玉米生长素响应因子基因ZmARF10在干旱胁迫中的功能分析

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

茶树生长素响应因子基因CsARF1的克隆与表达分析

生长素响应因子(ARFs)是能够与生长素原初反应基因启动子区的生长素响应基元(TGTCTC)特异结合的一类转录因子,调控生长素应答基因的表达。采用SMART-RACE-PCR技术,获得茶树生长素响应因子基因CsARF1的全长cDNA序列(Gen Bank登录号为JX307853),并进行了生物信息学分析和表达分析。CsARF1基因cDNA全长3222bp,包含2463bp的开放阅读框(ORF),编码820个氨基酸残基。编码蛋白的分子量为49.35kD,具有保守的N端DNA结合域B3和C端二聚化结构域IAA_ARF,中间区域富含谷氨酸、丝氨酸和亮氨酸,是一个定位于细胞质的具有激活转录功能的可溶性蛋白。相似性及系统进化分析表明,该基因编码的氨基酸序列与葡萄ARF8的相似性最高(83%),与番茄ARF8的亲缘关系最近。利用实时荧光定量PCR技术,检测该基因在茶树越冬芽休眠到萌发后不同时期的表达情况。结果显示CsARF1在茶树越冬芽深休眠和萌动期表达量较高,表明该基因与茶树越冬芽的休眠维持及解除密切相关。

葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析

生长素响应基因家族能调节植物体内生长素平衡和生长素信号途径。文章采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitisvinifera L.)基因组数据库中的生长素响应基因,通过分析其染色体定位、基因共线性和系统进化,发现葡萄基因组含有25个AUX_IAA基因、19个ARF基因、9个GH3基因、42个LBD基因。这些生长素响应基因不均匀分布在葡萄的19条染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄芯片数据结果表明,生长素响应基因在葡萄不同时期的果实和叶芽中均有表达,尤其在果实转色期、叶芽萌发或休眠期表达量急剧变化。研究结果为葡萄生长素响应基因在叶片和果实发育过程中的功能研究提供参考。

生长素响应因子与植物的生长发育

生长素响应因子(Auxin response factor,ARF)作为一类调控生长素响应基因表达的转录因子,是生长素研究的重要内容。它可与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。文章介绍了植物体内ARF家族的分子生物学近年来的研究进展,同时也讨论了ARF转录因子的结构、ARF基因的表达调控、ARF在植物生长发育及信号转导中的作用以及ARF对靶基因的调控机制等内容。植物ARF成员都有一定的同源性,大多含有4个结构域,在多种组织和器官中都有表达,其表达受到转录及转录后调控,并且在介导生长素与其它激素之间相互作用方面扮演重要角色。

植物生长素响应因子基因的研究进展

生长素响应因子(ARF)是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,在生长素的信号传导过程中处于中心位置,它可与生长素响应元件特异结合,促进或抑制基因的表达。介绍了ARF结构特征,生物学功能以及调控机制。植物ARF由3个结构域组成:氨基端的DNA结合结构域(DBD),中间结构域(MR)以及羟基末端的二聚结构域(CTD)。中间结构域包括激活结构域(AD)和抑制结构域(RD)。在生长素信号转导过程中,ARF主要通过与生长素响应元件结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达。不同的ARF在不同的组织和器官中都有特异表达,同时通过ARF突变体的研究表明:不同的ARF具有各自独特的功能。这些功能特异性的产生,既可以来自在时间和空间表达上的不同,也可能是来自对目的基因启动子的亲和性差异。植物激素、外界环境因子和非编码区小RNA对ARF功能的发挥具有重要的调控作用。

龙眼体胚发生过程生长素响应因子DlARF5a的克隆及表达分析

以龙眼松散型胚性愈伤组织为材料,采用RT-PCR和RACE技术克隆获得生长素响应因子ARF5acDNA全长序列,利用实时荧光定量法检测其在龙眼体胚不同发育时期的转录水平,并将其与绿色荧光蛋白(GFP)构建成亚细胞定位载体侵染洋葱表皮细胞。结果表明:龙眼ARF5a(命名为DlARF5a,GenBank登录号为KF739401)的cDNA序列全长为3 322bp,其中开放阅读框为2 829bp,212bp 5′非编码区,258bp 3′非编码区,编码942个氨基酸。生物信息学预测显示,DlARF5a编码蛋白具有B3、Auxin-resp和AUX-IAA保守区与结构功能域,中间区域富含谷甘氨酸、丝氨酸和亮氨酸,是一个定位于细胞质的具有促进转录活性功能的水溶性蛋白。系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与大豆的亲缘关系最近。qRT-PCR检测显示,DlARF5a在龙眼球形胚和鱼雷形胚时期表达显著增强,而在6个发育阶段中子叶形胚的表达量最低,推测DlARF5a参与龙眼体胚中鱼雷胚时期的形态建成。共聚焦显微镜观察结果显示,未添加外源生长素IAA的DlARF5a蛋白定位于细胞质中,而经外源生长素处理的DlARF5a蛋白在细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达,推测龙眼生长素响应蛋白DlARF5a能够响应外源生长素IAA而改变其在细胞中的空间位置。

茄子生长素响应因子SmARF8的克隆与分析

【目的】克隆茄子生长素响应因子新基因,为研究茄子果实形成发育的分子机制提供依据。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆茄子ARF家族相应基因的cDNA全长序列。经序列联配进行与其它物种同源基因的保守域和进化关系分析。实时定量PCR检测目的基因在茄子不同组织中的表达情况。【结果】将该基因命名为SmARF8,它的cDNA序列全长为3671bp,编码阅读框全长2676bp。氨基酸序列分析表明,SmARF8蛋白拥有核定位序列,蛋白质结构具有ARF家族的N-端DNA结合域,中间脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基富集的非保守调控域,C-末端蛋白互作域。氨基酸与拟南芥的调控单性结实基因ARF8相似性较高,进化树分析表明它们聚集在一个分支上,进化关系非常密切。SmARF8基因在幼果中表达最强,在根、茎、叶、花蕾、花朵及成熟果实中表达较强烈。【结论】从茄子中克隆得到一个生长素响应因子家族基因SmARF8。

植物生长素响应因子ARF研究进展

生长素响应因子(Auxin response factor,ARF)属于一类转录因子,一般包含3个结构域,能够与生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。笔者详细阐述了包括木本植物在内的ARF基因分子结构、时空表达、分子功能及调控机理,发现ARF5-8、ARF19等转录激活子在胚模式建成、维管组织形成、花发育、向光性等过程中起重要作用,而其余转录抑制子主要在衰老、种子大小、侧生器官背腹性以及根的向重力性等过程中起重要作用。ARF基因受光照、激素与环境条件变化调控其转录水平表达后,通过内源小分子RNA等实现转录后水平的调节,最终达到调控植物生长发育的目的。

大豆生长素响应因子基因GmARF17对胚轴生长发育的调控作用

为丰富大豆分子育种理论,本文研究了生长素对下胚轴的分子调控机制。采用实时荧光定量PCR(q PCR)方法,发现大豆[Glycine max(L.)Merrill]生长素响应因子基因Gm ARF17在大豆子叶、下胚轴、主根和侧根中均有表达,其中侧根中表达量最高,下胚轴中表达最低;外源生长素可以快速诱导该基因在下胚轴中的表达。同时分析了Gm ARF17和小RNA分子Gm-miR160作用位点,构建了p Gm ARF17∶∶m Gm ARF17(m Gm ARF17)抗降解表达载体并转化大豆。m Gm ARF17转基因大豆叶片、主茎、根和花器官的生长发育与对照组没有显著的区别,但其下胚轴生长受到明显的抑制。m Gm ARF17下胚轴对外源生长素的反应与野生型相比,没有显著差异。m Gm ARF17下胚轴游离IAA含量低于野生型,编码IAA螯合酶的Gm GH3.6表达上调,表明Gm ARF17对生长素动态平衡具有调节作用。在m Gm ARF17下胚轴中,Gm SAUR23,Gm IAA2,Gm ARGOS,Gm ARF10和Gm ARF16表达下降,而Gm MIR160A表达上升,暗示抗降解表达Gm ARF17抑制生长素信号转导并扰动了Gm MIR160A和其靶基因间的平衡。本研究揭示了植物细胞调控下胚轴生长发育的一条新途径:Gm MIR160A和Gm ARF10/16/17组成调节回路并进而影响生长素稳态基因的表达来协调下胚轴细胞伸长,对大豆分子育种具有重要意义。

苹果生长素响应因子(MdARF)基因克隆与表达分析

【目的】克隆苹果(Malus domestica‘Zihong Fuji’)MdARF基因,研究其在生长素和逆境处理下的表达特性。【方法】以‘紫弘富士’叶片c DNA为模板,采用RT-PCR技术克隆得到10个MdARF基因;运用Array技术检测MdARF在不同组织中的表达特性;运用qRT-PCR技术检测MdARF在生长素、盐和甘露醇处理条件下的表达特性。【结果】克隆得到10个MdARF基因(MdARF4-13,GenBank登录号为MG021615~MG021624),其开放阅读框分别为2 136、3 345、2 052、2 400、2 532、2 691、1 782、2 532、3 342和2 034 bp。进化分析表明,MdARF3/7属于AtARF3/4-like,MdARF4/10属于AtARF10/16/17-like,MdARF1/6/11/13属于AtARF1/2-like,MdARF5/9/12属于AtARF5/7/19-like,MdARF2/8属于AtARF6/8-like。亚细胞定位预测分析表明,10个MdARF蛋白均定位于细胞核。MR结构域氨基酸组成预测分析表明,MdARF2/5/8/9/12可能为转录激活子,MdARF1/3/4/6/7/10/11/13可能为转录抑制子。Array结果显示,MdARF在被检测的组织中均有表达。在IAA处理条件下,MdARF1/7/9/10转录水平受到诱导,MdARF2/3/4/6/8/11/12转录水平降低;在盐处理条件下,MdARF9转录水平受到诱导,而MdARF1/5/7/10/12/13转录水平下调;在甘露醇处理条件下,MdARF6/9转录水平受到诱导。【结论】克隆得到10个MdARF基因,其表达水平受IAA、盐或甘露醇诱导或者下调,可能参与调控生长素信号转导以及逆境响应等过程。

毛竹生长素响应因子基因家族的鉴定及其在竹笋发育中的表达

以已知拟南芥和水稻生长素响应因子(ARF)蛋白质序列对毛竹基因组数据库进行比对分析显示,毛竹基因组编码39个ARF转录因子;通过生物信息学软件对毛竹ARF基因家族进行分析显示,毛竹ARF基因家族具有进化上的保守性;采用RT-PCR技术研究毛竹竹笋形成过程中ARF基因家族的动态变化,结果显示,在竹笋形成过程中ARF18和11-2基因分别在笋芽萌动和笋体形成过程中发挥调控作用,而ARF6-2基因参与竹笋发育的各个阶段.

生长素响应因子GmARF10正调节大豆叶片的衰老进程

采用实时荧光定量PCR(qPCR)分析了GmARF10表达模式。通过挖掘大豆基因组信息并参考拟南芥同源基因序列,分析了大豆生长素响应因子GmARF10和小RNA分子Gm-miR160作用位点,构建了pGmARF10∷mGmARF10(mGmARF10)抗降解表达载体;利用农杆菌介导法转化大豆,并对转基因植株叶片发育表型进行了分析。结果表明:GmARF10在大豆[Glycine max(L.)Merri.]根、茎、叶、花和果荚中均有一定程度的表达,其中花内表达量最高,茎内最低,第一复叶表达量低于子叶和第一对真叶。mGmARF10转基因植株复叶形状和大小与对照组没有明显的差异,但其叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)明显下降,叶片衰老标记基因GmCYSP1表达显著增加。研究认为,大豆生长素响应因子GmARF10参与了叶片衰老进程并可能是叶片衰老信号的重要组份。

大豆生长素响应因子GmARF16器官表达特征及抗降解表达载体的构建

通过挖掘大豆基因组信息并参考拟南芥同源基因序列,分析了大豆(Glycine max)的生长素响应因子GmARF16和Gm-miR160作用位点,设计出mGmARF16序列并成功构建了pGmARF16∷mGmARF16双元表达载体。此外,通过实时荧光定量PCR(qPCR)分析了GmARF16表达模式,发现该基因在大豆根、茎、叶、花、果荚和种子中均有一定量的表达,其中花中表达最强,茎中表达最弱;复叶中表达量高于子叶和第一对真叶。

草莓生长素响应因子FvARF10和FvARF18基因的克隆及表达分析

该研究以森林草莓(Fragaria vesca)为试验材料,利用RT-PCR技术克隆草莓FvARF10、FvARF18基因全长cDNA序列。生物信息学分析表明,FvARF10、FvARF18基因开放阅读框(ORF)分别为2 056bp和2 100bp,编码685和699个氨基酸,预测其分子量和等电点分别为75.73、76.78kD和8.12、6.55。系统进化树分析表明,FvARF10与苎麻BnARF10聚为一个分支,FvARF18与桑树MnARF18聚集在一个分支上,进化关系较密切。亚细胞定位预测分析表明,FvARF10、FvARF18蛋白均定位于细胞核或细胞质中。启动子分析显示,FvARF10、FvARF18基因均具有多样化的激素应答元件。荧光定量PCR结果显示,FvARF10和FvARF18基因在草莓不同组织中均有表达,FvARF10在果实中表达较高,且在半熟果中表达量最高,而FvARF18在茎中相对表达量最高;外源激素IAA处理1h后,FvARF10和FvARF18基因受到强烈诱导均呈上调表达,而后渐恢复正常水平。研究结果表明,FvARF10和FvARF18基因可能参与草莓的营养生殖及果实的生长发育调控,且与生长素信号转导过程相关。

龙眼胚性愈伤组织生长素响应因子DIARF5-1在不同激素处理下的定量表达分析

[目的]探讨外源生长素IAA、赤霉素、水杨酸、茉莉酸甲酯和乙烯利对龙眼胚性愈伤组织(emberogenic callus,EC)生长素响应因子DlARF5-1基因表达的影响。[方法]以龙眼EC为试材,利用实时荧光定量PCR法检测龙眼EC生长素响应因子DlARF5-1在不同激素处理下的表达情况。[结果]结果表明,龙眼EC生长素响应因子DlARF5-1对不同浓度的生长素、赤霉素、水杨酸、茉莉酸甲酯和乙烯利都有响应。DlARF5-1基因在1.0 mg/L IAA处理下的表达量高于对照水平,经12.0 mg/L GA3、75μmol/L SA、75μmol/L MeJA和30 mg/L乙烯利处理后,DlARF5-1基因的相对表达量较高,但都低于对照的表达量。[结论]外源生长素IAA可上调龙眼EC生长素响应因子DlARF5-1基因的表达,而外源赤霉素、水杨酸、茉莉酸甲酯和乙烯利对DlARF5-1基因的表达起负调控作用。

花生生长素响应因子基因AhARF3的克隆与表达分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)是调控生长素响应基因表达和信号转导的一类转录因子,在植物生长发育的各个阶段均起重要的调节作用。本研究基于花生种子萌发前后转录表达差异分析,克隆到1个生长素响应因子基因AhARF3。序列分析结果显示,该基因的ORF区为2 115 bp,编码704个氨基酸,推测相对分子量为72.92 kD,等电点6.86。不同器官表达谱分析结果显示,AhARF3为组成性表达,茎中的表达量最高,根与花中的表达量较低且近似,干种子中最低。种子萌发过程的表达分析显示,萌发10~72 h的种子中AhARF3表达量均比干种子中极显著增加,尤其是萌发48~72 h,AhARF3的表达水平不仅比萌发前期各阶段种子中的大幅上调,与根、茎、叶、花及各发育阶段的种子相比,也具有明显的表达优势。

茎瘤芥编码生长素响应因子基因在逆境胁迫下的表达分析

为了挖掘茎瘤芥响应盐胁迫和根肿菌胁迫过程中发挥功能的生长素响应因子基因(ARF),对进一步研究其在茎瘤芥抗逆过程中的基因功能提供依据。通过生物信息学方法对ARF家族基因启动子顺式作用元件进行分析,采用qPCR的方法对茎瘤芥ARF家族基因在不同器官以及盐胁迫和根肿菌胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在ARF家族基因启动子上发现了多个响应生长素、盐胁迫和病原菌胁迫的顺式作用元件。BjARF1A和BjARF4B在叶中表达水平高,BjARF7C在根中表达水平高。在盐胁迫处理3 h后,BjARF1B和BjARF2B在根中受到强烈诱导表达;处理6 h后,BjARF9A和BjARF13E也受到显著诱导表达。在根肿菌处理条件下,相比于0 h对照,BjARF3A和BjARF3D分别在病原菌处理12,24 h后受到强烈的诱导表达;BjARF13B则在处理后持续下调表达且下调程度逐渐加强。综上所述,筛选到4个显著响应盐胁迫和3个显著响应根肿菌胁迫的ARF家族基因,为进一步研究其基因功能奠定了研究基础。

青钱柳生长素响应因子CpARF2L的克隆与分析

生长素响应因子(ARF)家族基因广泛参与植物生长发育的调控过程。为了研究青钱柳生长素响应因子在青钱柳生长发育过程中的功能,我们以湖南张家界种源青钱柳为试验材料,利用荧光定量PCR(qRT-PCR)结合快速扩增技术克隆了一个青钱柳ARF家族基因(命名为CpARF2L,GenBank登录号:OM417077),对其序列特征进行生物信息学分析。结果表明,CpARF2L开放阅读框为2559 bp,编码853个氨基酸;预测其分子量和等电点分别为94496.33 ku和5.76,具有保守的B3 DNA结合结构域和生长素响应因子保守结构域。进化分析表明,CpARF2L与胡桃ARF2B-like蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,在青钱柳幼苗期CpARF2L基因存在组织表达差异,在展开的叶片中表达量最高。本研究为后继研究青钱柳CpARF2L的功能和作用机制提供了参考依据。

小麦生长素响应因子TaARF6转基因烟草植株分子鉴定

【目的】生长素响应因子(ARF)在介导生长素信号传递和调控下游生长素响应基因的表达中发挥着重要功能。本文旨在以在富集丰磷特异表达基因的小麦根系c DNA差减文库中鉴定的1个ARF类别的家族成员TaARF6为基础,对该基因c DNA序列、分子特征、不同供磷水平下该基因在根、叶中表达模式及遗传转化TaARF6对丰磷和缺磷条件下植株形态的影响进行较全面研究,阐明该小麦生长素响应因子基因介导不同供磷水平下对植株生长特性的影响。【方法】采用生物信息学工具预测TaARF6编码蛋白特征;采用溶液培养法培养丰、缺磷处理小麦幼苗,采用半定量RT-PCR技术鉴定TaARF6在丰、缺磷处理下的表达特征。采用DNA重组技术构建将TaARF6编码阅读框融合至表达载体中的表达质粒,利用农杆菌介导的遗传转化法建立超表达TaARF6转基因烟草植株。采用琼脂培养和溶液培养法,培养丰、缺磷不同供磷水平下野生型植株和转基因烟草植株,进而利用常规分析方法鉴定不同磷水平下植株长势、根系和茎叶生物量和植株根叶形态及性状。【结果】1)TaARF6编码生长素响应因子(ARF)型转录因子,编码蛋白中含有ARF家族成员具有的保守结构域。该基因在氨基酸水平上与源于短柄草Bd ARF6和源于水稻的Os ARF6具有高度同源特征。表达分析表明,TaARF6在根、叶中均呈典型低磷下表达下调、复磷后表达再度回升模式,表明该基因表达受到外界供磷水平的调节。2)遗传转化结果表明,在正常生长和低磷逆境下,与野生型植株相比,转基因烟草株系幼苗和植株形态明显增大。3)丰、缺磷不同供磷水平下,与未转化的野生型(WT)对照植株相比,转基因系(Line 3和Line 5)植株幼苗和植株根系、茎叶和单株鲜、干重均较野生型显著增加。此外,与WT相比,转基因系植株根系数量增多、主侧根长度、根体积、叶面积和根冠比增加。【结论】TaARF6编码典型的生长素响应因子,其编码蛋白具有生长素响应因子特有结构域。TaARF6对环境中的低磷胁迫逆境能产生明显应答。上调表达TaARF6基因,具有增加植株根、叶鲜、干重和改善根叶及植株形态的生物学功能。本研究表明,通过对植株体内生长素响应基因的转录调控,TaARF6在介导植株不同供磷水平下的根叶形态建成和干物质累积过程中发挥着重要作用。

红地球葡萄生长素响应因子VvARF7基因克隆及其光响应分析

生长素是一类重要的植物内源激素,在植物的生长发育过程中具有重要作用,而生长素响应因子(ARF)是一类受生长素调节的转录因子,在生长素信号调控途径中起重要作用。因此,本研究以设施栽培的红地球葡萄VvARF7基因为对象,对其进行生物信息学及在红蓝光处理下的表达响应分析,为进一步研究其作用机制提供参考。结果显示,VvARF7基因全长3468 bp,编码1155个氨基酸,相对分子质量为12958,蛋白质等电点为6.66。VvARF7与河岸葡萄VrARF7-like亲缘关系最近,为亲水蛋白质;二级结构中β-转角占8.14%,延伸链占14.63%,α-螺旋占27.27%,无规则卷曲占49.96%,属于核定位蛋白质。启动子序列分析结果表明,VvARF7主要包括激素应答和光调控顺式作用元件。qRT-PCR结果表明,在花芽分化过程中处理组VvARF7相对表达量在5月30日-8月15日低于对照组,花芽分化后期(6月30日-7月30日)在处理组中的相对表达量显著低于对照组。由此推测VvARF7响应红蓝光(4∶1)参与葡萄花芽分化过程的调控。