玉米WRKY 转录因子非生物胁迫的表达分析

WRKY蛋白是一类植物特异的转录因子家族,在植物响应病害及非生物胁迫中起重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到3个WRKY家族基因序列(ZmWRKY14-like、ZmWRKY25-like、ZmWRKY62-like),预测表明3个蛋白都定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,3个基因在玉米的不同器官中都有表达,但具有组织表达特异性。ZmWRKY14-like和ZmWRKY62-like在幼果中的表达量均显著高于在其他组织中的表达量,ZmWRKY25-like基因在叶、穗丝和幼果中的表达量高于在其他组织中的表达量。盐胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达,ZmWRKY62-like基因呈下调表达;干旱胁迫下,ZmWRKY62-like基因出现下调表达;低温胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达。结果表明,ZmWRKY25-like可能参与了植物对盐和低温胁迫的响应,ZmWRKY62-like基因则可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。     

玉米ZmWRKY41基因克隆及转录激活验证

[目的]干旱是影响作物生长发育及产量的重要因素。植物WRKY转录因子超家族在植物的生长发育、响应逆境胁迫过程中发挥着重要作用。因此,克隆分析玉米WRKY转录因子的序列特征和功能,为研究玉米耐逆分子育种提供重要抗逆基因资源。[方法]本研究以玉米自交系B73为材料提取玉米总RNA反转录cDNA,克隆、分离获得ZmWRKY41基因编码区全长序列。DNAMAN比对发现,ZmWRKY41蛋白具有保守结构域WRKYGQK和锌指结构域(zinc-finger motif)C2HC,属于第三类WRKY转录因子家族。利用生物信息学方法研究该基因蛋白质理化性质,并对其进行结构分析预测。利用PlantCARE在线工具预测、鉴定ZmWRKY41基因启动子区是否含有响应非生物胁迫的顺式作用元件。将ZmWRKY41基因编码区全长序列构建pGBKT7诱饵载体上,与GAL4DNA结合域融合,转化酵母菌株AH109验证ZmWRKY41转录因子转录激活活性。[结果]玉米ZmWRKY41基因编码区全长774bp,含有长度分别为221bp、126bp、427bp 3个外显子,共编码257个氨基酸序列。蛋白质高级结构预测发现,ZmWRKY41蛋白包含2个α-螺旋结构和5个β-折叠结构,不含跨膜结构和信号肽。ZmWRKY41基因启动子元件预测发现,该启动子中含有干旱胁迫(CGGTCA)、热胁迫(AAAAAATTTC)、低温胁迫(CCGAAA)等非生物逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。酵母转录激活验证实验显示,将含有pGBKT7-ZmWRKY41融合表达载体转化酵母AH109菌株,能在单缺、三缺培养基正常生长且能使α-半乳糖苷酶底物分解显蓝色,表明ZmWRKY41基因具有转录激活活性。[结论]玉米ZmWRKY41基因是WRKY转录因子基因家族成员之一,在酵母体内具有转录激活活性,可能参与响应非生物逆境胁迫,为进一步研究该转录因子调控非生物逆境胁迫奠定基础。     

玉米WRKY基因功能分析

[目的]分析WRKY基因在玉米生长发育及逆境胁迫下的功能,为阐明WRKY家族基因在玉米生长和逆境响应机制中的功能和作用打下基础.[方法]利用生物信息学技术从玉米基因组中得到3个进化关系较近的WRKY基因,应用在线预测软件对3个基因的功能和结构进行分析,并运用荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)分析3个基因在玉米不同组织及在高盐、低温和干旱胁迫下的表达模式.[结果]从玉米基因组中得到ZmWRKY22-like、ZmWRKY55-like和ZmWRKY74-like 3个玉米WRKY转录因子家族基因,预测表明3个蛋白均定位于细胞核.荧光定量PCR分析结果表明,3个基因在玉米的不同器官中均有表达,但具有组织表达特异性.高盐处理24 h,ZmWRKY55-like基因的表达量上升为对照的4.5倍;低温处理24 h,ZmWRKY74-like基因的表达量上升为对照的2.1倍.[结论]ZmWRKY22-like、ZmWRKY55-like和ZmWRKY74-like基因可能在玉米果实发育过程中起到一定作用,其中ZmWRKY55-like和ZmWRKY74-like基因可能分别参与植物对盐和低温胁迫的响应.     

3个玉米WRKY转录因子在非生物胁迫下的表达分析

为进一步研究WRKY转录因子在玉米生长发育及逆境胁迫过程中的作用,通过生物信息方法,从玉米基因组中得到3个同源性较高的WRKY家族基因:ZmWRKY1-like、ZmWRKY4-like、ZmWRKY21-like。同时,采用荧光定量PCR技术分析这3个基因在玉米不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,3个基因在玉米的不同器官中都有表达,但具有组织表达特异性。200mol/L NaCl胁迫处理后,ZmWRKY21-like基因呈上调表达;200g/L PEG6000胁迫处理后,ZmWRKY1-like基因出现下调表达;4℃低温胁迫下,3个基因的表达都没有出现显著变化。上述结果表明,ZmWRKY1-like和ZmWRKY21-like基因可能分别参与玉米植株对干旱和盐胁迫的响应。     

玉米ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like基因在非生物胁迫下的表达

为探明WRKY家族基因ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息方法从玉米基因组中得到ZmWRKY53-like与ZmWRKY67-like 2个WRKY家族基因,利用荧光定量PCR技术分析其在玉米自交系B73不同组织中及在盐、干旱和低温胁迫下的表达水平。结果表明:2个基因在玉米根、茎、叶、穗、幼果和穗丝中均有表达,具有组织表达特异性,在幼果中表达量显著高于其他组织,在穗丝中表达量最低。在盐胁迫下,ZmWRKY67-like基因呈上调表达;在低温胁迫下,ZmWRKY53-like基因呈上调表达;在干旱胁迫下,2个基因都呈下调表达模式。ZmWRKY67-like基因参与了植物对盐和干旱胁迫的响应,ZmWRKY53-like参与了植物对干旱和低温胁迫的响应。     

植物WRKY转录因子在非生物胁迫下的研究进展

WRKY转录因子家族是高等植物十大转录因子家族之一,在植物逆境胁迫响应中发挥了重要作用。综述了植物中WRKY转录因子在非生物胁迫下的功能,主要包括温度胁迫(高温胁迫和低温胁迫)、水分胁迫(干旱胁迫)和盐胁迫等胁迫下的研究进展。     

耧斗菜WRKY转录因子家族生物信息学分析及抗盐基因筛选

为挖掘耧斗菜属植物WRKY的抗盐基因奠定理论基础,通过转录组数据分析,鉴定WRKY转录因子,并对家族成员进行生物信息学分析。结合表达模式对其功能进行分析,结果表明：从欧耧斗菜中鉴定出35个WRKY转录因子,根据WRKY七肽的数量和锌指结构特点可分为3亚族,每组成员分别有8、24、3个;其编码蛋白质氨基酸数为173～797个,分子量为19 902.13～87 973.25,均为亲水性蛋白,其中有1个稳定蛋白;亚细胞定位结果均在细胞核中。结合系统进化树,从14个差异显著表达的AvWRKY基因中,筛选出与已知抗盐的WRKY基因亲缘关系近的4个基因(AvWRKY3、AvWRKY7、AvWRKY16、AvWRKY34),作为在耧斗菜响应盐胁迫中发挥重要作用的候选基因。     

植物WRKY转录因子在非生物胁迫下的研究进展

WRKY转录因子家族是高等植物十大转录因子家族之一,在植物逆境胁迫响应中发挥了重要作用。综述了植物中WRKY转录因子在非生物胁迫下的功能,主要包括温度胁迫(高温胁迫和低温胁迫)、水分胁迫(干旱胁迫)和盐胁迫等胁迫下的研究进展。     

基于全长转录组的蚕豆WRKY基因家族分析及耐盐胁迫相关候选基因挖掘

WRKY基因是植物特有的转录因子基因,能够调控植物的生长发育和胁迫响应。为了鉴定蚕豆WRKY基因家族成员,揭示其进化关系并挖掘与盐胁迫相关的候选WRKY基因,本研究在完成蚕豆全长转录组测序(9个样品)和二代转录组测序(27个样品)的基础上,利用生物信息学方法对WRKY转录因子基因进行鉴定与分析,并通过拟南芥同源基因比对挖掘盐胁迫相关的候选VfWRKY基因。结果表明,蚕豆全长转录组测序共获得53.84 Gb数据量,通过比对和校正最终获得58 885条转录本序列信息;基于蚕豆全长转录组共鉴定出113个WRKY家族成员,氨基酸数目为153～737 aa,等电点为4.84～9.87,113个WRKY家族蛋白质全部定位于细胞核中;根据拟南芥WRKY家族系统发育特征,VfWRKY基因家族可分为3组,分别为group 1(38个VfWRKY)、group 2(61个VfWRKY)、group 3(14个VfWRKY);Motif 1和Motif 3是VfWRKY基因家族的特征基序,并对应WRKY保守结构域,在进化过程中较为保守;VfWRKY基因家族主要富集在植物MAPK信号通路、植物与病原菌相互作用...     

甜樱桃砧木PcWRKY71基因克隆及表达分析

为研究甜樱桃砧木WRKY71转录因子的功能及其对非生物胁迫和激素处理的响应,本研究克隆了甜樱桃砧木‘Gisela 6’的PcWRKY71基因序列,序列分析表明PcWRKY71完整开放阅读框为1 014 bp,编码337个氨基酸,含有1个WRKY保守结构域和1个C₂H₂锌指结构域,属于WRKY基因家族第Ⅱ类成员。生物信息学分析推测PcWRKY71编码蛋白分子量为37.41 kDa,理论等电点为6.72,属于不稳定的亲水性蛋白,定位于细胞核上,与甜樱桃和樱花的亲缘关系最近。荧光定量分析结果表明,PcWRKY71基因表达受干旱、盐害和低温胁迫诱导及激素SA和MeJA影响,说明PcWRKY71转录因子对甜樱桃砧木应答非生物胁迫和激素处理起着重要作用。     

异源表达玉米ZmWRKY114基因增强拟南芥对盐胁迫的敏感性

WRKY转录因子参与调控植物对各种非生物胁迫的应答反应。从玉米中分离得到一个响应高盐胁迫的WRKY基因,将其命名为ZmWRKY114。亚细胞定位实验表明ZmWRKY114定位于细胞核内且和ZmCaM2可以发生相互作用。为进一步研究ZmWRKY114基因的生物学功能,将ZmWRKY114基因构建到植物表达载体pCAMBIA1301上,并采用农杆菌转化法转化拟南芥,扩繁后对T3代转基因拟南芥进行了耐盐性试验。结果表明,转基因株系的绿苗率在高盐胁迫条件下显著低于野生型拟南芥,并且高盐胁迫对转基因拟南芥的主根抑制程度更大。同时,ZmWRKY114在拟南芥中的异源过表达还可以导致丙二醛的积累和相对电解质渗透率的增加,从而使转基因植物对盐胁迫的耐受性显著降低。上述结果表明ZmWRKY 114基因可能是盐胁迫反应的负调控因子。     

植物WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子是一个大的植物转录因子家族。该转录因子家族最显著的特征是家族各成员至少包含一个WRKY结构域,该结构域的N-端有一个高度保守的WRKYGQK基序,C-端为一个锌指类似结构域(zinc-finger-like motif),一般组成为C-X_(4-5)-C-X_(22-23)-H-X-H。WRKY转录因子通过WRKY结构域与下游目标基因启动子区的W-box进行特异性结合从而调控目标基因的表达。研究表明,WRKY蛋白除了广泛参与植物种子萌发与休眠、叶片衰老、代谢、激素信号转导外,还参与生物和非生物胁迫等生理生化反应过程的调控等新功能。综述了国内外有关WRKY转录因子的研究进展,讨论了其在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫过程中发挥的调控功能,以期为全面研究WRKY转录因子家族的结构和功能提供新的观点。     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

细叶百合DREB转录因子生物信息学及胁迫应答表达分析

DREB转录因子是AP2/ERF家族的主要成员，在植物应对非生物胁迫中发挥重要作用。目前还没有针对细叶百合DREB转录因子家族的系统分析。本研究基于细叶百合(根、茎、叶)转录组数据筛选出12个DREB转录因子，命名为LpDREB1-LpDREB12,并对其进行生物信息学及不同组织在胁迫下的表达模式分析。结果表明，细叶百合DREB蛋白多为不稳定蛋白且具有一定亲水性，α螺旋和无规则卷曲是蛋白二级结构的主要组成部分。系统进化分析显示，12个细叶百合DREB转录因子同61个拟南芥DREB转录因子聚类到一起，说明细叶百合和拟南芥DREB家族成员具有较高的保守性。表达模式分析表明，在干旱、盐、低温及脱落酸胁迫下12个细叶百合DREB基因的表达均有组织特异性。研究结果丰富了细叶百合DREB基因数据库，为挑选优质抗逆基因提供了理论依据。     

栀子AP2基因家族成员鉴定及其在盐胁迫下的表达模式

栀子耐干旱、耐瘠薄,适应性强。AP2/ERF(APETALA2/乙烯反应元件结合因子)基因家族成员在调控植物胁迫中起着关键作用,分析AP2转录因子家族成员对探究栀子耐盐机制具有重要意义。基于全基因组数据,鉴定栀子AP2基因家族成员并进行理化性质和系统发育分析,明确栀子在不同浓度盐胁迫下的表达模式。结果表明：在栀子中鉴定出113个AP2基因家族成员,所编码蛋白平均分子质量为26 323.08 u,等电点为4.51～10.2,脂肪指数为30.47～71.02,蛋白不稳定且亲水;蛋白二级结构以无规则卷曲(54.82%)为主,大部分定位在细胞核中,AP2和DREB亚家族成员定位在细胞质中的概率较大;AP2基因家族成员分属AP2(11个)、DREB(38个)、RAV(1个)和ERF(63个)亚家族;AP2基因家族成员进化的主要动力是纯化选择;大部分AP2基因家族成员的基因复制类型属于分散复制或片段重复;AP2基因家族成员启动区域中含有较多G-box、ABRE和CAT-box顺式作用元件;ERF亚家族成员Ⅹ类基因GjERF19、GjERF21和GjERF46积极响应盐胁迫,这3个基因将为栀子盐胁迫...     

拟南芥 WRKY 基因家族应答非生物胁迫基因的鉴定1）

WRKY转录因子家族是植物特有的一类转录因子家族,在植物生长发育和应答各种胁迫反应过程中起重要作用。为筛选和鉴定植物抗逆关键基因,以拟南芥（ Arabidopsis thaliana） WRKY家族基因为研究对象,从数据库中搜索到72个拟南芥WRKY基因,通过生物信息学分析,根据其结构特点,可将其分为3大类：GroupI、GroupII和GroupIII。其中,GroupII又可分为5个亚类：IIa、IIb、IIc、IId和IIe。用实时定量RT－PCR筛选出30个应答盐胁迫的基因,其中上调表达的23个,下调表达的7个。     

南方型紫花苜蓿叶片盐胁迫应答转录因子鉴定与分析

以南方型紫花苜蓿‘Millennium’为材料,以正常培养（WT_CK2）和250 mmol·L-1 NaCl胁迫下72 h时（WT_N2）条件下的2个样品叶片进行转录组分析,鉴定紫花苜蓿叶片盐胁迫应答转录因子基因。同时随机挑选4个转录因子差异表达基因进行实时荧光定量qRT PCR验证RNA Seq结果的可靠性。紫花苜蓿叶片在250 mmol·L-1 NaCl胁迫下72 h时,检测到表达量差异达到2倍以上的基因共7 497个,其中包括隶属于46个转录家族474个转录因子在盐胁迫下的差异表达,上调242个,下调232个。bHLH,NAC,WRKY和C2H2转录家族成员基因70%以上表达上调。实时荧光定量PCR分析表明4个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。此外,还发现大量紫花苜蓿盐胁迫应答的转录因子候选基因如MsERF110,MsERF071,MsbHLH36,MsZFP,MsHSFB 3,MsMYB,MsNAC和MsWRKY等。同时,也揭示了紫花苜蓿叶片对盐胁迫响应可能是多种转录因子家族共同参与的应答过程。     

樱桃砧木PcWRKY1基因的克隆与表达分析

WRKY转录调控因子广泛参与植物的生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等生理过程。为明确干旱和盐等非生物胁迫对樱桃砧木PcWRKY1基因表达的影响,本研究利用RT-PCR技术克隆了樱桃砧木Gisela 6(Prunus cerasus×Prunus canescens)的WRKY基因c DNA序列,命名为PcWRKY1(Gen Bank登录号为KY399985)。序列分析结果表明,PcWRKY1完整开放阅读框为1 461 bp,编码486个氨基酸,编码的蛋白质含有2个WRKY保守结构域和2个C2H2锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅰ类成员。qRT-PCR分析PcWRKY1在200 mmol甘露醇和200 mmol NaCl胁迫下的表达情况,结果显示,甘露醇和Na Cl均能诱导PcWRKY1基因表达,推测PcWRKY1基因在应对干旱和盐2种非生物胁迫方面可能具有重要作用。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

甜菜WRKY转录因子全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】WRKY转录因子是一类植物响应生物、非生物胁迫,对生长发育都起重要调控作用的转录因子。在甜菜全基因组信息分析的基础上,鉴定WRKY家族基因(Bv WRKYs),解析其组织特异性及盐、热胁迫下的表达情况,为该类基因的功能研究提供参考,为观赏甜菜和石竹目其他观赏植物的基因工程打下基础。【方法】以75条拟南芥WRKY蛋白为参考,根据WRKY保守蛋白序列(PF03106)利用hmm和BLAST同源性搜索对甜菜WRKY家族基因进行鉴定。利用Map Inspect、GSDS2.0、MEGA5.0、DNAMAN5.0、Web Logo 3、MEME生物信息学工具对甜菜WRKY家族基因染色体定位、系统发生关系、基因结构、蛋白质保守结构域、保守元件进行预测和分析。利用RNA-seq和q RT-PCR分析甜菜WRKY组织表达特异性,盐胁迫、热胁迫条件下WRKY表达情况。【结果】甜菜WRKY家族基因包含40个成员,其中39条不均匀地分布在9条染色体上,另外1条定位到随机片段上。根据WRKY保守域特征并与拟南芥WRKY蛋白进化分析,可将40个成员分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3类,Ⅰ类有9个成员,Ⅱ类有26个成员,Ⅲ类有5个成员。根据进化关系Ⅱ类可进一步分为Ⅱa(1个)、Ⅱb(4个)、Ⅱc(9个)、Ⅱd(5个)和Ⅱe(7个)5个亚类。基因结构分析发现,甜菜WRKY外显子和内含子数目具有高变异性(2—7个外显子),即使同一亚类内也都差异较大。保守元件分析显示同一类或亚类内成员具有相同的保守元件。WRKY保守域分析发现2个WRKY七肽域变型:WRKYGKK和WRKYGEK。每个WRKY至少在2个组织中表达,30个WRKY在叶中表达,40个WRKY在花序中均有表达,36个WRKY在幼叶中有表达,38个WRKY在直根中有表达,39个WRKY在幼苗中有表达,36个WRKY在种子中有表达。各WRKY表达量差异较大,可分为低表达、高表达基因两类,如Bv WRKY23、Bv WRKY3、Bv WRKY11、Bv WRKY7、Bv WRKY6、Bv WRKY26、Bv WRKY4、Bv WRKY40、Bv WRKY24、Bv WRKY2和Bv WRKY28在各组织中均有较高表达,而Bv WRKY38、Bv WRKY13、Bv WRKY36、Bv WRKY35、Bv WRKY5和Bv WRKY34在各组织中均表达较低。热胁迫条件下Bv WRKY16、Bv WRKY21、Bv WRKY20、Bv WRKY22、Bv WRKY32、Bv WRKY33和Bv WRKY34上调表达;盐胁迫条件下Bv WRKY1、Bv WRKY6、Bv WRKY19、Bv WRKY31和Bv WRKY33呈现不同程度上调表达;Bv WRKY33对热、盐2种胁迫均有明显响应。【结论】甜菜WRKY蛋白结构高度保守,基因序列长度和内含子数量变化很大,在不同组织中呈现出多种表达模式,部分WRKY响应热或盐胁迫,对甜菜逆境生理调控起重要作用。