小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展

小麦是中国三大粮食作物之一,其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响。AP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族,普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程。ERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族。本研究结合国内外相关研究进展,简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布,重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐、干旱、低温、重金属、病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展,最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景。

果蔬逆境胁迫应答中AP2/ERF转录因子的激素调控研究进展

APETALA2/乙烯响应因子(APETALA2/ethylene-responsive factor,AP2/ERF)转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,其亚家族成员通过与下游互作基因启动子区域的GCC box、DRE/CRT等顺式作用元件特异性结合,激活或抑制相关基因的表达,参与果蔬的生长发育、成熟衰老、胁迫应答等生物学过程的调控。近年来越来越多的研究表明,AP2/ERF还可通过调控靶基因诱导乙烯、茉莉酸、水杨酸等多种植物激素反应或作为反应因子响应植物激素信号,参与植物激素介导的果蔬品质形成、生物胁迫及非生物胁迫应答相关的代谢通路,调节果蔬的品质及抗性。本文对AP2/ERF转录因子的结构特征及其在果蔬中的分类和分布进行了概述,并综述了果蔬逆境胁迫应答中AP2/ERF与主要激素信号相互作用以调控果蔬抗逆性的最新研究进展,以期从AP2/ERF转录因子激素调控的角度,为增强果蔬对逆境胁迫的抗性提供理论依据。

芒果AP2/ERF转录因子MiERF2基因的克隆及表达分析

芒果(Mangifera indica L.)是热带地区主要的经济作物之一,也是典型的呼吸跃变型水果,其成熟衰老与乙烯有关。AP2/ERF转录因子在植物中广泛存在,研究发现这类转录因子参与果实内源乙烯合成的信号转导,是乙烯信号通路中的关键基因,在植物生长发育、逆境胁迫响应及贮藏运输过程中发挥重要作用。为了探究AP2/ERF转录因子对采后芒果成熟衰老的影响,本研究以贵妃芒果品种为研究对象,通过PCR技术克隆得到了1个长度为915 bp,编码305个氨基酸的MiERF2基因。通过生物信息学分析得知:MiERF2蛋白分子式为C_(1449)H_(2259)N_(433)O_(470)S_(11),分子量为33618.16 Da,总原子数为4622,理论等电点为7.66,带30个正电残基,带29个负电残基,蛋白具有亲水性,结构不稳定;MiERF2蛋白不含信号肽和跨膜区域,磷酸化修饰以苏氨酸为主,包含1个AP2保守结构域;二级结构以66.12%的无规则卷曲为主,还含有24.67%的α-螺旋、1.32%的β-折叠、7.89%的延长链,其三维结构模型包含有3个β-折叠和1个α-螺旋,符合AP2结构域的特征。motif分析和多序列比对结果表明,MiERF2蛋白属于ERF亚家族成员。系统进化分析表明,与MiERF2蛋白亲缘关系最近的是同为漆树科植物的阿月浑子PvERF109-like。洋葱亚细胞定位结果显示,MiERF2蛋白定位于细胞核。实时荧光定量分析表明,MiERF2基因的表达量在不同采收成熟度下通过400μg/mL乙烯利处理后表达情况不同:在6成熟芒果中,处理组MiERF2基因的表达量在9 d达到峰值,之后显著低于对照组;在8成熟芒果中,除18 d以外,对照组中MiERF2基因的表达量在贮藏过程中均显著高于处理组,推测该基因在乙烯调控果实成熟过程中起负调控作用。本研究为揭示ERF转录因子在芒果采后成熟衰老过程中的调控作用提供理论依据。

香蕉AP2/ERFs超家族的重新鉴定及在果实采后成熟过程中的差异表达特性

【目的】在全基因组水平上重新鉴定香蕉A基因组中的AP2/ERF家族成员,研究其在香蕉果实采后成熟过程中的差异表达特性,明确可能参与香蕉果实成熟调控的关键基因。【方法】对香蕉A基因组中AP2/ERF家族成员进行系统进化、结构特征、蛋白质特性、保守结构域分析和两大类主栽品种巴西蕉(AAA)和粉蕉(ABB)果实采后成熟不同阶段的转录组分析。【结果】发现AP2/ERFs家族共有317个家族成员,分为AP2(49个)、ERF(253)和RAV(15)三个亚家族,他们不均匀地分布在染色体上。根据保守结构域和基因结构特征,ERF又分为a、b、c、d、e、f、h、i、j和k共10个亚类。转录组分析结果表明,在巴西蕉果实采后成熟过程中差异表达的AP2/ERFs家族成员有77个,其中高水平表达的有MaERF15、36、42和AP2-28。在粉蕉果实采后成熟过程中差异表达的AP2/ERFs家族成员有74个,其中高水平表达的有MaERF42和AP2-28。同时在巴西蕉和粉蕉果实成熟过程中差异表达的基因有57个,其中高水平表达的基因有MaERF15、42和AP2-28,只在巴西蕉果实中特异表达的有20个,只在粉蕉中特异表达的有17个。【结论】重新鉴定了香蕉AP2/ERFs超家族成员及其在果实后熟过程中的差异表达特性,为系统深入解析香蕉AP2/ERF基因功能奠定了基础,对为调控香蕉果实成熟提供靶标基因具有一定的理论意义。

芒果MiERF3基因的克隆及表达分析

芒果(Mangifera indica L.)是海南省重要的热带水果之一,是典型的呼吸跃变型水果,乙烯在芒果后熟过程中扮演着至关重要的角色。ERF转录因子是乙烯信号通路的关键下游成分,作为最大的转录因子家族之一,起到调节信号传导和生理反应的作用。为了探究ERF转录因子对采后芒果果皮色泽的影响,本研究以贵妃芒果为研究对象,通过PCR克隆得到MiERF3基因,利用生物信息学方法分析MiERF3的基本理化特征、保守结构域、蛋白质结构、进化关系等,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分别对MiERF3基因在芒果不同组织部位和采后贮藏时期的特异性表达进行分析。结果表明:MiERF3基因全长717 bp,编码238个氨基酸,蛋白分子式为C_(1130)H_(1763)N_(339)O_(355)S_(9),分子量为26.066 kDa,理论等电点为8.62,带30个正电残基和27个负电残基,蛋白具有亲水性,结构不稳定;MiERF3蛋白不含信号肽,不含跨膜区域,磷酸化修饰以苏氨酸为主,包含1个AP2保守结构域,二级结构以61.67%的无规卷曲为主,还含有27.75%的α-螺旋、3.96%的β-折叠、6.61%的延长链,其三维结构模型包含有3个β-折叠和1个α-螺旋,符合AP2结构域的特征;多序列比对和motif分析结果表明,MiERF3蛋白属于ERF亚家族成员;系统进化树分析结果表明,与MiERF3蛋白亲缘关系最近的是同为漆树科植物的阿月浑子PvERF3-like;洋葱亚细胞定位及转录自激活检测结果显示,MiERF3蛋白定位于细胞核且具有转录自激活活性;实时荧光定量分析表明,MiERF3基因的表达量在不同芒果部位表达情况不同,在芒果果实阳面果皮的表达量最高,且在芒果贮藏期间,其表达量呈明显的先增后减的趋势,故而推测MiERF3在果实成熟转色过程中起正调控作用。本研究为揭示ERF转录因子在芒果采后成熟衰老过程中的调控作用提供理论依据。

黄瓜AP2/ERF基因家族全基因组鉴定及表达模式分析

【目的】在黄瓜全基因组中鉴定APETALA2/ethylene responsive factor(AP2/ERF)基因家族,分析其基因结构与功能及表达模式,为该家族基因在黄瓜生长发育及抵御逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】利用生物信息学对CsaAP2/ERF家族进行鉴定,并分析该家族成员的理化性质、结构与功能、蛋白互作关系、进化关系和表达模式。【结果】黄瓜全基因组中鉴定出148个AP2/ERF家族成员,根据同源性分为5个亚族:AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist,各亚族成员的基因结构与保守基序相似。CsaAP2-11和CsaAP2-15是蛋白互作网络的核心蛋白,与多个蛋白质存在互作关系。共线性分析显示:CsaAP2/ERF与南瓜同源基因进化关系最为相近。在逆境胁迫(冷、热、盐)下,CsaAP2-15、CsaAP2-18、CsaERF-31、CsaERF-54、CsaERF-64、CsaERF-65、CsaDERB-37、CsaDREB-38、CsaDREB-45等基因的表达量发生显著变化。【结论】本研究对黄瓜AP2/ERF家族成员进行系统鉴定和特征分析,并分析了其在多种胁迫下的表达模式,为该家族基因的生物学功能研究与培育抗逆黄瓜新品种提供了理论基础。

白花草木樨MaERF058基因耐旱功能验证

干旱是农业生产中最常见的逆境胁迫之一,对植物的生长发育、光合作用、气孔开闭、渗透功能和激素调节等方面都会产生不良影响。白花草木樨在我国北方干旱地区广泛种植,是具有耐旱、耐盐碱、耐贫瘠和粗蛋白含量高等特点的优质牧草。转录因子(TF)作为调控基因表达的重要蛋白分子,可作用于其下游启动子区的特定顺式元件以激活或抑制基因的转录,进而调控植物生长发育及响应逆境。植物ERF转录因子家族基因参与植物对非生物胁迫的抗性,是作物抗逆性改良的理想候选基因。本研究对白花草木樨关键耐旱基因MaERF058进行烟草亚细胞定位分析,发现该基因表达蛋白定位于细胞核。干旱胁迫下,过表达MaERF058的拟南芥长势明显优于野生型。干旱条件下转MaERF058基因白花草木樨毛状根脯氨酸含量较对照显著(P<0.01)增加;丙二醛含量显著(P<0.01)降低;过氧化氢酶活性显著(P<0.05)增加;单胺氧化酶染色(NBT法)结果显示转基因毛状根的活性氧含量低于对照。以上结果表明白花草木樨MaERF058基因编码的转录因子对调控白花草木樨响应干旱胁迫具有积极作用。研究结果为解析白花草木樨耐旱分子机制提供了新思路,同时也能够为加快耐旱牧草分子育种提供优异基因资源。

水稻AP2/ERF转录因子家族及其相应miRNAs在叶片衰老中的表达

【目的】探究水稻AP2/ERF转录因子在叶片衰老中的功能及其受miRNA和组蛋白修饰调控的转录机制。【方法】在全基因组水平对水稻(Oryza sativa)AP2/ERF家族成员及其上游靶向的miRNAs进行鉴定和生物信息学分析。对miRNA及其靶基因在水稻叶片衰老过程中的表达谱进行分析。通过RT⁃qPCR检测该家族成员及miRNAs在水稻叶片衰老过程中的互作关系。【结果】在水稻中共有155个AP2/ERF基因,所有成员启动子都含有光响应元件,大多数基因都具有茉莉酸(jasmonic acid,JA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)和厌氧诱导顺式作用元件。预测到45个miRNAs靶向调控水稻AP2/ERF家族的58个成员。鉴定出一系列在水稻叶片衰老过程中呈显著负相关的miRNA-靶基因对,暗示这些miRNAs可能通过抑制AP2/ERF基因的表达,参与水稻叶片衰老过程的调控。同时,发现4个AP2/ERF基因的表达量及其组蛋白H3K9ac富集水平随水稻叶片的衰老持续上升,说明这些基因表达同时受到H3K9ac修饰调控。【结论】在水稻叶片衰老过程中AP2/ERF基因的转录受其相应靶向的miRNAs和组蛋白H3K9ac修饰的影响。

珙桐AP2/ERF家族相关基因的克隆及功能鉴定

为探究AP2/ERF类转录因子在珙桐开花调控及花器官发育中的作用,本研究通过从实验室珙桐不同发育时期苞片和叶片的转录组数据中筛选出调控珙桐苞片发育相关AP2/ERF家族基因DiAP2-1、DiDREB-1和DiRAV-1,经过生物信息学分析、基因克隆及功能鉴定初步研究了目的基因在珙桐苞片发育过程中的调控机制.亚细胞定位实验显示DiAP2-1主要定位于细胞质,DiDREB-1和DiRAV-1主要定位于细胞核.对目的基因在珙桐中的表达模式分析发现DiAP2-1和DiRAV-1在苞片发育过程中表达量逐渐降低,DiDREB-1只在苞片第三时期高表达,推测DiDREB-1、DiRAV-1属于A类基因,DiAP2-1属于B类基因.表型实验显示DiDREB-1和DiRAV-1转基因拟南芥株系较野生型表现为明显的早花,DiAP2-1同源基因对应的拟南芥突变体与同一时期野生型拟南芥对比表现为花瓣减少且萼片大,角果呈短粗状且败育.对关键开花调控基因表达模式分析发现DiDREB-1和DiRAV-1异源表达后使其他促花因子表达量上调进而使拟南芥花期提前.以上结果表明,AP2/ERF类转录因子DiAP2-1、DiDREB-1和DiRAV-1在珙桐苞片及花器官发育和珙桐开花调控中发挥了重要作用.

山葡萄VaERF095基因表达及其启动子功能分析

【目的】克隆山葡萄乙烯响应因子基因VaERF095及其启动子序列,分析在低温和外源激素诱导下该基因的表达模式和启动子活性,为深入探究VaERF095基因参与低温胁迫响应机理提供理论依据。【方法】采用同源克隆方法从山葡萄品种左山-1中获得VaERF095基因及其启动子,并通过实时荧光定量PCR检测VaERF095基因在低温(4℃)胁迫和外源激素诱导下及不同组织中的表达情况。同时构建VaERF095基因启动子融合GUS蛋白表达载体,瞬时转化葡萄叶片,通过β-葡萄糖苷酸酶(GUS)活性定量分析VaERF095基因启动子受低温胁迫和外源激素诱导的表达情况。【结果】从山葡萄克隆获得VaERF095基因,编码区(CDS)全长393 bp,编码130个氨基酸残基,该蛋白含有1个保守的AP2/ERF结构域,与欧洲葡萄和河岸葡萄的亲缘关系较近,氨基酸序列相似性分别为100.00%和93.08%。Va ERF095基因可响应低温和外源激素乙烯(ET)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)的诱导,呈现出不同的表达模式。VaERF095基因在老叶、茎、花序、卷须和果实均有表达,其中在卷须中的表达量最高,在幼叶中的表达量极低或几乎不表达。克隆获得长度为1360 bp的VaERF095基因启动子,含有2个低温响应元件(LTR)、1个ET响应元件(ERE)、1个SA响应元件(TCA-element)、2个MeJA响应元件(CGTCA-motif和TGACG-motif)、1个ABA响应元件(ABRE)、1个GA响应元件(P-box)和1个防御和胁迫响应元件(TC-rich repeats)。在低温胁迫及外源激素(ET、SA和ABA)诱导下,VaERF095基因启动子活性较对照极显著升高(P<0.01),在MeJA诱导下,VaERF095基因启动子活性显著增强(P<0.05)。【结论】VaERF095基因及其启动子正向响应低温(4℃)及外源激素(ET、SA、ABA和MeJA)的诱导,具有明显的组织表达特异性。

彩色马铃薯花青素合成相关ERF基因筛选及表达分析

【目的】乙烯响应因子(ethylene responsive factor,ERF)是一类重要的转录因子,参与调控植物花青素的生物合成。筛选可能参与调控马铃薯块茎花青素合成的StERFs基因,为开展彩色马铃薯花青素相关StERFs基因功能研究奠定基础。【方法】利用生物信息学方法对其理化性质、亚细胞定位、保守基序、进化关系、蛋白质二级结构、启动子顺式作用元件及蛋白互作关系进行分析,同时采用RT-qPCR方法对不同颜色马铃薯薯肉中StERFs进行表达模式分析。【结果】基于不同颜色马铃薯块茎的转录组表达谱,获得7个差异表达ERF转录因子。7个StERFs属于亲水性蛋白,均预测定位于细胞核。Motif 1(RWLG)和Motif 2(YRG)是7个StERFs中共同的保守基序,属于AP2的结构域特征序列。StERFs基因启动子序列含有响应激素作用元件,以及响应防御与胁迫、低温和光照等的顺式作用元件。7个StERFs在紫色薯肉中表达量显著高于黄色薯肉,其中StERF72和StERF110与已知的花青素相关ERFs(IbERF71和PyERF3)亲缘关系较近,且7个StERFs与56个转录因子存在蛋白互作关系。【结论】7个StERFs基因可能参与调控马铃薯块茎中花青素的合成,其中StERF72和StERF110可作为候选基因进一步验证其功能。

灰毡毛忍冬ERF基因家族鉴定及其在衰老过程中的表达分析

【目的】灰毡毛忍冬Lonicera macranthoides为我国南方地区大宗道地中药材和重要经济植物,绿原酸和木犀草苷等药效物质在器官衰老过程中积累且受转录因子调控。乙烯信号转导相关ERF基因家族广泛参与植物的衰老、胁迫响应和次生代谢。鉴定灰毡毛忍冬ERF家族成员并探究其表达模式,可为该类基因调控次生代谢的功能研究提供参考。【方法】基于转录组数据鉴定灰毡毛忍冬ERF转录因子家族,通过系统发育树分析其进化关系,利用MEME在线网站分析序列的结构基序。QRT-PCR分析LmERFs基因在不同器官衰老过程以及冷胁迫和乙烯处理后的表达模式。【结果】在灰毡毛忍冬中共鉴定出65个具AP2保守结构域的LmERFs基因,可将其分为3个亚组。利用RNA-Seq技术筛选了在幼嫩和衰老叶片之间差异表达的20个LmERFs。进一步qRT-PCR分析显示,分别有18个、13个和11个LmERFs基因在叶片、茎和花的衰老过程显著差异表达,其中LmERF2、LmERF9、LmERF16、LmERF17和LmERF19基因表达在不同器官衰老过程中均具显著差异。冷胁迫后,叶和茎中7个LmERFs(LmERF1、LmERF2、LmERF6、LmERF7、LmERF8、LmERF11和LmERF12)显著上调,LmERF3、LmERF9、LmERF16和LmERF19显著下调;而乙烯处理诱导了LmERF1、LmERF8和LmERF12基因的表达,抑制了LmERF2、LmERF4、LmERF9、LmERF10、LmERF14、LmERF15、LmERF16、LmERF17、LmERF18和LmERF19基因的表达。【结论】8个LmERFs(LmERF1、LmERF2、LmERF6、LmERF9、LmERF10、LmERF15、LmERF16和LmERF19)响应了器官发育、冷胁迫和乙烯诱导的衰老过程,这为后续挖掘高效调控灰毡毛忍冬次生代谢的靶点LmERFs提供了数据支持。

大叶桉根、茎、叶转录组比较和AP 2/ERF基因家族分析

2021年对广西六峰山林场的大叶桉(Eucalyptus robusta)进行采样,采用Hiseq 2000对大叶桉根、茎、叶组织分别进行转录组测序。结果获得40786个Unigene;通过数据库比对,共注释了31662个Unigene。GO注释结果最多的条目为膜组成部分;KEGG注释结果表明,5654条序列参与129条代谢通路,参与基因最多的通路为核糖体。对比分析大叶桉根部和茎,以及根部和叶之间的转录差异,发现多条富集的通路,包括α-亚麻酸代谢和萜类骨架生物合成等。鉴定出AP 2/ERF家族基因84个,其中AP 2家族含有9个基因,RAV家族含有2个基因,ERF家族包含73个基因,各基因家族在根茎叶中的表达模式有所差异。

大豆ERF耐盐基因的鉴定和驯化分析

土地盐渍化对大豆的产量和品质产生了极大的负面影响,培育耐盐大豆品种是改善和提高盐胁迫下大豆产量和品质的有效途径之一。ERF转录因子对植物响应逆境胁迫十分重要,但在大豆中相关研究报道较少。基于已报道的盐胁迫处理下的RNA-seq数据、549份大豆重测序数据及耐盐指数数据,以及Soybean Expression Atlas数据库中大豆组织表达数据,在大豆中鉴定能够响应盐胁迫的ERF基因。同时,在549份大豆重测序数据中鉴定响应盐胁迫ERF基因的优异等位变异,并分析其驯化与人工选择规律。其中,鉴定出ERF158H1,ERF166H2,ERF170H1单倍型是优异的自然等位变异,能够显著促进大豆对盐的耐性。对优异等位变异的核苷酸多态性分析表明,ERF170H1在大豆驯化的过程中受到了微弱的人工选择,而ERF158H1和ERF166H2在驯化的过程中发生了逐渐减少或丢失的现象。因此,本研究鉴定了大豆中响应盐胁迫的ERF基因及其优异等位变异,对丰富和完善大豆响应盐胁迫的分子机制具有重要意义,为培育耐盐大豆品种提供了重要的基因资源和育种方案。

四倍体硬粒小麦及其他小麦族AP2/ERF基因家族比较分析及表达鉴定

为探究硬粒小麦及其他小麦族中AP2/ERF家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对硬粒小麦、野生二粒小麦及粗山羊草的已有公开数据进行分析,分别鉴定了215、232、139个AP2/ERF基因家族成员,AP2/ERF家族基因在不同物种中的基因组位置、基因结构、启动子顺式作用元件相似及差异部分。利用硬粒小麦在不同发育时期及非生物胁迫下的转录组数据,对这些AP2/ERF基因进行表达模式分析,发现有6个AP2/ERF基因在硬粒小麦胚乳发育过程中起着一定程度的调节作用;有23个AP2/ERF基因在硬粒小麦花后热胁迫反应中上调表达,其中13个基因可以同时响应硬粒小麦花前缺水及花后热胁迫反应。

AP2/ERF转录因子参与植物次生代谢和逆境胁迫响应的研究进展

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中最大的转录因子家族之一,至少含有1个由60~70个高度保守的氨基酸组成的特有的AP2结构域,根据AP2结构域数量和相似性可划分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、DREB(Dehydration-responsive element binding proteins)、ERF(Ethylene-responsive factor)、RAV(Related to AB13/VP)和Soloist。AP2/ERF转录因子通过AP2结构域中的YRG和RAYD保守元件与靶基因结合,实现对相关基因的转录调控功能。目前,AP2/ERF已成为研究植物抗逆机制和活性成分生物合成的热点候选基因,越来越多植物AP2/ERF家族及其成员被报道。本研究对近年来有关AP2/ERF家族的最新研究成果进行了总结,综述了AP2/ERF家族转录因子的结构特征与分类,重点介绍了该类转录因子调控植物次生代谢产物的合成以及参与生物、非生物胁迫应答等方面的研究进展,并展望了AP2/ERF转录因子可能的研究热点和领域,以期为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行植物遗传改良以及种质创新提供参考。

木薯MeERF1.2基因克隆及表达分析

【目的】乙烯响应因子(Ethylene response factor,ERF)是乙烯信号转导通路的重要成员,克隆并分析其在木薯块根采后生理性变质(Post-harvest physiological deterioration,PPD)过程中的表达情况,能为进一步研究乙烯信号在木薯PPD过程中的功能提供参考。【方法】以木薯栽培品种华南8号(SC8)为材料,采用RT-PCR技术克隆木薯MeERF1.2基因,对其进行相关生物信息学分析,如遗传进化关系、结构域、蛋白质结构预测、理化性质等。对MeERF1.2基因在细胞中的亚细胞定位进行确认,并用qRT-PCR技术分析MeERF1.2基因在木薯块根PPD过程中的表达水平。【结果】克隆得到的MeERF1.2基因全长为660 bp,编码的氨基酸残基数为219,分子量和等电点分别为25.04 kD和5.61,含有AP2家族结构域,和橡胶HbERF1B-like的亲缘关系最近,序列相似性达到88.74%。MeERF1.2基因定位于细胞核。和对照0 h相比,MeERF1.2基因的表达量在木薯块根的采后过程中表现为显著上升趋势,即MeERF1.2基因的表达受到PPD过程的诱导。【结论】克隆得到的MeERF1.2基因包含ERF基因家族的保守结构域,属于ERF基因家族;MeERF1.2基因的表达在采后过程中受到诱导,可能参与了木薯块根的PPD过程,为后续进一步分析乙烯信号转导通路在PPD过程中的作用奠定了基础。

喜旱莲子草AP2/ERF基因家族的鉴定及其在除草剂胁迫下的表达模式

【背景】喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)是一种极难防除的恶性入侵杂草,给我国生态环境造成了严重危害。AP2/ERF(APETALA2/ethylene responsive factor)家族是植物中最大的转录因子家族之一,不仅参与植物体内多种信号网络的调控,还在植物响应除草剂胁迫中发挥重要作用。【目的】系统分析喜旱莲子草ApAP2/ERF家族成员的基本特征,揭示其在除草剂胁迫下的表达模式,明确ApAP2/ERF潜在的生物功能,挖掘抗除草剂的潜在靶标基因,为精准、合理地选择除草剂提供依据。【方法】利用本地BLASTp从喜旱莲子草基因组数据库中对AP2/ERF家族成员进行鉴定,运用MEME、ExPASyServer10、Plant-mPLoc、SWISS-MODEL、NCBI SRA数据库和psRNA Target在线网站获取保守基序(Motif)、蛋白理化性质、亚细胞定位、三级结构、转录组、靶向miRNA信息。通过GFF3基因组注释文件获取基因结构信息。利用MEGA 11、TBtools和R语言绘制系统发育树、表达模式热图和miRNA靶向关系图等。采用RT-qPCR法分析ApAP2/ERF家族成员在5种除草剂和不同时间点(0—7 d)处理下的表达模式。【结果】从喜旱莲子草中共鉴定出96个ApERF、9个ApAP2和4个ApRAV,并根据其在基因组中的位置分别命名为ApERF1—ApERF96、ApAP2-1—ApAP2-9和ApRAV1—ApRAV4。鉴定到的ApAP2/ERF均为亲水蛋白,位于细胞核和细胞质中;ApAP2/ERF表达模式受地理条件、水分条件和低钾胁迫的调控。41%草甘膦处理中,ApERF7/74/94在3—7 d内被高度诱导;50%异丙隆处理中,6个ApERF均在特定的时间被高度诱导;10%乙羧氟草醚处理中,ApERF7/13/49/94表达量呈现先升高后下降再上升的趋势;20%氯氟吡氧乙酸处理中,ApERF7/13/49/54/94在0.5 d时被高度诱导;13%噁草酮处理中,ApERF13/49/54/74在短时间内显著下调表达。【结论】鉴定出109个喜旱莲子草AP2/ERF家族成员,位于同一亚组的成员具有相似的motif。ApAP2/ERF的表达受到地理条件、水分条件和低钾胁迫的调控,同时也受除草剂的诱导,推测其通过影响乙烯信号通路以响应除草剂胁迫。

乙烯响应因子(ERFs)在植物花青素合成中的调控作用

花青素是一种天然色素,可以作为清除自由基的重要天然抗氧化剂,其富含的多种化合物在医疗保健方面十分重要。花青素影响果蔬成熟、口感、色泽,对植物的非生物和生物胁迫产生保护作用,因此优化花青素含量被视为许多园艺作物的育种目标。本研究阐述了乙烯响应因子(ERFs)作为乙烯信号传递的次级转录因子响应植物激素信号并能产生反馈调节,以多种方式介导了乙烯调控植物花青素生物合成的过程。在作用方式上,ERFs主要通过与转录因子互作、激活转录因子、与MBW形成调控复合物或直接激活结构基因启动子的方式调控植物花青素的生物合成。本研究旨在为后续深入阐明ERF调控不同物种花青素生物合成的机制、探究果蔬成熟后期花青素快速积累与乙烯释放量增加之间存在的联系提供理论依据。

黄花苜蓿AP2/ERF家族MfERF028基因的表达特性与耐寒功能分析

基于黄花苜蓿(Medicago falcata L.)转录组测序数据,克隆得到MfERF028基因,蛋白质编码区(Coding sequence,CDS)长度为672 bp,编码223个氨基酸。该基因编码的蛋白质相对分子质量为25.3 kDa,等电点为6.00;亚细胞定位表明该基因所编码的蛋白在细胞核内特异表达,基因表达模式分析表明对-8℃胁迫响应强烈。构建植物表达载体,并转入截形苜蓿(Medicago truncatula Jemalong A17)中进行基因功能验证,结果表明异源表达的转化植株遭受冷冻胁迫时MfERF028可上调MtCAS15A基因的表达。该研究为阐明AP2/ERF家族基因抗逆机制提供了理论依据,并为培育抗逆豆科牧草提供了新的候选基因。