杨树应答盐胁迫ERF基因的鉴定及功能分析

发布时间：2017-12-08 21:15

  本文关键词：杨树应答盐胁迫ERF基因的鉴定及功能分析

  更多相关文章： 杨树 ERF转录因子 盐胁迫 组织特异性 表达模式 基因功能

【摘要】：AP2/ERF(APETALA2/ethylene responsive factor)转录因子家族是植物特有的一类转录因子基因家族之一,其成员大都含有1～2个由约60个保守的氨基酸残基组成的AP2/ERF结构域。AP2/ERF结构域可以直接与DREB/CRT或GCC-box顺式作用元件互作,调控下游靶基因的表达,从而调节植物的生长发育及应答逆境胁迫。本研究通过生物信息学分析获得209个杨树ERF转录因子的信息,其中超过82%的转录因子含有相似的、完整的保守AP2/ERF结构域,8个没有或者含有不完整的AP2/ERF结构域。根据AP2/ERF结构域的不同分为Ⅰ～Ⅹ组,Ⅰ～Ⅴ组属于CBF/DREB亚族(Group A),Ⅵ～Ⅹ属于ERF亚族(Group B):基因结构分析显示68个杨树ERF转录因子基因含有内含子,其中5个含有1个以上内含子,并且含有内含子的基因主要分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅷ组中；蛋白结构分析显示208个(除了PtERF139)杨树ERF转录因子均含有notif-1(WLG),且motif-6主要存在于DREB亚族中；AYD和AHD元件分别主要存在于ERF和DRE B亚族转录因子中；氨基酸残基富集区(acid-rich region)广泛存在于各保守元件中；根据杨树转录组测序表明,209条杨树ERF转录因子基因根据其表达模式的不同分为三组：低表达量组(L)、中表达量组(M1和M2)、高表达量组(H1和H2)。表达量较高的ERF基因主要分布在第Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ组中。利用RT-qPCR检测114个ERF候选基因应答盐胁迫情况,结果发现59个杨树ERF基因应答盐胁迫。其中,上调表达基因48个,下调表达基因11个。在上调表达基因中,上调表达2-4倍的29个,4-8倍的7个,8-16倍的4个,16-32倍的2个,32倍以上的基因有6个；组织特异性表达分析发现,大多数杨树ERF基因在叶片中的表达水平显著高于在茎中的表达水平,位于L1位置叶片中ERF基因表达水平明显低于其他位置叶片的表达水平,茎中 ERF基因的表达模式和叶片组织中类似,即最顶端S1位置茎中表达水平最低,其他不同位置茎中的基因表达水平没有明显差异；13个应答盐胁迫的候选基因的时空表达表现出组织特异性,高表达的基因在根中表现出“诱导表达——恢复表达”的表达模式，不同表达水平的基因在不同组织中表达模式存在差异。其中,PtERFl36与其他基因表达模式明显不同,在茎中的表达水平显著高于在其它组织部位中的表达水平。构建pBI12-PtERF3、pBI121-PtERF37、pBI121-PtERF136、pBI121-PtERF159植物表达载体,培育转基因拟南芥。在盐胁迫条件下，转基因拟南芥的耐盐能力明显高于非转基因株系,说明ERF基因在提高植物耐盐胁迫方面具有重要作用；构建亚克隆载体pUC18-35S-PtERF3-GFP、pUC18-35S-PtERF37-GFP、 pUC18-35S-PtERF136-GFP pUC18-35S-PtERF159-GFP,蛋白质亚细胞定位表明PtERF3、PtER136(?)PtERF159为全表达蛋白,而PtERF37定位在细胞核上；拟南芥转录组测序结果显示，，转PtERF37基因拟南芥中AT3G04720.1、AT1G73260.1、AT3G05640.1、AT5G152310.1、AT1G06160.1.AT5G44420.1.AT3G04720.1和AT2G26020.1等胁迫相关基因的表达水平发生明显变化,说明PtERF37基因能够激活或抑制转基因植物内源抗逆相关基因表达,提高植物耐盐胁迫能力。为利用该基因培育优良抗逆植物新品种提供理论依据。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2;S792.11

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