euAP2類轉(zhuǎn)錄因子在水稻花器官發(fā)育中功能的初步研究
發(fā)布時間：2021-09-05 07:50
euAP2類轉(zhuǎn)錄因子作為一類特殊的AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族成員,在調(diào)節(jié)植物開花時間、分生組織活性維持與轉(zhuǎn)化以及花器官屬性建成等發(fā)育過程中具有重要作用。水稻基因組中共有5個euAP2同源基因,部分成員已被報道參與調(diào)控穗分枝、花器官發(fā)育、離層發(fā)育以及淀粉合成等過程,但是這些euAP2基因在水稻花器官發(fā)育調(diào)控中功能的協(xié)同與分化尚不明確。通過啟動子順式作用元件分析、突變體表型觀察以及基因表達模式分析,本研究初步探討了水稻5個euAP2類轉(zhuǎn)錄因子在花器官發(fā)育中的作用。結(jié)果表明,水稻euAP2家族成員的表達具有特異性,轉(zhuǎn)錄水平會因其他成員的缺失而發(fā)生改變; euAP2家族突變體的花器官表型不盡相同,僅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1的CRISPR敲除突變體顯現(xiàn)明顯的花器官異常發(fā)育表型,暗示這些基因在調(diào)節(jié)水稻花器官發(fā)育中具有不同的功能。
【文章來源】：植物生理學(xué)報. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
水稻euAP2基因表達水平的分析
圖3 水稻euAP2基因表達水平的分析植物AP2/ERF(APETALA2/乙烯響應(yīng)因子)類轉(zhuǎn)錄因子在感受外界環(huán)境變化、響應(yīng)脅迫應(yīng)激反應(yīng)、以及調(diào)控植物生長發(fā)育中發(fā)揮著重要功能(ZumajoCardona和Pabón-Mora 2016)。其中,euAP2類基因被報道參與維持花的確定性,建立外輪不育花被和內(nèi)輪生殖器官之間的邊界(Bowman等1991)。在擬南芥中,6個euAP2基因AP2、SNZ、SMZ、TOE1、TOE2和TOE3已相繼被確認(rèn)參與調(diào)控開花并決定萼片和花瓣的屬性建成(Aukerman和Sakai2003;Yant等2010)。我們的初步研究確認(rèn)水稻5個euAP2基因在調(diào)控小穗和花器官發(fā)育中的功能不同。其中,僅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1基因的單突變體具有花器官異常發(fā)育的表型,Os AP2-2/OsIDS1基因在‘武運粳七號’背景下突變后未觀察到明顯的花器官發(fā)育異常,暗示可能存在功能冗余;雖然osap2-4突變體花器官發(fā)育正常,但表現(xiàn)出其他生長發(fā)育的異常(結(jié)果未列出),暗示它們的確參與了不同的生長發(fā)育調(diào)控過程。因此,有必要在后期研究中進一步構(gòu)建高階突變體來明確OsAP2-1、OsAP2-2/OsIDS1和OsAP2-4基因在水稻小穗或其他發(fā)育過程中的具體作用機制。
通過比對分析發(fā)現(xiàn),在5個基因的啟動子區(qū)域具有6個保守性較高的基序(圖1-A),主要位于靠近起始密碼子的5"UTR區(qū)域,包括4個富含gC的基序、1個富含CT的基序以及1個富含AT的基序,除OsAP2-4外,這些保守基序大多位于基因的正義鏈上。為了對啟動子調(diào)控元件的保守性進行分析,將5個euAP2基因的啟動子序列與擬南芥、玉米、大麥、煙草和豌豆等物種中已知的順式作用元件進行比對,并根據(jù)元件的分布頻率進行聚類分析,共檢測到了19個共有元件和19個特異元件,其中特異元件為OsAP2-1中4個,OsAP2-2中3個,OsAP2-3中6個,Os AP2-4中2個,Os AP2-5中4個。共有元件中包含已知功能的光響應(yīng)元件g-Box、gT1-motif和Box 4,厭氧誘導(dǎo)必需的抗氧化元件(antioxidant response element,ARE),以及激素響應(yīng)元件,例如涉及脫落酸反應(yīng)的脫落酸響應(yīng)元件(ABA-responsive element,ABRE)以及涉及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)反應(yīng)的TgACg-motif,這些共有元件可能是euAP2類基因參與水稻開花調(diào)節(jié)、脅迫響應(yīng)以及激素響應(yīng)的調(diào)控位點。19個特異元件中,已知的功能多與光信號響應(yīng)相關(guān),例如OsAP2-1特有的ACA-motif和chs-CMA1a、Os AP2-2的g A-motif、OsAP2-3的TCCC-motif以及Os AP2-5的ATC-motif。此外,Os AP2-3的特異性元件中包括涉及柵欄葉肉細(xì)胞分化過程調(diào)控的HD-Zip1以及參與防御和應(yīng)激反應(yīng)的TC-rich repeats,而OsAP2-4和OsAP2-5則分別具有生長素響應(yīng)相關(guān)元件AuxRR-core和赤霉素響應(yīng)相關(guān)元件TATC-box。2.2 euAP2類轉(zhuǎn)錄因子的聚類分析與水稻突變體鑒定
本文編號：3384953
【文章來源】：植物生理學(xué)報. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
水稻euAP2基因表達水平的分析
圖3 水稻euAP2基因表達水平的分析植物AP2/ERF(APETALA2/乙烯響應(yīng)因子)類轉(zhuǎn)錄因子在感受外界環(huán)境變化、響應(yīng)脅迫應(yīng)激反應(yīng)、以及調(diào)控植物生長發(fā)育中發(fā)揮著重要功能(ZumajoCardona和Pabón-Mora 2016)。其中,euAP2類基因被報道參與維持花的確定性,建立外輪不育花被和內(nèi)輪生殖器官之間的邊界(Bowman等1991)。在擬南芥中,6個euAP2基因AP2、SNZ、SMZ、TOE1、TOE2和TOE3已相繼被確認(rèn)參與調(diào)控開花并決定萼片和花瓣的屬性建成(Aukerman和Sakai2003;Yant等2010)。我們的初步研究確認(rèn)水稻5個euAP2基因在調(diào)控小穗和花器官發(fā)育中的功能不同。其中,僅有OsAP2-3/SNB和OsAP2-5/SHAT1基因的單突變體具有花器官異常發(fā)育的表型,Os AP2-2/OsIDS1基因在‘武運粳七號’背景下突變后未觀察到明顯的花器官發(fā)育異常,暗示可能存在功能冗余;雖然osap2-4突變體花器官發(fā)育正常,但表現(xiàn)出其他生長發(fā)育的異常(結(jié)果未列出),暗示它們的確參與了不同的生長發(fā)育調(diào)控過程。因此,有必要在后期研究中進一步構(gòu)建高階突變體來明確OsAP2-1、OsAP2-2/OsIDS1和OsAP2-4基因在水稻小穗或其他發(fā)育過程中的具體作用機制。
通過比對分析發(fā)現(xiàn),在5個基因的啟動子區(qū)域具有6個保守性較高的基序(圖1-A),主要位于靠近起始密碼子的5"UTR區(qū)域,包括4個富含gC的基序、1個富含CT的基序以及1個富含AT的基序,除OsAP2-4外,這些保守基序大多位于基因的正義鏈上。為了對啟動子調(diào)控元件的保守性進行分析,將5個euAP2基因的啟動子序列與擬南芥、玉米、大麥、煙草和豌豆等物種中已知的順式作用元件進行比對,并根據(jù)元件的分布頻率進行聚類分析,共檢測到了19個共有元件和19個特異元件,其中特異元件為OsAP2-1中4個,OsAP2-2中3個,OsAP2-3中6個,Os AP2-4中2個,Os AP2-5中4個。共有元件中包含已知功能的光響應(yīng)元件g-Box、gT1-motif和Box 4,厭氧誘導(dǎo)必需的抗氧化元件(antioxidant response element,ARE),以及激素響應(yīng)元件,例如涉及脫落酸反應(yīng)的脫落酸響應(yīng)元件(ABA-responsive element,ABRE)以及涉及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)反應(yīng)的TgACg-motif,這些共有元件可能是euAP2類基因參與水稻開花調(diào)節(jié)、脅迫響應(yīng)以及激素響應(yīng)的調(diào)控位點。19個特異元件中,已知的功能多與光信號響應(yīng)相關(guān),例如OsAP2-1特有的ACA-motif和chs-CMA1a、Os AP2-2的g A-motif、OsAP2-3的TCCC-motif以及Os AP2-5的ATC-motif。此外,Os AP2-3的特異性元件中包括涉及柵欄葉肉細(xì)胞分化過程調(diào)控的HD-Zip1以及參與防御和應(yīng)激反應(yīng)的TC-rich repeats,而OsAP2-4和OsAP2-5則分別具有生長素響應(yīng)相關(guān)元件AuxRR-core和赤霉素響應(yīng)相關(guān)元件TATC-box。2.2 euAP2類轉(zhuǎn)錄因子的聚類分析與水稻突變體鑒定
本文編號：3384953
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