苹果生长素响应因子MdARF5的克隆与功能鉴定

【目的】分离苹果生长素响应因子MdARF5（Auxin Response Factor 5）,分析其对生长素的响应,鉴定其在调节花青苷合成过程中的作用,揭示MdARF5的生物学功能,为进一步研究生长素对花青苷的调节提供理论依据。【方法】以‘嘎拉’苹果（Malus×domestica ‘Royal Gala’）为材料,利用同源克隆技术,克隆得到一个ARF（Auxin Response Factor）转录因子,并将其命名为MdARF5。利用MEGA5.0软件构建多物种间系统进化树。通过农杆菌介导的遗传转化获得转基因苹果愈伤组织。比较野生型和转基因苹果愈伤组织花青苷积累的差异。利用烟草叶片瞬时转化试验,分析MdARF5对MdMYB1的转录调控。【结果】克隆获得苹果生长素响应因子MdARF5（序列号：MDP0000143749）,该基因CDS为2 691 bp,编码含有896个氨基酸的蛋白。系统进化树分析表明,苹果MdARF5与梨PbARF5同源性最高。基因表达分析显示,该基因响应生长素处理,并且与花青苷合成相关基因表现出相反的表达模式。在苹果愈伤组织中超表达MdARF5,其花青苷积累较野生型显著降低,表明MdARF5在调控花青苷积累过程中发挥重要作用。对苹果MdMYB1启动子序列进行分析,发现其序列包含一个MdARF5的结合位点。烟草瞬时表达试验显示,MdARF5能够抑制MdMYB1的表达。【结论】推测苹果MdARF5可能通过直接抑制MdMYB1的表达负调节花青苷的积累。     

苹果果实大小相关的ARF-Aux/IAA互作组合筛选

【目的】通过转录组学和生物信息学,在苹果全基因组中对可能互作的MdARF和MdIAA进行鉴定,为明确相关基因功能和解析生长素调控苹果果实大小的分子机理奠定基础。【方法】对野生大果型‘皇家嘎啦’和miRNA172p过表达的转基因小果型‘皇家嘎啦’进行不同发育时期和不同组织材料的转录组测序,对测序结果进行基因的功能注释及差异表达分析。利用转基因小果和野生型大果的转录组数据,筛选在果实发育中表达的苹果MdARFs和MdIAAs基因家族成员,通过逐一在两个家族间计算基因时空表达的相关系数,筛选可能互作的MdARF-MdIAA组合,将从拟南芥基因组中下载的23个ARFs和34个Aux/IAAs、番茄基因组中下载的21个ARFs和25个Aux/IAAs,分别与互作候选MdARFs和MdIAAs进行比对,并进一步构建系统发育树。使用MEME和TBtools对苹果候选互作对中的MdARFs和MdIAAs蛋白进行Motif分析。利用STRING蛋白互作预测数据库进行同源映射,构建苹果中的蛋白-蛋白互作网络,进一步的确认候选互作对,最终得到苹果中通过互作参与果实发育可能性最高的MdARF-MdIAA组合。【结果】分别对野生型‘皇家嘎啦’和miR172OX转基因‘皇家嘎啦’盛花期后两周的全果和盛花期后4周的果皮、果肉和果核进行转录组测序,共生成178.19 Gb的数据量,各项指标均表明,3个生物学重复在所有组织类型上均具有高度一致性。在转录组数据中,共鉴定到38个MdARFs和27个MdIAAs在至少一个文库中的FPKM值大于2,在苹果果实发育时期表达。通过计算Pearson相关系数对表达的MdARFs和MdIAAs两两进行相关性分析,其中8对MdARF-MdIAA的相关系数大于0.9或小于-0.9,作为初步筛选的候选互作组合。将8对组合中的MdARFs和MdIAAs分别与拟南芥和番茄中的ARFs和IAAs进行序列比对并构建系统进化树后发现,MdARF6和MdARF19与起转录激活作用的AtARFs同属一个分支。而MdARF2、MdARF4和MdARF9则与起转录抑制作用的AtARFs具有较近的亲缘关系。Motif分析结果显示,候选MdARF、MdIAA蛋白中均包含Motif 2和Motif 5。Motif 2和Motif 5分别对应IAA蛋白中的保守结构域Motif IV和Motif III。互作蛋白在拟南芥中进行同源映射校验后,最终得到两对MdARF-MdIAA组合可用于进一步的功能验证。【结论】苹果MdARF和MdIAA家族成员,在果实发育时期,有8对组合在表达量上存在显著的相关性,进一步同源映射确认互作后,最终确定MdARF4-MdIAA17和MdARF4-MdIAA19两对互作组合,极有可能通过互作传递生长素信号参与调控苹果果实发育。     

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.     

Genome-wide identification and characterization of the JAZ gene family and its expression patterns under various abiotic stresses in Sorghum bicolor

The jasmonate ZIM domain (JAZ) protein belongs to the TIFY ((TIF[F/Y]XG) domain protein) family,which is composed of several plant-speci?c proteins that play important roles in plant growth,development,and defense responses.However,the mechanism of the sorghum JAZ family in response to abiotic stress remains unclear.In the present study,a total of 17 JAZ genes were identi?ed in sorghum using a Hidden Markov Model search.In addition,real-time quanti?cation polymerase chain reaction (RT-qPCR) was ...     

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。     

Versatile physiological functions of the Nudix hydrolase family in berry development and stress response in grapevine

Nudix hydrolases are widely distributed across all classes of organisms and provide the potential capacity to hydrolyze a wide range of organic pyrophosphates. Although Nudix hydrolases are involved in plant detoxification processes in response to abiotic and biotic stresses, the biological functions of Nudix hydrolases remain largely unclear in grapevine.In the present study, a total of 25 putative grapevine Nudix hydrolases(VvNUDXs) were identified by bioinformatics analysis and classified int...     

Genome-wide identification and expression analysis of StPP2C gene family in response to multiple stresses in potato(Solanum tuberosum L.)

The plant protein phosphatase 2Cs(PP2Cs) play an essential role in response to stress and abscisic acid(ABA) signaling pathway. However, to date, no systemic characterization of the PP2Cs has yet been conducted in potato(Solanum tuberosum L.). In the study, a comprehensive research was performed on genome-wide identification and expression analysis of StPP2C genes in potato. A total of 78 potato StPP2C genes were identified based on specific structure of PP2C domain, which were distributed across 11 out of 12 potato chromosomes and divided into 12(A–L) phylogenetic branches. The result from gene duplication analysis showed that 14 StPP2Cs were involved in gene tandem duplication and 8 genes formed fragment duplication events, which indicated that both tandem and fragment duplication contributed to the expansion of the gene family in evolution. Exon–intron structural analysis showed that they had a wide range of exon numbers. Analysis of protein conservative motif demonstrated that StPP2Cs contained more similar motif structures in the same phylogenetic branches. The cis-elements in StPP2C gene promoter regions were mainly responded to light, phytohormone and abiotic stress. Most of them exhibited tissue-specific expression patterns, and some members could differentially express under abiotic stress. The evidence suggested that StPP2C genes may contribute to different functions in several physiological stress and environmental stress conditions. This study could provide new insights to further investigate StPP2C functional characteristics responding to various stresses in potato.     

苹果乙烯响应因子MdERF72对非生物胁迫的响应

【目的】乙烯响应因子（ethylene response factor,ERF）是植物特有的一类转录因子,参与植物根系形成、下胚轴伸长、果实成熟、器官衰老等生长发育过程,在调节植物生物和非生物胁迫反应及果实品质过程中发挥着至关重要的作用。克隆苹果乙烯响应因子MdERF72,通过表达分析和转基因功能分析,研究其在抵御非生物胁迫过程中的功能,为探索MdERF72在植物生长发育过程中的功能提供理论依据。【方法】以‘王林’苹果（Malus×domestica Borkh.）愈伤组织为试材,利用RT-PCR技术克隆MdERF72,利用生物信息学方法分析其编码氨基酸序列组成、蛋白质理化性质、亲缘关系、空间结构等,并利用MEGA5.0构建系统进化树,与拟南芥ERF-B2亚家族进行蛋白序列同源性分析;利用实时荧光定量PCR技术探明其在苹果组织中的表达和果实发育时期的时空表达特征;同时利用实时荧光定量PCR技术检测‘嘎拉’苹果组培苗中MdERF72对ACC、NaCl以及低温的响应;构建基因的过表达载体,通过农杆菌介导的遗传转化获得稳定遗传的过表达苹果愈伤组织;检测NaCl以及低温处理后,野生型和转基因苹果愈伤组织的鲜重、丙二醛含量、电导率、过氧化氢含量以及超氧阴离子含量的差异。【结果】MdERF72位于苹果第13号染色体上,该基因存在1个ERF家族特有的AP2/ERF结构域。进化树分析结果显示,MdERF72与拟南芥AtERF72序列同源性较高,都属于ERFs家族的B2亚家族。氨基酸理化性质分析表明,MdERF72编码253个氨基酸,预测其蛋白质分子量为27.61 kD,等电点（pI）为5.10。另外,亲疏水预测结果显示MdERF72疏水部分大于亲水部分,表明其属于疏水性蛋白。磷酸化位点分析显示,MdERF72只有苏氨酸磷酸化位点,表明该蛋白可能受到磷酸化作用的调控。MdERF72启动子序列中含有与茉莉酸（JA）、生长素及干旱信号相关的顺式作用元件。MdERF72是乙烯正调控转录因子,在苹果的各组织中均有表达,在果实和茎中表达量相对较高;并且在果实中随着果实的成熟,表达量逐渐升高。苹果组培苗中MdERF72的表达明显受到高盐和低温的诱导。过量表达MdERF72的苹果愈伤组织在高盐和低温胁迫处理下,生长势明显比野生型对照强,电导率,丙二醛、过氧化氢、超氧阴离子的含量都低于野生型,表明MdERF72提高了对盐和低温胁迫的抗性。【结论】MdERF72在响应高盐、低温胁迫过程中发挥着重要的正调控作用,过表达MdERF72可以提高苹果愈伤组织对高盐和低温胁迫的抗性。     

A novel long non-coding RNA,DIR, increases drought tolerance in cassava by modifying stress-related gene expression

Cassava is an important tropical cash crop. Severe drought stresses affect cassava productivity and quality, and cause great economic losses in agricultural production. Enhancing the drought tolerance of cassava can effectively improve its yield. Long non-coding RNAs(lncRNAs) are present in a wide variety of eukaryotes. Recently, increasing evidence has shown that lncRNAs play a critical role in the responses to abiotic stresses. However, the function of cassava lncRNAs in the drought response r...     

ABP1参与不同苹果砧木缺铁胁迫的适应性反应

为研究生长素结合蛋白(Auxin binding protein 1ABP1)与不同苹果砧木缺铁胁迫的关系,通过对铁高效/铁低效苹果基因型苹果砧木在不同铁素浓度下abp1的转录和翻译水平进行检测,结果表明:铁高效苹果基因型的abp1的转录和翻译水平明显高于铁低效苹果基因型;进而依托拟南芥的不同类型(生态型、突变体型和突变体恢复型)植株,通过检测它们的缺铁应答相关生理指标和铁吸收转运相关基因表达的变化差异,发现拟南芥abp1的突变引发了根三价铁还原酶活性明显升高,根毛数量明显增加,且IRT1、FRO2和FIT基因明显上调表达。综上结果表明ABP1通过影响生长素运输进而影响了植物缺铁胁迫应答反应。     

Molecular cloning and functional identification of an apple flagellin receptor MdFLS2 gene

The leucine-rich repeat receptor kinase flagellin-sensing 2 gene(MdFLS2; Gene ID: MDP0000254112) was cloned from Royal Gala apple(Malus×domestica Borkh.). This gene contained a complete open reading frame of 3 474 bp that encoded 1 158 amino acids. The phylogenetic tree indicated that Prunus persica FLS2 exhibited the highest sequence similarity to MdFLS2. The PlantCare database suggests that the promoter sequence of MdFLS2 contains several typical cis-acting elements, including ethylene-, gibberellin-, salicylic acid-, and drought-responsive elements. Quantitative real-time PCR analysis showed that MdFLS2 was widely expressed in the different tissues of the apple and most highly expressed in the leaves. Furthermore, MdFLS2 was significantly induced by the flagellin elicitor peptide flg22. Treatment of the apple seedling leaves with flg22 resulted in an increase in leaf callose levels with increased treatment duration. An increase in the production of O~(2–) along with the expression of disease-related genes was also observed. An oxidative burst was detected in the treated seedlings, but not in the control seedlings, indicating that flg22 had stimulated the expression of the MdFLS2 gene and its downstream target genes. Furthermore, the ectopic expression of MdFLS2 complemented the function of the Arabidopsis fls2 mutant and conferred enhanced flg22 tolerance to the transgenic Arabidopsis, suggesting that MdFLS2 acts as a positive regulator in the response to pathogens in apple.     

苹果OFP基因家族的全基因组鉴定与非生物逆境表达分析

【目的】从苹果全基因组中鉴定OFP(OVATE family protein)家族蛋白成员,对其进行基因结构特征、组织表达及非生物逆境等系统分析,为研究苹果OFP的潜在功能提供理论基础。【方法】利用生物信息学手段,在苹果基因组数据库中筛选鉴定OFP基因家族成员;利用MEGA5.0软件进行系统进化树分析;通过Map Draw和GSDS等生物信息学工具分析基因结构及染色体定位;根据已有的苹果芯片数据库结果进行OFP基因表达谱分析;利用实时荧光定量PCR技术检测13个Md OFP的组织表达和诱导表达情况。【结果】苹果OFP基因家族包含28个成员,根据系统进化关系将其分为4组,分别包含13、6、4和5个成员;苹果中13条染色体上均有OFP基因分布,其中第12条染色体最多,有6个Md OFP成员,该基因家族的分布具有广泛性;芯片表达谱分析结果表明该类基因家族在花、果实和叶中的表达量较高,q RT-PCR验证结果较一致;经Na Cl和PEG处理后,苹果根部与地上部呈现出不同程度的响应差异,Na Cl处理明显诱导两组织中Md OFP04和Md OFP20的表达,Md OFP01、Md OFP12和Md OFP18的表达在根部与地上部组织则相反;温度胁迫明显影响Md OFPs的表达量,其中Md OFP04和Md OFP17经高温和低温胁迫处理后均明显上调。【结论】苹果OFP基因家族共有28个成员,分布于13条染色体上,该家族成员呈现出不同的组织表达模式和胁迫响应模式。     

苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1的克隆及功能鉴定

【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨Pb GPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L~(-1)Na Cl、150 mmol·L~(-1)甘露醇、10%PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5%H_2O_2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。     

Identification and expression of the CEP gene family in apple (Malus×domestica)

Plant peptide hormones play important roles in plant growth and development. Among these hormones, the C-TERMINALLYENCODED PEPTIDE(CEP) belongs to a newly found peptide family that regulates root development in Arabidopsis as well as in other species. However, nothing is known about the CEP genes in apple(Malus×domestica, MdCEP). In this study, a total of 27 apple CEP genes were identified through a genome-wide analysis and were phylogenetically divided into three classes(Ⅰ, Ⅱ and Ⅲ). The predicted MdCEP genes were distributed across 10 of 17 chromosomes with different densities. Next, the gene structures and motif compositions of the MdCEP genes were analyzed. Subsequently, the expression analysis suggested that the MdCEP genes were highly activated in roots and that MdCEP23 may play an important role in regulating the growth and development of roots. Moreover, all of the MdCEP genes were responsive to multiple abiotic stresses, indicating that MdCEP genes may be involved with various aspects of physiological processes in apple. Nearly one-third of MdCEP genes had a significant response to low nitrogen treatment. Most of the MdCEP genes were up-regulated under stress, including mannitol, polyethylene glycol(PEG) and abscisic acid(ABA), suggesting that MdCEP genes may be involved in the drought stress response. This study provides insight into the putative functions of the MdCEP genes using a genome-wide analysis of the CEP gene family.     

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.     

苹果WRKY基因家族生物信息学及表达分析

【目的】鉴定苹果（Malus domesticaBorkh.）基因组上132个WRKY基因,为研究苹果WRKY转录因子在非生物和生物胁迫以及生长和发育过程中的调控作用奠定相关理论基础,也为进一步分析苹果WRKY基因提供信息。【方法】利用HMMER 3.0软件,通过WRKY保守域全蛋白序列PF03106用于鉴定苹果WRKY基因。采用WebLogo 3、DNAMAN 5.0、MapInspect、MEME和MEGA5.1等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测苹果WRKY基因的组织表达情况。【结果】鉴定得到132个苹果WRKY基因。分组鉴定和进化树分析结果显示,苹果WRKY蛋白分为I、II和III类型,I组共有24个成员可进一步分为I-C和I-N亚组,其锌指结构是C₂H₂类型（CX₄CX_22-23HXH）。II组含有1个WRKY区域共有79个成员,可进一步分为II-a、II-b、II-c、II-d和II-e亚组,分别有8、12、31、14和14个成员,其锌指结构为C₂H₂类型（CX_4-5CX₂₃HXH）。III组共有29个成员,其锌指结构为C₂HC类型（CX₇CX_23-24HXC）;WRKY结构域分析显示,其高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构;染色体定位分析显示,苹果WRKY分布于苹果17条染色体中,呈不均匀分布。染色体1和9上分布最多,为13个;其次是染色体12,分布12个;染色体2、5和14分布最少,为4个;基因结构分析表明,MdWRKY基因家族多数由2-5个外显子组成,基因结构进化高度保守;保守元件分析表明,MdWRKY基因家族包含10个保守元件：元件1-6为WRKY盒;元件7-10为未知盒。MdWRKY基因家族都包含有WRKY盒,I组中含有2个WRKY盒,II-a和II-b亚组中含有未知元件8,III组中含有未知元件7和9。半定量结果显示,12个MdWRKY均在根、茎、叶、花和果中表达,且呈现出多种相对表达模式。【结论】苹果WRKY基因家族结构高度保守,可能参与调控苹果生长和发育等过程。