草莓FaFIT在拟南芥中异源表达促进根系铁吸收

【目的】植物根系吸收铁受到碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)转录因子的调控,bHLH转录因子FaFIT在草莓中的功能未知,试验初步分析FaFIT基因在草莓根系铁吸收过程中调控作用。【方法】以红颜草莓为试材,基于根系缺铁胁迫转录组数据生物信息学分析结果,克隆草莓根系铁吸收运转调控基因FaFIT;结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析该基因在不同组织中的表达差异,通过转基因拟南芥进一步验证该基因的功能。【结果】从红颜草莓根系中克隆获得FaFIT基因序列,该基因mRNA编码区序列全长1020 bp,编码339个氨基酸。蛋白结构预测显示,FaFIT蛋白具有保守的HLH区域,属于bHLH转录因子家族。FaFIT基因启动子序列具有bHLH转录因子DNA结合元件、脱落酸(abscisic acid,ABA)等激素调控元件及干旱胁迫诱导元件,推测FaFIT基因可能受到上游b HLH转录因子、ABA和干旱等因素的调控和诱导。qRT-PCR分析显示,FaFIT基因在根系中特异性表达;FaFIT基因在根组织中受到缺铁、高pH值诱导后表达上调,但在铁过量胁迫时表达显著下调。通过FaFIT基因转化拟南芥,结果发现阳性株根系中与铁吸收相关的3个基因AtAHA2、AtFRO2和AtIRT1的表达水平均上调,且与3个基因相对应蛋白酶H~+-ATPase(P-type)、铁还原酶(ferric-chelate reductase, FCR)、铁转运体(iron-regulated transporter,IRT)的酶活性均提高。同时,在pH=5.8和pH=8.0的1/2 MS培养基中转FaFIT基因拟南芥阳性株系根部Fe2+积累显著增加,叶片叶绿素含量提高。【结论】FaFIT基因通过调控AtAHA、AtFRO2和AtIRT1基因表达以及增强H+-ATPase(ptype)、FCR和IRT酶活性促进根系铁的吸收和积累,推测是草莓根系铁吸收和转运过程中的关键调控因子。

森林草莓糖基转移酶基因家族生物信息学及其表达分析

【目的】对森林草莓糖基转移酶基因(FvUGT)家族进行生物信息学分析及基因表达分析,为深入研究森林草莓UGT基因功能和探索UGT调控草莓果实发育及花色苷及品质形成提供理论依据。【方法】基于Phytozome数据库鉴定得出138个FvUGT基因家族基因,运用生物信息学方法分析其蛋白理化性质、基因结构、保守结构域和进化关系,并采用实时荧光定量PCR对UFGT候选基因在森林草莓(红果和白果2个类型)各组织(根、叶柄、叶和果实)中的表达量进行分析。【结果】FvUGT基因家族可分为12个类群(A、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和N),每个类群分别包含16、2、23、32、8、1、5、5、7、3、21和4个成员;染色体定位发现FvUGT基因家族成员在除2号染色体之外的其他染色体上均有分布,且分布不均;FvUGT基因内含子长度、外显子位置和数目在不同成员间均存在差异,FvUGT基因家族在进化过程中产生较强的分化。实时荧光定量PCR检测结果表明,FvUFGT70基因在森林草莓白果和红果的叶和叶柄中有较高表达;FvUFGT94基因在各组织中均有表达;FvUFGT67和FvUFGT68基因在根中有较高表达;而FvUFGT95和FvUFGT96基因在果实中有表达,且显著高于其他组织(P<0.05,下同)。同时,在果实的小绿期、转色期和成熟期的表达表现为,成熟期FvUFGT33和FvUFGT95这2个基因在森林草莓红果类型的表达量显著高于白果类型。【结论】7个FvUFGT基因表现出明显的组织差异性,其中FvUFGT33和FvUFGT95基因在果实中有较高表达量,且在森林草莓红果类型表达量显著高于白果类型,故推测其在花色苷合成中发挥作用。

森林草莓FvbHLH130转录因子调控植株提前开花

分析草莓碱性螺旋—环—螺旋(basichelix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,鉴定到森林草莓(Fragaria vesca)花特异表达的转录因子基因FvbHLH130。FvbHLH130编码区序列长度为960 bp,编码319个氨基酸,保守结构域预测结果显示第247~297 aa是bHLH结合域,其属于bHLH家族成员。FvbHLH130启动子含有生长素等激素响应、逆境胁迫和低温响应元件,推测基因表达可能受到生物和非生物胁迫诱导。FvbHLH130蛋白氨基酸序列与月季(Rosa chinensis)的相似性高达93.70%,与其他蔷薇科bHLH蛋白聚在一个分支上,与拟南芥AtFBH4是同源蛋白。农杆菌介导的FvbHLH130拟南芥转基因株系提前7 d开花,且促进开花相关基因AtAP1、AtFT、AtFUL和AtCO的表达。酵母双杂交实验结果表明FvbHLH130与FvARF4和FvARF6互作,可能作为蛋白复合体共同参与开花调控。

黄毛草莓FnFIT基因克隆及非生物胁迫下表达模式分析

为分析非生物胁迫下黄毛草莓FnFIT基因的表达模式,探讨FnFIT参与铁吸收的作用机制。本研究提取黄毛草莓根系总RNA,通过克隆获得基因FnFIT,并分析FnFIT的基因结构、保守基序和启动子顺式作用元件。此外,对黄毛草莓进行缺铁、铁过量、高p H值、干旱、碱、盐碱、盐七种胁迫处理,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测FnFIT的表达模式,并测定新叶铁含量、叶绿素含量和根系铁还原酶(FCR)活性。结果表明,FnFIT编码区全长984 bp,编码327个氨基酸,属于bHLH家族。FnFIT启动子区具有脱落酸、茉莉酸等激素调控元件、光响应元件、干旱、低温等逆境诱导元件,以及DNA结合蛋白结合位点、G-box元件。RT-qPCR结果显示FnFIT主要在根系中表达,且在缺铁、高pH值、干旱、碱、盐碱、盐等胁迫下基因表达量提高,铁过量诱导FnFIT表达量下降。FCR活性变化与FnFIT表达模式基本一致。缺铁和高pH值处理导致新叶叶绿素含量和Fe2+含量显著降低。盐碱和盐胁迫会导致叶片叶缘焦枯,而缺铁处理表现出黄化症状。铁过量处理对草莓产生毒害症状,导致草莓根系发黑,叶绿素含量和Fe2+含量显著下降。研究结果可为草莓铁吸收调控机制和培育抗盐碱的草莓品种提供依据。