苦蕎ARF基因家族的鑒定及生長素誘導(dǎo)下的表達(dá)模式
發(fā)布時間：2021-02-09 00:42
【目的】全基因組水平鑒定苦蕎ARF家族基因,并對其家族基因結(jié)構(gòu)、保守結(jié)構(gòu)域、系統(tǒng)進(jìn)化、組織表達(dá)差異及外源生長素處理下基因表達(dá)水平進(jìn)行分析,為苦蕎ARF的功能研究和利用奠定基礎(chǔ)�！痉椒ā客ㄟ^轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和ARF保守結(jié)構(gòu)域（PF06507）分析,篩選苦蕎ARF家族成員,利用TBtools軟件繪制基因結(jié)構(gòu)圖,利用NCBI及MEME在線預(yù)測苦蕎ARF蛋白保守結(jié)構(gòu)域和保守基序,利用MEGA X構(gòu)建苦蕎和擬南芥、水稻、甜蕎、甜菜、大豆ARF蛋白系統(tǒng)進(jìn)化樹。使用根、莖、葉、花、未成熟和成熟籽粒6個組織轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的FPKM值,通過TBtools HeatMap繪制FtARFs基因表達(dá)熱圖,分析FtARFs的組織表達(dá)特異性。使用PlantCARE在線網(wǎng)站預(yù)測莖稈特異表達(dá)的FtARFs啟動子的順式作用元件。以0.5 mg·L-1 IAA處理2份高稈（ZNQ189和PI673849）與2份矮稈（PI658429和PI647612）苦蕎材料,觀察苦蕎下胚軸伸長的特征,于生長素處理不同時間段（0、0.5、1、6、12、24和48 h）取樣,qRT-PCR檢測FtARFs基因在不同苦蕎下胚軸中...
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2020,53(23)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
外源激素IAA處理7 d后苦蕎幼苗的生長情況及細(xì)胞學(xué)觀察
圖6 外源激素IAA處理7 d后苦蕎幼苗的生長情況及細(xì)胞學(xué)觀察作為最廣泛的植物激素，生長素對植株的生長發(fā)育具有重要作用。TIWARI等[37-39]研究發(fā)現(xiàn)，生長素以濃度依賴的方式調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。當(dāng)生長素濃度低時，Aux/IAA抑制子與ARF轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合，抑制ARF的活性，當(dāng)生長素濃度提高時，Aux/IAA被泛素化，ARF轉(zhuǎn)錄因子變?yōu)橛谢钚缘男问�，激活或抑制下游基因的表達(dá)。CHENG等[40]發(fā)現(xiàn)擬南芥特定組織中生長素合成缺陷會造成突變體頂端優(yōu)勢喪失、株高下降、葉片扭曲等發(fā)育缺陷，對植株形態(tài)產(chǎn)生重要影響。同時，擬南芥At ARF19受到外源生長素和乙烯的誘導(dǎo)，外源生長素濃度會影響mi R390的表達(dá)，從而影響At ARF4介導(dǎo)的側(cè)根形成[41]�？梢�，生長素的含量和分布對植株形態(tài)建成具有重要影響，因此，研究與生長素含量變化相關(guān)的基因，對解析植物生長發(fā)育具有指導(dǎo)作用。本研究使用0.5 mg·L-1 IAA處理苦蕎幼苗，不同的材料表現(xiàn)出不同的生長狀態(tài)，PI658429下胚軸變短，其余材料下胚軸呈現(xiàn)出增長趨勢，王紅飛等[42]研究發(fā)現(xiàn)下胚軸伸長與細(xì)胞伸長直接相關(guān)，本研究對其下胚軸縱向切片發(fā)現(xiàn)，PI658429生長素處理后，細(xì)胞長度變短，其余材料細(xì)胞均伸長，因此推測4份材料在生長素處理后表現(xiàn)出不同的表型變化主要是由于細(xì)胞長度變化引起的。在生長素處理0.5 h時，大多數(shù)下胚軸特異表達(dá)的Ft ARFs基因表達(dá)量上調(diào)，在處理前期（0.5—1 h）表達(dá)量升高，處理后期表達(dá)量降低，盛慧等[43]使用生長素處理黃瓜幼苗發(fā)現(xiàn)，ARF基因的表達(dá)受到IAA的正調(diào)控。LIU等[25]對苦蕎ARF研究發(fā)現(xiàn)在不同的組織和器官中，F(xiàn)t ARFs基因的轉(zhuǎn)錄豐度變化很大，且具有組織特異性表達(dá)，外源NAA處理試驗(yàn)表明Ft ARFs基因在果實(shí)發(fā)育過程中對生長素正響應(yīng)。同時WALLER等[44]也研究發(fā)現(xiàn)外源生長素在15—30 min內(nèi)上調(diào)Os ARF1 m RNA的穩(wěn)態(tài)水平。因此，推測Ft ARFs基因在響應(yīng)IAA信號誘導(dǎo)苦蕎下胚軸伸長中發(fā)揮作用。但是發(fā)現(xiàn)雖然大多數(shù)Ft ARFs基因?qū)ν庠瓷L素處理有反應(yīng)，但生長素響應(yīng)元件僅存在于其中5個Ft ARFs基因的啟動子區(qū)，因此，F(xiàn)t ARFs基因受生長素誘導(dǎo)的機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。
為了充分揭示苦蕎ARF基因家族的進(jìn)化關(guān)系，選取擬南芥、水稻、甜蕎、甜菜和大豆，6個物種共114個ARF蛋白構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹（圖3）。聚類分析顯示，共分為4個類群（GroupⅠ—GroupⅣ），分別含有38、15、38和23個成員，然而不同類群的蛋白在功能上可能存在一定差異，其中，苦蕎Ft ARFs在4個類群中均有分布，如在GroupⅠ中包含8個成員（Ft ARF1、Ft ARF3、Ft ARF5、Ft ARF10、Ft ARF11、Ft ARF12、Ft ARF20和Ft ARF22),GroupⅡ中包含3個成員（Ft ARF9、Ft ARF17和Ft ARF23),GroupⅢ中包含10個成員（Ft ARF2、Ft ARF4、Ft ARF6、Ft ARF8、Ft ARF13、Ft ARF14、Ft ARF16、Ft ARF18、Ft ARF24和Ft ARF25),GroupⅣ中包含5個成員（Ft ARF7、Ft ARF15、Ft ARF19、Ft ARF22和Ft ARF26）。同時發(fā)現(xiàn)有18個苦蕎ARF成員與甜蕎ARF高度同源。在GroupⅠ中，擬南芥At ARF12—At ARF15、At ARF20—At ARF23成員單獨(dú)聚在一個分支上，在其他5個物種中，均未發(fā)現(xiàn)與其高度同源的序列。圖2 苦蕎ARF家族的系統(tǒng)發(fā)育樹、保守結(jié)構(gòu)域和基因結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]北方旱地蕎麥抗倒栽培技術(shù)研究[J]. 郭志利,孫常青. 雜糧作物. 2007(05)
[2]生長素調(diào)控植物株型形成的研究進(jìn)展[J]. 王冰,李家洋,王永紅. 植物學(xué)通報(bào). 2006(05)
[3]植物矮化突變體的激素調(diào)控[J]. 虞慧芳,曹家樹,王永勤. 生命科學(xué). 2002(02)
本文編號：3024761
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 2020,53(23)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
外源激素IAA處理7 d后苦蕎幼苗的生長情況及細(xì)胞學(xué)觀察
圖6 外源激素IAA處理7 d后苦蕎幼苗的生長情況及細(xì)胞學(xué)觀察作為最廣泛的植物激素，生長素對植株的生長發(fā)育具有重要作用。TIWARI等[37-39]研究發(fā)現(xiàn)，生長素以濃度依賴的方式調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。當(dāng)生長素濃度低時，Aux/IAA抑制子與ARF轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合，抑制ARF的活性，當(dāng)生長素濃度提高時，Aux/IAA被泛素化，ARF轉(zhuǎn)錄因子變?yōu)橛谢钚缘男问�，激活或抑制下游基因的表達(dá)。CHENG等[40]發(fā)現(xiàn)擬南芥特定組織中生長素合成缺陷會造成突變體頂端優(yōu)勢喪失、株高下降、葉片扭曲等發(fā)育缺陷，對植株形態(tài)產(chǎn)生重要影響。同時，擬南芥At ARF19受到外源生長素和乙烯的誘導(dǎo)，外源生長素濃度會影響mi R390的表達(dá)，從而影響At ARF4介導(dǎo)的側(cè)根形成[41]�？梢�，生長素的含量和分布對植株形態(tài)建成具有重要影響，因此，研究與生長素含量變化相關(guān)的基因，對解析植物生長發(fā)育具有指導(dǎo)作用。本研究使用0.5 mg·L-1 IAA處理苦蕎幼苗，不同的材料表現(xiàn)出不同的生長狀態(tài)，PI658429下胚軸變短，其余材料下胚軸呈現(xiàn)出增長趨勢，王紅飛等[42]研究發(fā)現(xiàn)下胚軸伸長與細(xì)胞伸長直接相關(guān)，本研究對其下胚軸縱向切片發(fā)現(xiàn)，PI658429生長素處理后，細(xì)胞長度變短，其余材料細(xì)胞均伸長，因此推測4份材料在生長素處理后表現(xiàn)出不同的表型變化主要是由于細(xì)胞長度變化引起的。在生長素處理0.5 h時，大多數(shù)下胚軸特異表達(dá)的Ft ARFs基因表達(dá)量上調(diào)，在處理前期（0.5—1 h）表達(dá)量升高，處理后期表達(dá)量降低，盛慧等[43]使用生長素處理黃瓜幼苗發(fā)現(xiàn)，ARF基因的表達(dá)受到IAA的正調(diào)控。LIU等[25]對苦蕎ARF研究發(fā)現(xiàn)在不同的組織和器官中，F(xiàn)t ARFs基因的轉(zhuǎn)錄豐度變化很大，且具有組織特異性表達(dá)，外源NAA處理試驗(yàn)表明Ft ARFs基因在果實(shí)發(fā)育過程中對生長素正響應(yīng)。同時WALLER等[44]也研究發(fā)現(xiàn)外源生長素在15—30 min內(nèi)上調(diào)Os ARF1 m RNA的穩(wěn)態(tài)水平。因此，推測Ft ARFs基因在響應(yīng)IAA信號誘導(dǎo)苦蕎下胚軸伸長中發(fā)揮作用。但是發(fā)現(xiàn)雖然大多數(shù)Ft ARFs基因?qū)ν庠瓷L素處理有反應(yīng)，但生長素響應(yīng)元件僅存在于其中5個Ft ARFs基因的啟動子區(qū)，因此，F(xiàn)t ARFs基因受生長素誘導(dǎo)的機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。
為了充分揭示苦蕎ARF基因家族的進(jìn)化關(guān)系，選取擬南芥、水稻、甜蕎、甜菜和大豆，6個物種共114個ARF蛋白構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹（圖3）。聚類分析顯示，共分為4個類群（GroupⅠ—GroupⅣ），分別含有38、15、38和23個成員，然而不同類群的蛋白在功能上可能存在一定差異，其中，苦蕎Ft ARFs在4個類群中均有分布，如在GroupⅠ中包含8個成員（Ft ARF1、Ft ARF3、Ft ARF5、Ft ARF10、Ft ARF11、Ft ARF12、Ft ARF20和Ft ARF22),GroupⅡ中包含3個成員（Ft ARF9、Ft ARF17和Ft ARF23),GroupⅢ中包含10個成員（Ft ARF2、Ft ARF4、Ft ARF6、Ft ARF8、Ft ARF13、Ft ARF14、Ft ARF16、Ft ARF18、Ft ARF24和Ft ARF25),GroupⅣ中包含5個成員（Ft ARF7、Ft ARF15、Ft ARF19、Ft ARF22和Ft ARF26）。同時發(fā)現(xiàn)有18個苦蕎ARF成員與甜蕎ARF高度同源。在GroupⅠ中，擬南芥At ARF12—At ARF15、At ARF20—At ARF23成員單獨(dú)聚在一個分支上，在其他5個物種中，均未發(fā)現(xiàn)與其高度同源的序列。圖2 苦蕎ARF家族的系統(tǒng)發(fā)育樹、保守結(jié)構(gòu)域和基因結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]北方旱地蕎麥抗倒栽培技術(shù)研究[J]. 郭志利,孫常青. 雜糧作物. 2007(05)
[2]生長素調(diào)控植物株型形成的研究進(jìn)展[J]. 王冰,李家洋,王永紅. 植物學(xué)通報(bào). 2006(05)
[3]植物矮化突變體的激素調(diào)控[J]. 虞慧芳,曹家樹,王永勤. 生命科學(xué). 2002(02)
本文編號：3024761
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