苦荞ARF基因家族的鉴定及生长素诱导下的表达模式
发布时间：2021-02-09 00:42
【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...
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(23)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
外源激素IAA处理7 d后苦荞幼苗的生长情况及细胞学观察
图6 外源激素IAA处理7 d后苦荞幼苗的生长情况及细胞学观察作为最广泛的植物激素，生长素对植株的生长发育具有重要作用。TIWARI等[37-39]研究发现，生长素以浓度依赖的方式调节植物的生长发育。当生长素浓度低时，Aux/IAA抑制子与ARF转录因子相结合，抑制ARF的活性，当生长素浓度提高时，Aux/IAA被泛素化，ARF转录因子变为有活性的形式，激活或抑制下游基因的表达。CHENG等[40]发现拟南芥特定组织中生长素合成缺陷会造成突变体顶端优势丧失、株高下降、叶片扭曲等发育缺陷，对植株形态产生重要影响。同时，拟南芥At ARF19受到外源生长素和乙烯的诱导，外源生长素浓度会影响mi R390的表达，从而影响At ARF4介导的侧根形成[41]。可见，生长素的含量和分布对植株形态建成具有重要影响，因此，研究与生长素含量变化相关的基因，对解析植物生长发育具有指导作用。本研究使用0.5 mg·L-1 IAA处理苦荞幼苗，不同的材料表现出不同的生长状态，PI658429下胚轴变短，其余材料下胚轴呈现出增长趋势，王红飞等[42]研究发现下胚轴伸长与细胞伸长直接相关，本研究对其下胚轴纵向切片发现，PI658429生长素处理后，细胞长度变短，其余材料细胞均伸长，因此推测4份材料在生长素处理后表现出不同的表型变化主要是由于细胞长度变化引起的。在生长素处理0.5 h时，大多数下胚轴特异表达的Ft ARFs基因表达量上调，在处理前期（0.5—1 h）表达量升高，处理后期表达量降低，盛慧等[43]使用生长素处理黄瓜幼苗发现，ARF基因的表达受到IAA的正调控。LIU等[25]对苦荞ARF研究发现在不同的组织和器官中，Ft ARFs基因的转录丰度变化很大，且具有组织特异性表达，外源NAA处理试验表明Ft ARFs基因在果实发育过程中对生长素正响应。同时WALLER等[44]也研究发现外源生长素在15—30 min内上调Os ARF1 m RNA的稳态水平。因此，推测Ft ARFs基因在响应IAA信号诱导苦荞下胚轴伸长中发挥作用。但是发现虽然大多数Ft ARFs基因对外源生长素处理有反应，但生长素响应元件仅存在于其中5个Ft ARFs基因的启动子区，因此，Ft ARFs基因受生长素诱导的机制有待进一步阐明。
为了充分揭示苦荞ARF基因家族的进化关系，选取拟南芥、水稻、甜荞、甜菜和大豆，6个物种共114个ARF蛋白构建系统进化树（图3）。聚类分析显示，共分为4个类群（GroupⅠ—GroupⅣ），分别含有38、15、38和23个成员，然而不同类群的蛋白在功能上可能存在一定差异，其中，苦荞Ft ARFs在4个类群中均有分布，如在GroupⅠ中包含8个成员（Ft ARF1、Ft ARF3、Ft ARF5、Ft ARF10、Ft ARF11、Ft ARF12、Ft ARF20和Ft ARF22),GroupⅡ中包含3个成员（Ft ARF9、Ft ARF17和Ft ARF23),GroupⅢ中包含10个成员（Ft ARF2、Ft ARF4、Ft ARF6、Ft ARF8、Ft ARF13、Ft ARF14、Ft ARF16、Ft ARF18、Ft ARF24和Ft ARF25),GroupⅣ中包含5个成员（Ft ARF7、Ft ARF15、Ft ARF19、Ft ARF22和Ft ARF26）。同时发现有18个苦荞ARF成员与甜荞ARF高度同源。在GroupⅠ中，拟南芥At ARF12—At ARF15、At ARF20—At ARF23成员单独聚在一个分支上，在其他5个物种中，均未发现与其高度同源的序列。图2 苦荞ARF家族的系统发育树、保守结构域和基因结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]北方旱地荞麦抗倒栽培技术研究[J]. 郭志利,孙常青. 杂粮作物. 2007(05)
[2]生长素调控植物株型形成的研究进展[J]. 王冰,李家洋,王永红. 植物学通报. 2006(05)
[3]植物矮化突变体的激素调控[J]. 虞慧芳,曹家树,王永勤. 生命科学. 2002(02)
本文编号：3024761
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(23)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
外源激素IAA处理7 d后苦荞幼苗的生长情况及细胞学观察
图6 外源激素IAA处理7 d后苦荞幼苗的生长情况及细胞学观察作为最广泛的植物激素，生长素对植株的生长发育具有重要作用。TIWARI等[37-39]研究发现，生长素以浓度依赖的方式调节植物的生长发育。当生长素浓度低时，Aux/IAA抑制子与ARF转录因子相结合，抑制ARF的活性，当生长素浓度提高时，Aux/IAA被泛素化，ARF转录因子变为有活性的形式，激活或抑制下游基因的表达。CHENG等[40]发现拟南芥特定组织中生长素合成缺陷会造成突变体顶端优势丧失、株高下降、叶片扭曲等发育缺陷，对植株形态产生重要影响。同时，拟南芥At ARF19受到外源生长素和乙烯的诱导，外源生长素浓度会影响mi R390的表达，从而影响At ARF4介导的侧根形成[41]。可见，生长素的含量和分布对植株形态建成具有重要影响，因此，研究与生长素含量变化相关的基因，对解析植物生长发育具有指导作用。本研究使用0.5 mg·L-1 IAA处理苦荞幼苗，不同的材料表现出不同的生长状态，PI658429下胚轴变短，其余材料下胚轴呈现出增长趋势，王红飞等[42]研究发现下胚轴伸长与细胞伸长直接相关，本研究对其下胚轴纵向切片发现，PI658429生长素处理后，细胞长度变短，其余材料细胞均伸长，因此推测4份材料在生长素处理后表现出不同的表型变化主要是由于细胞长度变化引起的。在生长素处理0.5 h时，大多数下胚轴特异表达的Ft ARFs基因表达量上调，在处理前期（0.5—1 h）表达量升高，处理后期表达量降低，盛慧等[43]使用生长素处理黄瓜幼苗发现，ARF基因的表达受到IAA的正调控。LIU等[25]对苦荞ARF研究发现在不同的组织和器官中，Ft ARFs基因的转录丰度变化很大，且具有组织特异性表达，外源NAA处理试验表明Ft ARFs基因在果实发育过程中对生长素正响应。同时WALLER等[44]也研究发现外源生长素在15—30 min内上调Os ARF1 m RNA的稳态水平。因此，推测Ft ARFs基因在响应IAA信号诱导苦荞下胚轴伸长中发挥作用。但是发现虽然大多数Ft ARFs基因对外源生长素处理有反应，但生长素响应元件仅存在于其中5个Ft ARFs基因的启动子区，因此，Ft ARFs基因受生长素诱导的机制有待进一步阐明。
为了充分揭示苦荞ARF基因家族的进化关系，选取拟南芥、水稻、甜荞、甜菜和大豆，6个物种共114个ARF蛋白构建系统进化树（图3）。聚类分析显示，共分为4个类群（GroupⅠ—GroupⅣ），分别含有38、15、38和23个成员，然而不同类群的蛋白在功能上可能存在一定差异，其中，苦荞Ft ARFs在4个类群中均有分布，如在GroupⅠ中包含8个成员（Ft ARF1、Ft ARF3、Ft ARF5、Ft ARF10、Ft ARF11、Ft ARF12、Ft ARF20和Ft ARF22),GroupⅡ中包含3个成员（Ft ARF9、Ft ARF17和Ft ARF23),GroupⅢ中包含10个成员（Ft ARF2、Ft ARF4、Ft ARF6、Ft ARF8、Ft ARF13、Ft ARF14、Ft ARF16、Ft ARF18、Ft ARF24和Ft ARF25),GroupⅣ中包含5个成员（Ft ARF7、Ft ARF15、Ft ARF19、Ft ARF22和Ft ARF26）。同时发现有18个苦荞ARF成员与甜荞ARF高度同源。在GroupⅠ中，拟南芥At ARF12—At ARF15、At ARF20—At ARF23成员单独聚在一个分支上，在其他5个物种中，均未发现与其高度同源的序列。图2 苦荞ARF家族的系统发育树、保守结构域和基因结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]北方旱地荞麦抗倒栽培技术研究[J]. 郭志利,孙常青. 杂粮作物. 2007(05)
[2]生长素调控植物株型形成的研究进展[J]. 王冰,李家洋,王永红. 植物学通报. 2006(05)
[3]植物矮化突变体的激素调控[J]. 虞慧芳,曹家树,王永勤. 生命科学. 2002(02)
本文编号：3024761
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