euAP2类转录因子在水稻花器官发育中功能的初步研究
发布时间：2021-09-05 07:50
euAP2类转录因子作为一类特殊的AP2/ERF转录因子家族成员,在调节植物开花时间、分生组织活性维持与转化以及花器官属性建成等发育过程中具有重要作用。水稻基因组中共有5个euAP2同源基因,部分成员已被报道参与调控穗分枝、花器官发育、离层发育以及淀粉合成等过程,但是这些euAP2基因在水稻花器官发育调控中功能的协同与分化尚不明确。通过启动子顺式作用元件分析、突变体表型观察以及基因表达模式分析,本研究初步探讨了水稻5个euAP2类转录因子在花器官发育中的作用。结果表明,水稻euAP2家族成员的表达具有特异性,转录水平会因其他成员的缺失而发生改变; euAP2家族突变体的花器官表型不尽相同,仅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1的CRISPR敲除突变体显现明显的花器官异常发育表型,暗示这些基因在调节水稻花器官发育中具有不同的功能。
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
水稻euAP2基因表达水平的分析
图3 水稻euAP2基因表达水平的分析植物AP2/ERF(APETALA2/乙烯响应因子)类转录因子在感受外界环境变化、响应胁迫应激反应、以及调控植物生长发育中发挥着重要功能(ZumajoCardona和Pabón-Mora 2016)。其中,euAP2类基因被报道参与维持花的确定性,建立外轮不育花被和内轮生殖器官之间的边界(Bowman等1991)。在拟南芥中,6个euAP2基因AP2、SNZ、SMZ、TOE1、TOE2和TOE3已相继被确认参与调控开花并决定萼片和花瓣的属性建成(Aukerman和Sakai2003;Yant等2010)。我们的初步研究确认水稻5个euAP2基因在调控小穗和花器官发育中的功能不同。其中,仅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1基因的单突变体具有花器官异常发育的表型,Os AP2-2/OsIDS1基因在‘武运粳七号’背景下突变后未观察到明显的花器官发育异常,暗示可能存在功能冗余;虽然osap2-4突变体花器官发育正常,但表现出其他生长发育的异常(结果未列出),暗示它们的确参与了不同的生长发育调控过程。因此,有必要在后期研究中进一步构建高阶突变体来明确OsAP2-1、OsAP2-2/OsIDS1和OsAP2-4基因在水稻小穗或其他发育过程中的具体作用机制。
通过比对分析发现,在5个基因的启动子区域具有6个保守性较高的基序(图1-A),主要位于靠近起始密码子的5"UTR区域,包括4个富含gC的基序、1个富含CT的基序以及1个富含AT的基序,除OsAP2-4外,这些保守基序大多位于基因的正义链上。为了对启动子调控元件的保守性进行分析,将5个euAP2基因的启动子序列与拟南芥、玉米、大麦、烟草和豌豆等物种中已知的顺式作用元件进行比对,并根据元件的分布频率进行聚类分析,共检测到了19个共有元件和19个特异元件,其中特异元件为OsAP2-1中4个,OsAP2-2中3个,OsAP2-3中6个,Os AP2-4中2个,Os AP2-5中4个。共有元件中包含已知功能的光响应元件g-Box、gT1-motif和Box 4,厌氧诱导必需的抗氧化元件(antioxidant response element,ARE),以及激素响应元件,例如涉及脱落酸反应的脱落酸响应元件(ABA-responsive element,ABRE)以及涉及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)反应的TgACg-motif,这些共有元件可能是euAP2类基因参与水稻开花调节、胁迫响应以及激素响应的调控位点。19个特异元件中,已知的功能多与光信号响应相关,例如OsAP2-1特有的ACA-motif和chs-CMA1a、Os AP2-2的g A-motif、OsAP2-3的TCCC-motif以及Os AP2-5的ATC-motif。此外,Os AP2-3的特异性元件中包括涉及栅栏叶肉细胞分化过程调控的HD-Zip1以及参与防御和应激反应的TC-rich repeats,而OsAP2-4和OsAP2-5则分别具有生长素响应相关元件AuxRR-core和赤霉素响应相关元件TATC-box。2.2 euAP2类转录因子的聚类分析与水稻突变体鉴定
本文编号：3384953
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
水稻euAP2基因表达水平的分析
图3 水稻euAP2基因表达水平的分析植物AP2/ERF(APETALA2/乙烯响应因子)类转录因子在感受外界环境变化、响应胁迫应激反应、以及调控植物生长发育中发挥着重要功能(ZumajoCardona和Pabón-Mora 2016)。其中,euAP2类基因被报道参与维持花的确定性,建立外轮不育花被和内轮生殖器官之间的边界(Bowman等1991)。在拟南芥中,6个euAP2基因AP2、SNZ、SMZ、TOE1、TOE2和TOE3已相继被确认参与调控开花并决定萼片和花瓣的属性建成(Aukerman和Sakai2003;Yant等2010)。我们的初步研究确认水稻5个euAP2基因在调控小穗和花器官发育中的功能不同。其中,仅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1基因的单突变体具有花器官异常发育的表型,Os AP2-2/OsIDS1基因在‘武运粳七号’背景下突变后未观察到明显的花器官发育异常,暗示可能存在功能冗余;虽然osap2-4突变体花器官发育正常,但表现出其他生长发育的异常(结果未列出),暗示它们的确参与了不同的生长发育调控过程。因此,有必要在后期研究中进一步构建高阶突变体来明确OsAP2-1、OsAP2-2/OsIDS1和OsAP2-4基因在水稻小穗或其他发育过程中的具体作用机制。
通过比对分析发现,在5个基因的启动子区域具有6个保守性较高的基序(图1-A),主要位于靠近起始密码子的5"UTR区域,包括4个富含gC的基序、1个富含CT的基序以及1个富含AT的基序,除OsAP2-4外,这些保守基序大多位于基因的正义链上。为了对启动子调控元件的保守性进行分析,将5个euAP2基因的启动子序列与拟南芥、玉米、大麦、烟草和豌豆等物种中已知的顺式作用元件进行比对,并根据元件的分布频率进行聚类分析,共检测到了19个共有元件和19个特异元件,其中特异元件为OsAP2-1中4个,OsAP2-2中3个,OsAP2-3中6个,Os AP2-4中2个,Os AP2-5中4个。共有元件中包含已知功能的光响应元件g-Box、gT1-motif和Box 4,厌氧诱导必需的抗氧化元件(antioxidant response element,ARE),以及激素响应元件,例如涉及脱落酸反应的脱落酸响应元件(ABA-responsive element,ABRE)以及涉及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)反应的TgACg-motif,这些共有元件可能是euAP2类基因参与水稻开花调节、胁迫响应以及激素响应的调控位点。19个特异元件中,已知的功能多与光信号响应相关,例如OsAP2-1特有的ACA-motif和chs-CMA1a、Os AP2-2的g A-motif、OsAP2-3的TCCC-motif以及Os AP2-5的ATC-motif。此外,Os AP2-3的特异性元件中包括涉及栅栏叶肉细胞分化过程调控的HD-Zip1以及参与防御和应激反应的TC-rich repeats,而OsAP2-4和OsAP2-5则分别具有生长素响应相关元件AuxRR-core和赤霉素响应相关元件TATC-box。2.2 euAP2类转录因子的聚类分析与水稻突变体鉴定
本文编号：3384953
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