植物生长素原初响应基因Aux/IAA研究进展

Aux/IAA基因家族能够在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。ARF则是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,Aux/IAA就是通过其响应元件与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。介绍了Aux/IAA的结构特征、调控机制以及生物学功能。植物Aux/IAA基因是由4个保守结构域组成的:结构域Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ。结构域Ⅰ主要负责Aux/IAA蛋白的阻遏作用,结构域Ⅱ因为含有一段亮氨酸基序,负责Aux/IAA蛋白的快速降解,而结构域Ⅲ和Ⅳ则介导Aux/IAA蛋白与ARF蛋白形成同源或异源二聚体。在生长素信号转导过程中,Aux/IAA主要通过与生长素响应因子ARF结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达。Aux/IAA基因因其种类不同在不同的组织和器官中的表达是有特异性的,同时通过Aux/IAA突变体的研究表明:不同的Aux/IAA还具有各自独特的功能。不论是由于时间和空间表达上的不同,还是由于其基因的启动子对生长素响应因子的亲合性差异都能产生这些功能特异性。而植物激素和外界环境因子对发挥Aux/IAA功能也具有重要的调控作用。     

苋菜amaARF6基因克隆及其外源激素处理下在幼苗中响应分析

以‘大红’苋菜(Amaranthus tricolor L.‘Dahong’)为材料,根据实验室构建的苋菜转录组数据库(SRA:SSR924089~SSR924092),采用RT-PCR结合RACE技术克隆获得1条生长素响应因子ARF6基因c DNA全长序列,命名为amaARF6(登录号为MG581459)。苋菜amaARF6基因c DNA全长3 758 bp,含一个2 697 bp开放阅读框,编码898个氨基酸。生物信息学分析表明,amaARF6包括生长素响应因子结构域和生长素功能位点,有ARF基因家族特有序列特征;系统进化树分析发现,amaARF6蛋白与同为石竹目甜菜Bv ARF6蛋白进化距离最近,相似度高达100%。荧光定量PCR分析表明,苋菜幼苗在不同浓度2,4-D、IAA、IBA等生长素及不同浓度GA3和PP333处理下,amaARF6基因均受调控,且在2,4-D、IAA、IBA等生长素处理后表达上调,经GA3和PP333处理后表达下调。研究还发现,苋菜中甜菜红素累积受GA3和2,4-D抑制,PP333促进甜菜红素合成,amaARF6基因表达量在GA3和PP333处理下呈相反变化趋势。研究结果表明,amaARF6基因可能具备ARF家族正调控因子表达特征和功能,可能参与调控苋菜幼苗生长和甜菜红素合成。研究结果为揭示amaARF6基因在苋菜幼苗生长中作用奠定基础,为苋菜育种提供线索。     

抗逆相关DREB转录因子的研究进展及应用

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白,可以特异地与DRE顺式作用元件结合,在非生物逆境胁迫(干旱、低温、高盐)中激活胁迫诱导基因的表达,使植物能够耐受水分胁迫的影响.本文介绍DREB转录因子的结构特点和生物学功能,表达调控以及在抗逆基因工程方面的研究进展,同时对DREB转录因子在信号传递和调控网络方面的复杂性进行了讨论.     

杨树不同组织中ARF 表达与生长素相关性研究

木质素的生物合成是一个复杂的过程,有许多酶参与了此过程.生长素响应因子(ARFs)在木质素合成过程中起着重要作用,通过调节早起生长素基因的表达,从而影响基因的转录活化或抑制.利用A RFs已有序列及杨树基因芯片数据对其进化及与生长素的相关性进化分析,结果表明,杨树ARF序列的保守性高达60％;生长素含量、上调基因数目与基因表达信号量两两之间在夏秋季节中表现为高度相关,冬季对生长素响应因子信号量的影响最大.     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box)发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

DREB转录因子与植物非生物胁迫抗性研究进展

转录因子在调节植物生长发育以及植物对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB转录因子含有一个保守的AP2/EREBP结构域,参与外界环境胁迫的应答响应,通过结合DRE(Dehydration responsive element)顺式作用元件,调控下游胁迫相关基因的转录表达,改良植物的抗性。就DREB转录因子的结构特点、表达调控以及提高转基因植株胁迫耐受性的最新研究成果进行了评述。     

番茄生长素反应因子ARF8的生物信息学分析

生长素是一种重要的植物激素,它影响植物的生长发育。生长素应答因子(ARFs)是一类受生长素调节的转录因子家族,在生长素信号的传导途径中起着重要的作用,但在番茄中的具体作用机制还不清楚。研究以番茄ARF8基因为对象,运用生物信息学方法对ARF8进行分析,为进一步研究其作用机制奠定基础。生物信息学分析结果表明,该蛋白质分子量为94276.7Da,等电点p I为5.96,呈弱酸性,为亲水性蛋白。ARF8所编码的蛋白质不存在信号肽,说明其属于非分泌型蛋白质,定位在细胞核中,Auxin-resp结构域是生长素响应的转录因子的保守区域,ARF8在两个保守结构域之间富含谷氨酰胺,所以起激活转录的作用。     

青钱柳生长素响应因子CpARF2L的克隆与分析

生长素响应因子(ARF)家族基因广泛参与植物生长发育的调控过程。为了研究青钱柳生长素响应因子在青钱柳生长发育过程中的功能,我们以湖南张家界种源青钱柳为试验材料,利用荧光定量PCR(qRT-PCR)结合快速扩增技术克隆了一个青钱柳ARF家族基因(命名为CpARF2L,GenBank登录号:OM417077),对其序列特征进行生物信息学分析。结果表明,CpARF2L开放阅读框为2 559 bp,编码853个氨基酸;预测其分子量和等电点分别为94 496.33 ku和5.76,具有保守的B3 DNA结合结构域和生长素响应因子保守结构域。进化分析表明,CpARF2L与胡桃ARF2B-like蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,在青钱柳幼苗期CpARF2L基因存在组织表达差异,在展开的叶片中表达量最高。本研究为后继研究青钱柳CpARF2L的功能和作用机制提供了参考依据。     

基于ARF10转录因子功能验证及其对拟南芥种子休眠和萌发的影响

生长素是一种新的调控种子休眠的激素,ARF10作为生长素信号途径下游的一个转录因子也参与其中,然而其调控的分子机制并不清楚。以拟南芥茎生叶为供试材料,克隆获得编码ARF10转录因子的基因片段,利用DNA重组技术构建ARF10过量表达载体35S::ARF10-pCAMBIA1301,并通过浸花法转化野生型拟南芥,获得ARF10过量表达的转基因植株(ARF10-OE),通过检测种子休眠性和对ABA敏感性,探究其对种子休眠与萌发的影响。结果显示,ARF10种子休眠性显著高于野生型,其ABA敏感性也较对照更高。基因表达分析结果显示,ARF10基因过量表达能够明显增强调控种子休眠和萌发的关键基因ABI3、ABI4、ABI5以及NCED9的表达,生长素信号途径下游末端转录因子ARF10可能通过上调ABI3、ABI4、ABI5基因的表达,提高了种子对ABA的敏感性;通过上调NCED9的表达,增强了种子的休眠性。     

毛竹生长素响应因子基因家族的鉴定及其在竹笋发育中的表达

以已知拟南芥和水稻生长素响应因子(ARF)蛋白质序列对毛竹基因组数据库进行比对分析显示,毛竹基因组编码39个ARF转录因子;通过生物信息学软件对毛竹ARF基因家族进行分析显示,毛竹ARF基因家族具有进化上的保守性;采用RT-PCR技术研究毛竹竹笋形成过程中ARF基因家族的动态变化,结果显示,在竹笋形成过程中ARF18和11-2基因分别在笋芽萌动和笋体形成过程中发挥调控作用,而ARF6-2基因参与竹笋发育的各个阶段.     

慈竹ARF基因的鉴定及虫害胁迫下的表达

植物生长素响应因子(ARF)参与调节了植物的向性运动、子叶发育、胚胎形成、叶片器官衰老、维管束形成等,在植物生长发育过程发挥重要调控作用。为研究慈竹ARF基因家族及虫害胁迫下的表达,通过查询慈竹竹笋转录组数据库,分离出24个ARF基因家族成员。利用生物信息学方法分析,发现慈竹ARF家族序列保守,与毛竹亲缘性较近。通过对慈竹竹笋转录组中ARF基因表达模式分析发现,大部分ARF基因在竹笋中表达,少数ARF基因表达量在受到虫害胁迫后表达量发生显著变化。qRT-PCR结果表明,ARF基因在竹笋的几个部位在虫害胁迫后表达量均显著变化,推测其可能参与了竹笋对虫害胁迫响应,且在笋毛中表达量均升高,推测笋毛在抵御虫害胁迫中发挥了重要作用。     

花生生长素响应因子基因AhARF3的克隆与表达分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)是调控生长素响应基因表达和信号转导的一类转录因子,在植物生长发育的各个阶段均起重要的调节作用。本研究基于花生种子萌发前后转录表达差异分析,克隆到1个生长素响应因子基因AhARF3。序列分析结果显示,该基因的ORF区为2 115 bp,编码704个氨基酸,推测相对分子量为72.92 kD,等电点6.86。不同器官表达谱分析结果显示,AhARF3为组成性表达,茎中的表达量最高,根与花中的表达量较低且近似,干种子中最低。种子萌发过程的表达分析显示,萌发10～72 h的种子中AhARF3表达量均比干种子中极显著增加,尤其是萌发48～72 h,AhARF3的表达水平不仅比萌发前期各阶段种子中的大幅上调,与根、茎、叶、花及各发育阶段的种子相比,也具有明显的表达优势。     

酵母单杂交文库构建及巨峰葡萄VvFT基因启动子上游调控因子筛选

[目的]利用酵母单杂交文库筛选巨峰葡萄VvFT基因启动子上游调控因子,挖掘参与调控葡萄开花时间的因子,为揭示花期转变代谢通路和定向改良葡萄品种提供理论参考.[方法]利用PlantCARE分析预测VvFT基因启动子顺式作用元件,并以VvFT基因启动子为诱饵,利用酵母单杂交文库筛选技术,筛选作用在VvFT基因启动子上游的调控因子.[结果]葡萄VvFT基因启动子区域存在13种启动子顺式作用元件,包括A-box、CAAT-box和TATA-box组成型调控元件;光响应调控元件ATC-motif、Box 4、G-Box和GT1-motif;茉莉酸甲酯(MeJA)响应调控元件CGTCA-motif和TGACG-motif;干旱诱导的MYB结合位点元件MBS;玉米蛋白代谢必需的调控元件O2-site;参与生物钟控制的调控元件circadian;厌氧诱导必需调控元件ARE.以VvFT基因启动子为诱饵,筛选获得34条表达序列标签(EST),其中有21条为未知功能,有13条在植物生长、抗逆防御、信号转导、转录调控、蛋白酶等方面均有已知或预测的功能,包括转录抑制因子ft41、GRF1互作因子ft44、NAP1相关蛋白ft64及ft70分子伴侣DnaJ10.酵母单杂交点对点验证结果表明VvDnaJ10和VvFT基因启动子之间有相互作用.[结论]通过酵母单杂交文库筛选获取13条候选EST,虽然大部分EST功能预测分析结果与VvFT调控开花时间无明显的直接关系,但研究结果为进一步探索VvFT转录或表达水平控制葡萄开花时间的分子机制提供侯选基因.     

苦荞ARF基因家族的鉴定及生长素诱导下的表达模式

【目的】全基因组水平鉴定苦荞ARF家族基因,并对其家族基因结构、保守结构域、系统进化、组织表达差异及外源生长素处理下基因表达水平进行分析,为苦荞ARF的功能研究和利用奠定基础。【方法】通过转录组数据和ARF保守结构域（PF06507）分析,筛选苦荞ARF家族成员,利用TBtools软件绘制基因结构图,利用NCBI及MEME在线预测苦荞ARF蛋白保守结构域和保守基序,利用MEGA X构建苦荞和拟南芥、水稻、甜荞、甜菜、大豆ARF蛋白系统进化树。使用根、茎、叶、花、未成熟和成熟籽粒6个组织转录组数据的FPKM值,通过TBtools HeatMap绘制FtARFs基因表达热图,分析FtARFs的组织表达特异性。使用PlantCARE在线网站预测茎秆特异表达的FtARFs启动子的顺式作用元件。以0.5 mg·L ^-1 IAA处理2份高秆（ZNQ189和PI673849）与2份矮秆（PI658429和PI647612）苦荞材料,观察苦荞下胚轴伸长的特征,于生长素处理不同时间段（0、0.5、1、6、12、24和48 h）取样,qRT-PCR检测FtARFs基因在不同苦荞下胚轴中的表达差异;同时,对生长7 d的4份材料进行石蜡切片,番红固绿染色后显微镜下观察下胚轴细胞大小。【结果】系统分析鉴定了26个苦荞ARF家族基因,染色体定位分析显示,除第4染色体外,FtARFs在其余染色体均有分布。理化性质分析表明,氨基酸残基数目范围为331—1 083 aa,理论等电点为5.34—8.63。保守基序分析表明,不同组间Motif组成有一定的差异。基因结构分析显示,苦荞ARF基因外显子数量为2—15,变异较大。系统进化将其分成4组（Group Ⅰ—Group Ⅳ）,且苦荞FtARFs在4个类群中均有分布。组织特异性分析显示,在各组织中,FtARFs基因FPKM值差异明显,在根、茎、花中,分别检测到7个、9个和4个基因表达量较高,在叶、未成熟籽粒和成熟籽粒中,表达值均较低。外源生长素处理4份苦荞材料,下胚轴伸长趋势不一,与其细胞大小变化相一致。qRT-PCR结果显示,FtARFs基因在生长素处理前期（0.5—1 h）表达较高,在处理后期,基因表达量降低。且处理苦荞幼苗0.5 h时,大多数FtARFs基因被显著诱导表达。【结论】苦荞ARF基因结构和蛋白基序具有组间多样性和组内保守性,且具有组织表达特异性,9个茎秆特异表达的FtARFs基因响应IAA诱导,暗示其对苦荞茎秆伸长可能具有调控作用。     

番茄SlIAA16沉默转基因植株的获得及功能初探

Aux/IAA(auxin/indole-3-acetic acid)作为生长素早期响应因子,其蛋白产物能够特异性地结合生长素响应因子(auxin response factor,ARF),从而调控生长素响应基因的表达,在整个植物生长素信号转导过程中发挥着重要的作用,进而影响植物的生长发育。本研究通过构建沉默载体,在高效遗传转化体系下获得转基因植株,发现利用Gateway克隆技术将番茄生长素早期响应基因Sl IAA16 DomainⅡ区部分序列连入具有正反2个attr区域并连接1个内含子的p B7GWIWG2(Ⅰ)载体,可在植株体内形成发卡结构导致植物基因沉默,成功构建基因沉默表达载体名为Sl IAA RNAi;此外,抗生素喷施和PCR扩增以及实时定量检测进一步鉴定,共获得12棵Sl IAA16 RNAi阳性植株。本研究结果将为进一步明确Sl IAA的生物学功能和阐明生长素的作用机理提供参考。     

草莓ARF4基因启动子的克隆及转录活性分析

草莓果实成熟的早晚,直接影响果农的收益。课题组前期研究发现,草莓ARF4基因能够调控草莓开花时间。启动子是基因转录的开关,其转录活性影响着基因表达的强弱。克隆ARF4基因启动子并分析其转录活性,对进一步明确ARF4基因的功能具有重要意义。根据草莓基因组信息设计特异引物,克隆草莓ARF4基因启动子。使用Plant CARE在线软件,预测其序列上的顺式作用元件。将ARF4启动子进行分段缺失克隆,利用农杆菌介导的果实注射法及GUS组织染色,确定GUS基因表达的强弱。通过农杆菌介导的叶盘转化法,获得转proARF4::GUS基因草莓植株,利用GUS组织染色法分析启动子的组织表达特异性。对转基因草莓植株进行非生物胁迫处理,通过qRT-PCR方法确定影响ARF4基因启动子转录活性的因素。结果表明:在ARF4基因启动子序列上,除了存在基本的核心元件外,还包含一些光响应、胁迫响应、厌氧诱导及激素响应等作用元件。GUS组织染色结果显示,随着启动子序列长度逐渐变短,GUS基因表达变弱。在转proARF4::GUS基因草莓植株叶柄、嫩叶及新茎中GUS表达水平较高,且在嫩叶中表达量最高。在非生物胁迫处理下,IAA和GA可使GUS基因表达显著提高。这些结果提供了影响ARF4基因表达的相关因素,为调控草莓开花时间奠定了基础。     

寄生疫霉菌侵染拟南芥相关microRNA靶标调控网络分析

【目的】分析寄生疫霉菌侵染胁迫下拟南芥表达的microRNA,为探明microRNA对应靶标基因的调控网络及其可能的病理学和生物学功能奠定基础。【方法】以寄生疫霉菌(Phytophthora parasitica)和模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,鉴定在病菌侵染胁迫下拟南芥表达的microRNA,构建其靶标调控网络,并进行Gene Ontology和蛋白质结构域富集分析。【结果】在寄生疫霉菌侵染拟南芥的Solexa测序文库中鉴定39条拟南芥microRNA,筛选出了5个转录因子相关的调控网络;Gene Ontology富集结果表明,在生物学过程中,转录调控相关的基因显著富集;蛋白质结构域富集结果表明,靶基因中转录因子显著富集。【结论】拟南芥响应寄生疫霉菌microRNA靶标基因的功能主要集中在转录因子的调控功能上。     

荞麦ARF基因家族的鉴定及生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)基因应答了生长素信号,在植物生长发育中具有重要的调控作用。以荞麦基因组数据库为基础,利用BlastP比对程序共鉴定了21个荞麦ARF基因,并对其基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、保守基序、亚细胞定位、潜在磷酸化位点及系统进化关系进行了分析。基因结构分析表明,21个荞麦ARF基因均含有内含子,且不同基因间内含子数目存在较大差异。保守结构域分析显示,21个ARF蛋白均含有保守的B3和ARF结构域,部分ARF蛋白还含有Aux/IAA结构域。蛋白保守基序分析表明,21个ARF蛋白共有10个保守基序,基序长度在13~55个氨基酸之间。亚细胞定位分析表明,大多数ARF蛋白定位于细胞核,个别定位于叶绿体。潜在磷酸化位点分析显示,所有ARF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点,但各蛋白的不同磷酸化位点的数目差异较大。系统进化分析表明,21个ARF基因可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚家族,其中,Ⅰ亚家族可以进一步分为Ⅰa和Ⅰb两个家族,Ⅱ亚家族可以进一步分为Ⅱa和Ⅱb两个家族。研究结果为进一步克隆荞麦ARF基因及深入研究它们在荞麦中的功能提供了参考。     

茄子生长素响应因子SmARF8的克隆与分析

 【目的】克隆茄子生长素响应因子新基因,为研究茄子果实形成发育的分子机制提供依据。【方法】采用RT-PCR 和RACE 技术克隆茄子ARF家族相应基因的cDNA全长序列。经序列联配进行与其它物种同源基因的保守域和进化关系分析。实时定量PCR 检测目的基因在茄子不同组织中的表达情况。【结果】将该基因命名为SmARF8,它的cDNA序列全长为3 671 bp,编码阅读框全长2 676 bp。氨基酸序列分析表明,SmARF8蛋白拥有核定位序列,蛋白质结构具有ARF家族的N-端DNA结合域,中间脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基富集的非保守调控域,C-末端蛋白互作域。氨基酸与拟南芥的调控单性结实基因ARF8相似性较高,进化树分析表明它们聚集在一个分支上,进化关系非常密切。SmARF8基因在幼果中表达最强,在根、茎、叶、花蕾、花朵及成熟果实中表达较强烈。【结论】从茄子中克隆得到一个生长素响应因子家族基因SmARF8。     

毛竹IDD基因家族启动子分析

IDD基因家族编码一种混合型的转录因子,多数参与植物的生长发育.真核基因的表达受多种因素的调控,其中启动子在转录水平上的调节作用至关重要.本研究截取毛竹IDD家族8个基因(Ph IDD1-2,Ph IDD4-8和Ph ID1)起始密码子前2 000 bp序列,顺式作用元件分析显示,这些基因启动子中均存在TATA框和CAAT框,除此之外,上游调控区域还存在光响应元件、激素响应元件、逆境胁迫元件以及其他响应元件,其中有些元件是某个基因所特有的,表现出该基因家族各基因独特的表达模式,也表明该家族基因的功能分化,参与植物发育的各个阶段.