡萄果实不同发育时期的表达变化情况，对VvWD40基因家族在‘早黑宝’不同时期的表达模式进行分析（图11-A），选取在葡萄果实发育过程中表达量较高的8个VvWD-40基因进行RT-qPCR验证（图11-B）。通过分析VvWD40基因在葡萄果实不同发育时期的表达量发现，VvWD40-70基因在所有样本中表达量均较高，特别是在EL33样本中，其表达量远高于其他基因。表明该基因可能在这些样本的特定条件下具有重要的生物学功能。VvWD40-26和VvWD40-59基因在所有样本中的表达量都非常低，可能表明它们在果实发育过程中的表达受到严格调控，或者它们在这些组织/阶段中的功能不是必需的。在果实发育初期，大部分WD40基因表达量变化较大，可能表明果实发育初期处于一个特定的生物学状态或处理条件下，需要高表达这些基因。验证的8个VvWD40基因在‘早黑宝’葡萄果实的发育过程中表达量变化与转录组数据一致，表明这些VvWD40基因在葡萄果实发育进程中具有重要的调控作用。例如VvWD40-9、VvWD40-49，这2个基因在葡萄果实发育的过程中基因的表达量逐渐升高，表明VvWD40基因在葡萄果实发育过程中起到关键的调控作用。对于VvWD40基因的具体功能，需要进一步结合分子生物学实验等进行研究。

 

图11   VvWD40基因家族表达模式分析及RT-qPCR验证

Fig. 11   Analysis of the expression pattern of the VvWD40 gene family and RT-qPCR verification

 

EL33：浆果仍然坚硬且呈绿色；EL35：浆果开始着色并增大；EL36：浆果具有中等可溶性固形物含量；EL38：浆果收获成熟。不同小写字母表示存在显著差异（P<0.05）

EL33: The berries are still firm and green. EL35: The berries start to color and increase in size. EL36: The berries have a medium content of soluble solids. EL38: The berries are ready for harvest and fully mature. Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)

3 讨论

葡萄是葡萄科藤本植物，具有很高的食用价值，在全球范围内广泛种植。然而，以往的研究较少从全基因组水平研究葡萄VvWD40基因家族。本文基于葡萄全基因组信息，对葡萄VvWD40家族进行综合分析，旨在为葡萄的果实发育品质形成提供参考。

本研究共鉴定出86个VvWD40基因，它们编码的氨基酸数在121‒903之间。所有蛋白都具有WD40基因家族结构域。VvWD40基因中的内含子数量相对保守。VvWD40基因与不同物种中报道的VvWD40基因一致，表明VvWD40基因在不同物种中是保守的。

在VvWD40基因的启动子区域，存在多样的顺式作用元件，这些元件包括对光信号和生长素信号的响应。这些元件的普遍存在暗示了VvWD40基因家族可能在葡萄的生长和发育过程中，对光照和激素水平较为敏感。值得注意的是，这些基因中还包含了与环境胁迫响应、酮类化合物生物合成，以及赤霉素信号途径相关的特定元件，这可能意味着VvWD40基因在调控植物色素的生产和发育过程中扮演重要角色^［34］。

VvWD40基因可以作为参与植物发育的关键调节因子。它们调节各种发育过程，如分生组织顶端的限制、极性、分层发育、叶缘的建立、花的分化、心皮的形成、外心皮的生长、花序等。VvWD40基因在植物侧器官的形成中起着不可或缺的调控作用，同时促进其发育^［35］。研究发现，VvWD40家族成员在花和果实衍生器官的发育中起着关键作用^［36-39］。

基因家族的扩张与基因组进化主要依赖串联复制和节段复制等基因复制事件^［40-41］。本研究显示，86个VvWD40基因在19条葡萄染色体上分布不均，这种染色体分布不均的现象表明，这种变化发生在物种分化之前。表明全基因组重复序列参与了葡萄VvWD40基因的进化^［42］。

根据先前的研究，WD40基因具有多重功能，可以作为次级代谢产物的激活剂和抑制剂。花青素是植物次生代谢产物中的多功能化合物。同样，酮类化合物也是一种具有独特生理功能的代表性次生代谢产物。花青素是酮类化合物中最常见的黄酮类化合物。在拟南芥中，WD40可以正向调节花青素，WD40蛋白在组织中诱导花青素的积累。在日本杏花中，WD40可以正向调节植物中的花青素^［43］。紫薯中的WD40对花青素具有积极的调节作用^［44］。研究WD40基因对酮类化合物的调控发现，植物产生次生代谢产物也与非生物和生物胁迫因素有关。组织特异性分析进一步显示，VvWD40表达与花色苷在果实当中的积累高度吻合。这一表达趋势不仅印证了VvWD40对酮类次生代谢的正向调控作用，也为通过基因工程在果实发育关键窗口期精准提升药用花色苷含量提供了靶点。借助调控VvWD40的表达，可望在不影响树体整体生长的情况下，实现浆果中酮类活性成分的高效定向积累，并为选育高花色苷葡萄新品种奠定分子基础。后续研究需要利用分子生物学试验研究VvWD40基因在葡萄果实发育过程中的详细作用。

4 结论

鉴定出86个VvWD40基因，不均匀分布在19条染色体上，在进化过程中高度保守。VvWD40基因的表达可能受低温、激素等顺式作用元件影响，在葡萄果实的生长发育和品质形成的过程中发挥重要作用。文章所有附表数据请点击链接查看（https：//biotech.aiijournal.com/fileup/1002-5464/NEWS/20251028174559_NewsFile_66.pdf）。