植物生长素响应因子基因的研究进展

生长素响应因子(ARF)是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,在生长素的信号传导过程中处于中心位置,它可与生长素响应元件特异结合,促进或抑制基因的表达.介绍了ARF结构特征,生物学功能以及调控机制.植物ARF由3个结构域组成:氨基端的DNA结合结构域(DBD),中间结构域(MR)以及羟基末端的二聚结构域(CTD).中间结构域包括激活结构域(AD)和抑制结构域(RD).在生长素信号转导过程中,ARF主要通过与生长素响应元件结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达.不同的ARF在不同的组织和器官中都有特异表达,同时通过ARF突变体的研究表明:不同的ARF具有各自独特的功能.这些功能特异性的产生,既可以来自在时间和空间表达上的不同,也可能是来自对目的基因启动子的亲和性差异.植物激素、外界环境因子和非编码区小RNA对ARF功能的发挥具有重要的调控作用.     

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。     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。     

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。     

芥蓝Aux/IAA家族基因生物信息学与表达分析

为更好地理解芥蓝生长素(indole-3-acetic acid, IAA)的响应途径及揭示Aux/IAA基因家族在芥蓝生长和抗盐胁迫中的功能,本研究利用生物信息学的方法从芥蓝基因组中鉴定到了41个Aux/IAA家族基因。系统进化分析结果表明,芥蓝Aux/IAA基因家族成员分布于9条染色体上,在染色体C01和C05上分布的基因最多,各有6个;该家族基因编码的蛋白质的氨基酸残基数在128～427之间,大多数为亲水性蛋白,仅有2个疏水性蛋白。亚细胞定位预测结果表明,Aux/IAA家族成员多位于细胞质、细胞核和叶绿体上。实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果表明,芥蓝Aux/IAA基因家族部分成员对生长素(IAA)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、油菜素内酯(brassinosteroids, BR)处理存在不同程度的响应,说明芥蓝Aux/IAA基因家族很可能参与植物激素信号的传导。此外,经过盐胁迫处理后,芥蓝BoIAA19-1与BoIAA2-1的表达量在处理前期均显著上调,预示Aux/IAA基因在芥蓝响应逆境的过程中也可能发挥作用。本研究结果为进一步研究Aux/IAA基因家族在芥蓝生长和抗性平衡中的功能奠定了理论基础。     

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。     

小豆 AUX/IAA 基因家族全基因组 鉴定及表达分析

【目的】生长素是一种必需的植物激素,而 AUX/IAA 是生长素原初响应因子在环境胁迫中植物 生长和发育中起着至关重要的作用。为了解 VaIAAs 在小豆生长发育过程中的生物学功能,对 VaIAAs 基因家族 进行全基因组鉴定和分析。【方法】利用生物信息学对小豆的 AUX/IAA 进行全基因组鉴定和分析,基于 RNAseq 分析 VaAUX/IAA 基因家族在各组织的表达模式。【结果】在小豆全基因组共鉴定到 41 个 VaIAAs 基因,亚 细胞定位显示均为定位为细胞核。系统发育分析显示来自小豆、拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）的 AUX/IAA 蛋白聚集成 6 组。基因结构分析表明,所有基因均含有内含子数目 1~8 个,VaIAAs 基因包 含 1~21 个外显子。顺式作用元件分析发现参与响应生物 / 非生物胁迫顺式作用元件最多,包括最常识别到的 ATTATA.bos、G-box 和 sp1 基序,还发现富集在厌氧诱导响应元件 ARE 和植物抗逆相关的 MYB 元件。蛋白 - 蛋白互作网络分析发现,所有 VaIAAs 均与 ARF 相连,此外还有部分基因与 AXR3（生长素诱导阻遏因子）、MP （转录因子 B3 家族蛋白）等基因互作。VaIAAs 具有组织特异性,在不同组织的基因表达水平差异较大。 【结论】小豆 AUX/IAA 基因家族的基因结构、系统进化、蛋白质 - 蛋白质网络互作等生物信息学分析结果,将 为揭示小豆 AUX/IAA 基因家族在小豆生长发育过程中的功能提供重要的线索。     

百子莲2个ARF基因与2个Aux/IAA基因的全长克隆与序列分析

采用不同浓度外源生长素类调节物质毒莠定(PIC)对百子莲(Agapanthus praecox ssp. orientalis)进行继代培养,并对其胚性愈伤组织进行比较转录组学研究,获得了百子莲生长素信号转导途径中的2个ARF和2个Aux/IAA家族基因,推测其为体胚发生过程中生长素信号传导途径相关的重要调控因子。采用RACE技术获得ApARF1、ApARF2、ApAux/IAA2与ApAux/IAA3的cDNA全长,分别为2 343、2 888、1 034和821 bp,开放阅读框(ORF)长度分别为1 770、2 349、480和549 bp,分别编码589、782、159和182个氨基酸残基。生物学分析表明,ApARF1与ApARF2蛋白均具有ARF家族的典型结构,ApAux/IAA2蛋白结构域Ⅳ不完整,ApAux/IAA3结构域Ⅱ部分缺失,但仍具有Aux/IAA蛋白的典型功能。转基因实验表明,ApAux/IAA过表达植株表现出生长延缓及发育受阻的表型,ApARF过表达植株表现出生长促进、花期提前的表型,验证了百子莲ApARF和ApAux/IAA家族蛋白对植物生长发育的调控作用。     

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。     

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。     

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.     

桑树Aux/IAA基因家族鉴定与IBA处理下表达模式分析

【目的】在全基因组范围内鉴定桑树Aux/IAA基因家族成员，并研究在IBA处理下对该家族基因表达模式的影响，为深入研究桑树Aux/IAA基因家族的功能提供依据。【方法】通过本地川桑全基因组数据对桑树Aux/IAA基因家族成员进行鉴定分析，包括蛋白质理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、蛋白质三级结构及蛋白互作关联分析、启动子顺式作用元件分析。并以“强桑1号”扦插枝为试验材料，对其进行1 000 mg·L^-1 IBA处理和清水对照处理，分析处理后10、20、30、40 d的MnAux/IAA基因家族的表达模式。【结果】MnAux/IAA基因家族共有51个成员，分为8个亚家族，AtIAA基因家族分布在其中6个亚家族中；51个基因家族成员均有外显子和内含子，仅有1个成员无UTR;顺式作用元件表明，MnAux/IAA基因家族对光、激素、逆境胁迫等都有相应的调控作用；蛋白质同族进化序列的基因结构相似度较高，但族间差异较大；IBA处理后，47个基因表达量会有不同程度的提升，而基因MnAux/IAA34、MnAux/IAA33、MnAux/IAA32在表达量上有较大程度的...     

玉米LEC1基因家族的鉴定与生物信息学分析

LEC基因家族包含LEC1和LEC2,参与植物的生长发育及储藏物质的积累。LEC1（Leafy Cotyledon 1）是NF-YB9蛋白家族的成员,编码了CCAAT-box结合转录因子HAP3（Heme activated protein 3）亚单位。利用生物信息学方法,获得了16个玉米LEC1基因。分析发现,ZmLEC1蛋白大部分都是酸性的不稳定亲水蛋白,含有1个保守结构域CBFD_NFYB_HMF及10个保守基序。通过与拟南芥LEC1基因和水稻LEC1基因的聚类分析,将玉米LEC1基因家族分为4类:ClassⅠ、ClassⅡ、ClassⅢ、ClassⅣ。经RNA-seq等分析发现,玉米LEC1家族基因具有组织特异性,响应非生物胁迫。启动子分析发现,玉米LEC1基因启动子上含有响应激素和非生物胁迫的顺式作用元件。     

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。     

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。     

ARF、Aux／IAA和生长素受体对基因表达的调控

本文阐述了ARF和Aux／IAA的作用机制,分析了生长素受体及泛素介导的蛋白质降解途径,概括了生长素调控的基因表达模式。     

基于转录组的百香果ARF基因家族的鉴定及表达分析

基于转录组数据对百香果ARF基因家族(PeARFs)进行鉴定,利用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、保守结构域、保守基序、系统进化情况,同时比较了它们在‘福建3号’(黄果)和‘福建1号’(紫果)不同果实成熟阶段的表达差异.共鉴定得到13个PeARF成员,其编码的蛋白质含有365～970个氨基酸,分子质量约为39.95～106.33 ku,等电点为5.40～8.94.保守结构域分析结果显示,所有PeARF蛋白质均具有典型的B3和Auxin-resp结构域,仅4个成员(PeARF6、PeARF8、PeARF12、PeARF13)具有Aux/IAA结构域.保守基序分析表明,PeARFs共包含15个保守基序,每个成员包含保守基序类型和数目不同.亚细胞定位预测结果显示,13个PeARFs均定位于细胞核.系统进化分析结果显示,PeARFs蛋白可分为4个亚家族.13个PeARFs基因在果实不同发育期呈现一定的时间和品种表达特异性,其中PeARF1、PeARF6、PeARF7、PeARF8和PeARF10在两品种中的表达均随着果实的成熟而下降,而PeARF12则随着果实的成熟而上升.本研究表明PeARFs家族中的部分成员可能与果实的成熟密切相关,结果可为进一步揭示百香果ARF基因的功能提供依据.     

结球甘蓝AUX/IAA家族基因BoIAA2与BoIAA19的克隆与表达分析

为了探究AUX/IAA家族基因在结球甘蓝叶片与茎尖发育过程中的功能,筛选出对甘蓝叶片与茎尖发育具重要影响的相关AUX/IAA基因。试验以结球甘蓝品系"519"为材料,通过对莲座期叶片与茎尖,结球期叶片与茎尖的转录组比较分析,筛选出在两个组织中均表达差异显著的2个AUX/IAA基因,分别为BoIAA2与BoIAA19。采用PCR技术分别获得基因BoIAA2与BoIAA19的编码序列,其CDS(coding sequence)全长分别为519 bp、585 bp,编码172、194个氨基酸;进一步序列分析发现BoIAA2、BoIAA19分别与大白菜BrIAA2、油菜BnIAA19氨基酸同源相似性均达99%,且均具有AUX/IAA蛋白的DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ特异性结构域。利用荧光定量PCR分析表明BoIAA2和BoIAA19在叶片、茎尖中的表达量均呈现出结球期高于莲座期的变化趋势,与转录组分析结果相符;对其结合蛋白基因BoTIR1和BoARF8进行表达分析,结果显示二者与BoIAA2、BoIAA19在叶片、茎尖中不同时期的表达量变化趋势一致;由此,推测BoIAA2和BoIAA19可能通过与BoTIR1和BoARF8的结合影响生长素信号转导,进而调控结球甘蓝叶片及茎尖的生长发育。     

Cbfa1基因结构与功能分析

核结合因子α1（cbfa1）是runt结构域基因家族的重要成员之一,编码一个成骨细胞特异性转录因子,调控成骨细胞发育、分化和骨的形成。cbfa1基因含8个外显子,但它的多个外显子存在选择性剪接,产生多样cbfal的异构体,具有不同的转录激活潜能。多条信号传导通路参与到cbfal的活性或表达的调控。本文主要从cbfa1基因的结构、功能、表达调控以及基因功能的影响因子等方面进行了综述。     

高粱SbNAC0584基因克隆与表达分析

NAC转录因子是植物体特有且在调控植物生长发育、抵抗逆境胁迫等方面具有重要生物功能的转录调控因子。本研究从高粱中克隆得到一个受逆境胁迫诱导表达的NAC家族基因,系统进化分析结果表明该基因与玉米Zma NAC0584亲缘关系最近,故将其命名为SbNAC0584;SbNAC0584基因全长929 bp,编码290个氨基酸,氨基酸序列比对结果表明SbNAC0584蛋白N-末端具有典型的NAC保守结构域,C-末端为序列高度多样性的转录调控结构域。采用实时荧光定量PCR技术分析SbNAC0584基因对不同非生物逆境胁迫的应答模式,结果表明SbNAC0584受NaCl、脱水、PEG胁迫和植物激素ABA诱导表达上调,推测SbNAC0584在高粱非生物胁迫应答过程中发挥重要作用;组织特异性表达分析结果表明SbNAC0584在高粱旗叶和根中表达量相对较高。本研究为深入研究SbNAC0584的抗逆生物学功能奠定基础。