WRKY基因家族属于植物最大转录因子家族之一,在调控植物生长发育和生理过程中起着重要作用。目前,已有许多关于植物WRKY转录因子的研究报道,但由于甘蔗遗传背景复杂,基因组长期未得到破译,尚未发现有关甘蔗WRKY基因家族的研究报道。而WRKY对植物糖分代谢和光合作用的调控功能,与甘蔗的重要生物学性状密切相关。因此,本研究利用生物信息学方法对甘蔗割手密种(S.spontaneum)全基因组的WRKY基因家族进行鉴定和分类,构建系统演化树探究其演化关系,利用转录组测序手段分析不同基因的表达模式,以期为甘蔗WRKY基因功能的进一步研究提供价值基础。主要结果如下:(1)在甘蔗割手密种的基因组数据基础上,结合比较基因组学,利用HMMsearch等生物信息学方法共鉴定出154个Ss WRKY基因,包括等位基因共294条序列,其中13个WRKYs(8.4%)含有四个等位基因,29个(18.8%)有三个等位基因,41个(26.6%)有两个等位基因。根据这154个WRKY基因的功能结构域(domain)的个数和锌指结构的类型可将该家族成员分为族(group)Ⅰ(17个)、族Ⅱ(81个)、族Ⅲ(51个)和族Ⅳ(5个)。其中族Ⅰ分为Ⅰa和Ⅰb两个亚族(subgroup),分别含有13和4个基因。族Ⅱ进一步分为a-e五个亚族,分别含有6、12、40、11和12个基因。族ⅣV的WRKYs功能结构域不完全,只含有WRKYGQK基序(motif)。甘蔗割手密WRKYs等位基因之间的Ka/Ks值除了 Ss WRKY2、Ss WRKY52、SsWRKY131外,其余都小于1,说明甘蔗多倍体化后,WRKY基因受到纯化选择作用,等位基因之间功能比较保守。(2)高粱与甘蔗的亲缘关系最近,但高粱的WRKY基因远远少于甘蔗。进一步对甘蔗割手密Ss WRKY基因间的共线性进行分析,发现包括等位基因在内,73.8%的Ss WRKY基因经历了片段复制(segmental duplication)事件,16.0%的Ss WRKYs是由串联复制(tandem duplication)得来的。说明片段复制和串联复制都为甘蔗WRKY基因家族的扩张做出了贡献,但片段复制可能起到了更为关键的作用。此外,Ss WRKY1、Ss WRKY26、Ss WRKY32、Ss WRKY83、Ss WRKY89、Ss WRKY95、Ss WRKY110和Ss WRKY115等19个基因在高粱中没有发现直系同源的WRKY基因,推测这些Ss WRKY基因可能是甘蔗割手密所与高粱分化后产生的。(3)WRKY基因家族成员的系统进化树分析结果表明,甘蔗割手密WRKYs与其他物种的WRKYs在演化上有相似之处,亚族Ⅱc的WRKY基因可能是由亚族Ⅰa的WRKY基因丢失一个N-末端功能结构域或者C-末端功能结构域演化而来,而亚族Ⅰb的WRKY基因可能是由族Ⅲ的基因经过功能结构域复制而来。亚族Ⅱa和Ⅱb的WRKY基因亲缘关系最近,聚在同一分枝,而亚族Ⅱd和Ⅱe的亲缘关系最近,可合成亚族Ⅱd+Ⅱe。(4)甘蔗割手密不同生长时期WRKY基因的表达谱分析,发现Ss WRKY76和Ss WRKY93在所有组织的不同发育时期都有较高的表达量,说明这两个WRKY基因可能是Ss WRKY基因家族的主效基因。此外,Ss WRKY67/-68/-71/-78/-79的表达水平都随着叶片的成熟而升高,表明它们可能对叶片的生长发育有重要作用。而Ss WRKY39和Ss WRKY104的表达模式比较复杂,在糖分积累期的茎秆中表达水平都从上到下呈下降趋势,在叶片中表达水平则在成熟前期达到峰值,说明这两个基因可能既参与调控甘蔗茎节的糖分代谢过程,又参与了叶片的生长过程。割手密苗期发育叶片不同叶段的WRKY基因表达谱显示,在发育叶片基部,Ss WRKY21/-22/-39/-56/-93/-109/-124的表达水平较高,说明这些基因可能影响DNA、细胞壁合成及细胞周期调节等初级代谢活动;在叶片源库过渡区域,Ss WRKY71和SsWRKY145的高表达可能在光合细胞器建立过程发挥作用;而Ss WRKY68、Ss WKY122、Ss WRKY125和Ss WRKY129在叶尖表达量比较高,说明它们与叶片光合作用装置(包括酶、光系统和叶绿体)的运作可能高度相关。通过对甘蔗割手密叶片昼夜循环期间WRKY基因转录组分析结果显示,SsWRKY38、Ss WRKY40、Ss WRKY45、SsWRKY56、SsWRKY67、SsWRKY71、SsWRKY145等25个WRKY基因在昼夜循环期间,表达水平呈现不同周期的波动现象,暗示这些Ss WRKY基因的表达可能受生物钟的调节。