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。

毛果杨×美洲黑杨Ptd-ERF71基因异源表达及功能

杨树叶锈病是杨树上的一种严重病害,对“三北”防护林体系造成极大威胁。ERF亚家族是植物所特有的AP2/ERF转录因子家族的一个主要亚家族,在植物抗病等生物胁迫响应中发挥重要作用。对E4锈菌具有耐病性的杂交杨‘2114’在接种E4锈菌12 h后,Ptd-ERF71持续上调表达。为探究Ptd-ERF71表达在‘2114’与E4锈菌互作过程中的调控作用,对Ptd-ERF71进行基因克隆及生物信息学分析,并采用Gateway转基因技术构建过表达载体,在拟南芥中进行异源表达并验证其功能。结果表明:Ptd-ERF71基因具有AP2保守结构域,属于ERF亚家族。将Ptd-ERF71在拟南芥中进行遗传转化,筛选并获得Ptd-ERF71基因过表达植株Ptd-ERF71-OE#1和Ptd-ERF71-OE#2。拟南芥Ptd-ERF71-OE#1、Ptd-ERF71-OE#2和At-RAP2.6L-OE(拟南芥Ptd-ERF71同源基因过表达株系)对透明壳孢菌感病性均显著高于拟南芥Col-0(WT),但At-RAP2.6L的拟南芥突变体株系At-rap2.6l与WT的感病性无显著差异。进一步分析表明,Ptd-ERF71基因过表达可能影响XGA-β1,3、ATL79、ZFCCCH67等植物防御相关基因表达,抑制‘2114’对E4侵染的过度防御,从而降低免疫反应对生长的影响。这种抑制作用在拟南芥与病原物的亲和型互作关系中促进拟南芥的感病性。

钩吻GeERF4B-1转录因子的鉴定与功能分析

钩吻(Gelsemium elegans)为马钱科钩吻属藤本植物,具有药用和禽畜饲用功效,但其在生长过程中易受低温危害的影响,因此挖掘低温响应基因对钩吻抗寒育种具有重要意义。乙烯响应因子(ethylene responsive factor,ERF)属于AP2/ERF转录因子超家族成员,在植物逆境胁迫应答反应中发挥关键作用。本研究基于钩吻转录组数据库挖掘到的响应低温胁迫的GeERF的unigene序列,利用逆转录聚合酶链式反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)技术从钩吻叶片克隆获得GeERF4B-1转录因子的cDNA全长序列。生物信息学分析表明,GeERF4B-1基因开放阅读框长度为759bp,编码252个氨基酸,蛋白相对分子量为27kDa,预测为不稳定的碱性亲水性蛋白。系统进化树分析结果显示,GeERF4B-1属于ERF家族的B-4亚族成员。亚细胞定位实验结果表明,GeERF4B-1定位在细胞核。实时荧光定量PCR(real time quantitative PCR,RT-qPCR)分析表明,GeERF4B-1基因在钩吻根、茎、叶中均有表达,在根中的表达量最高。经4℃低温、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和脱落酸(abscisic acid,ABA)处理后,相比于对照,GeERF4B-1基因均被诱导上调表达,分别在24 h或48 h达到峰值,表明该基因积极响应低温、MeJA和ABA胁迫;而氯化钠(sodium chloride,NaCl)和干旱处理后,GeERF4B-1基因均被诱导下调表达。此外,构建GeERF4B-1基因的原核表达载体,诱导获得大小约52kDa的融合蛋白。平板胁迫验证结果显示,与对照相比,转入GeERF4B-1的原核表达菌株能增强对低温的耐受性,但对盐胁迫和甘露醇胁迫较敏感。本研究为钩吻的抗逆性育种提供了潜在的基因资源和理论参考。

金钗石斛AP2/ERF基因家族的鉴定和表达分析

对金钗石斛AP2/ERF转录因子基因家族在全基因组上进行鉴定及生物信息学分析,为进一步阐明金钗石斛AP2/ERF转录因子的功能研究奠定理论基础。利用BLASTP比对金钗石斛蛋白,并通过在线网站NCBI CDD、InterPro和SMART进一步鉴定,共获得97个金钗石斛AP2/ERF基因,然后通过ProtParam分析金钗石斛AP2/ERF家族蛋白的理化性质、亲疏水性,使用MEGA11.0软件构建进化树,利用Map Gene Chrome、GSDS、MEME、PlantCARE在线工具分析AP2/ERF转录因子的基因定位、基因结构和保守基序,并预测基因上游的顺式作用元件,利用TBTools分析并可视化AP2/ERF基因在各部位的表达情况。结果表明,金钗石斛AP2/ERF转录因子家族的成员,大部分定位在细胞核中,相对分子质量介于2726.88~71682.81 u之间,氨基酸数量介于94~659个之间,等电点介于4.45~10.44之间。进化树分析显示,AP2/ERF家族成员分为AP2、RAV、ERF及DREB 4个亚家族。97条基因不均匀地分布在19条染色体上,各个亚族都有独特基序,AP2/ERF基因启动子上游区域光响应作用元件种类最多,数量也最多。大多数DnAP2s基因在根中的表达量最大,不同的居群DnAP2s基因表达有较大不同。鉴定得到97个金钗石斛AP2/ERF蛋白,DnAP2s基因在根茎叶花中表达具有差异性,地理分布导致不同居群的遗传多样性水平不同。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

六倍体栽培小麦AP2/ERF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsivefactor)转录因子对小麦的生长发育及胁迫响应等生理过程有重要调控作用。基于栽培小麦全基因组测序序列,通过生物信息学方法筛选并鉴定了437个TaAP2/ERF基因家族,进而分析这些基因家族的理化性质、基因结构、系统进化、启动子顺式作用元件与转录表达特性等。结果表明,437个TaAP2/ERF家族基因主要定位于细胞核中,可分为AP2、DREB、ERF 3个亚家族,不同的亚家族之间的理化性质及结构特性等均存在差异。TaAP2蛋白大部分呈碱性,TaDREB、TaERF蛋白大部分呈酸性,TaAP2、TaDREB全部为亲水性蛋白,TaERF蛋白大部分为亲水性蛋白,少部分为疏水性蛋白。大部分TaAP2亚家族基因内含子数为3~9个,而大部分TaDREB、TaERF亚家族基因不含有内含子,只有1个外显子。TaAP2、TaDREB和TaERF都有典型的YRG、RAYD元件,TaDREB的保守性高于TaERF。TaAP2/ERF家族基因启动子中包含较多CAAT-box、CGTCA-motif、DRE core、LTR等顺式作用元件。小麦自身及与近缘物种间均存在较多共线性区段,且共线性区段较短,由5~15个基因组成。通过RNA-seq数据筛选了在小麦叶片、根、穗、茎等组织生长发育过程及在高温、干旱、高温-干旱复合胁迫等非生物胁迫应激反应中起重要作用的一些候选基因。研究结果为进一步探究六倍体栽培小麦AP2/ERF家族生物学功能提供了理论依据。

萝卜ERF11基因克隆与序列分析

采用RT-PCR技术克隆了心里美萝卜ERF11基因CDS序列,并对其进行生物信息学分析。结果表明,RsERF11基因开放阅读框全长507 bp,无内含子,编码168个氨基酸,相对分子量约为41 513 u,理论等电点为5.18,属于亲水性蛋白质,亚细胞定位预测其主要定位于细胞核。RsERF11含有1个AP2保守结构域,不含跨膜结构域和信号肽。系统进化分析表明,该蛋白质与甘蓝型油菜(Brassica napus)、甘蓝(Brassica oleracea)和白菜(Brassica rapa)等十字花科物种的同源性较高。

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。