生长素响应因子(ARF)是介导生长素信号传导并调节多种生物学过程的转录因子家族.为探究蛇足石杉ARF基因家族成员及其在高温和干旱胁迫响应中的作用,该研究利用全长转录组和RNA-seq数据,分析蛇足石杉ARF基因家族成员的系统发育及表达模式,并通过生物信息学分析,对ARF基因家族的理化性质、结构域、保守基序、系统发育、组织表达模式及高温和干旱胁迫下的表达模式进行分析.结果表明:(1)在蛇足石杉全长转录组中共筛选出 24 个ARF家族成员,均为酸性蛋白且均为亲水蛋白.(2)亚细胞定位预测显示,所有24 个HsARF均定位于细胞核.(3)系统发育分析发现,HsARF与被子植物拟南芥和水稻亲缘关系较远,与高等开花植物只有 2 个共同的ARF祖先.(4)结构域分析发现,除HsARF18/23/24外,大多数HsARF有B3 结构域.二级结构分析发现,HsARF蛋白占比最多的为无规卷曲,其次为延伸链和α-螺旋.24 个HsARF蛋白中所用的三级结构模型只有 4 种.(5)RNA-seq分析显示,7 个HsARF在所有检测的组织中表达量均较高,10 个HsARF在茎中的表达量高于根和叶,而HsARF13 和HsARF14 在叶中的表达量低于根和茎.(6)HsARF在高温和干旱胁迫下表达量发生显著变化,其中18 个HsARF基因不同程度高温胁迫诱导,有7 个HsARF基因响应干旱胁迫,其中有3 个HsARF基因受干旱诱导,有4 个HsARF基因受干旱抑制.该研究结果为蛇足石杉HsARF基因的功能和生物育种提供了理论参考.

[目的]WRKY转录因子参与植物对低磷胁迫反应的调控.基于前期苦荞在低磷胁迫下的转录组数据,克隆FtWRKY28基因,预测基因及其编码蛋白的序列结构特征,分析基因在各器官中以及在低磷和激素处理下的表达模式、蛋白的亚细胞定位与转录激活活性,为阐明基因的生物学功能奠定基础.[方法]基于苦荞基因组数据库注释设计特异引物,用逆转录PCR从低磷处理的苦荞根RNA样中克隆FtWRKY28的完整编码序列,用生物信息学方法分析基因与蛋白的结构以及同源蛋白的进化关系,用实时荧光定量分析基因的表达模式,用拟南芥原生质体瞬时表达体系分析蛋白的亚细胞定位,用酵母单杂交分析蛋白的转录激活活性.[结果]FtWRKY28的完整编码序列长876 bp,编码1个含291个氨基酸、有1个WRKY结构域、锌指结构域为C2 H2型的蛋白,归属WRKY家族Ⅱ组.FtWRKY28绝大部分定位于细胞核,具有转录激活活性.FtWRKY28在根中表达水平最高,受低磷、吲哚乙酸、赤霉素3和6-苄氨基嘌呤显著诱导.[结论]FtWRKY28具有转录因子的基本结构与生物化学特征,可能通过生长素、赤霉素、细胞分裂素信号网络的交互作用,调控苦荞在低磷胁迫下的响应过程.

玉米遗传转化受体主要是未成熟幼胚,经过组织培养形成胚性愈伤组织,进而分化成苗.目前,对玉米胚性愈伤组织形成的分子机理的了解还不深入.为了挖掘调控玉米胚性愈伤组织形成的基因,本研究选取玉米自交系CAL28×郑58的F3群体中不同表型的愈伤组织进行RNA-seq分析.与愈伤发生差的Ⅱ型愈伤相比,愈伤发生好的Ⅰ型愈伤中共检测到4419个差异表达基因,其中1571个基因上调,2848个基因下调.GO富集分析结果表明,差异表达基因主要富集在细胞过程、催化活性、细胞组分等通路中.KEGG富集分析表明,差异表达基因主要富集在苯丙烷生物合成途径和植物激素信号转导途径.在生长素早期响应基因中,8个AUX/IAA家族基因,如IAA23、IAA33、IAA41,和4个GH3家族基因在Ⅰ型愈伤中上调表达.差异显著基因中共有隶属56个转录因子家族的2968个转录因子,其中与愈伤形成相关的AP2、WOX和LBD转录因子家族基因中的ZmEREB53、ZmEREB206、ZmEREB 184、ZmLBD10、ZmLBD24、ZmLBD31、ZmLBD32、ZmWOX5b、ZmWOX9b 等在Ⅰ型愈伤 中的表达量显著上调,对这些靶标基因进行遗传操作有可能促进玉米愈伤组织形成.本研究发现的靶标基因具有较大的应用潜力,研究结果也为解析玉米愈伤组织形成的分子机理提供了理论参考.

生长素是调控果实发育成熟的重要植物激素之一.在生长素介导的信号转导机制中,ARF和Aux/IAA扮演重要的角色.ARF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.Aux/IAA通过结构域Ⅲ和Ⅳ与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能.研究表明,ARF因子参与调控果实形态发育、硬度和糖分积累等,Aux/IAA因子在授粉、果实形态发育等方面作用明显.此外ARF和Aux/IAA之间相互或与自身发生的互作以调控下游基因表达是植物体响应生长素信号的主要机制.介绍了ARF和Aux/IAA的结构特征、在不同植物中的分布状况以及与果实发育成熟的关系,同时讨论了ARF和Aux/IAA互作的研究现状,旨为进一步阐明生长素调控果实发育成熟的机制提供参考.

虽然LEAFY COTYLEDON 1-LIKE与LEAFY COTYLEDON1同为LEAFY COTYLEDON1型的AHAP3亚基,但是与主要在胚胎发育晚期发挥重要作用的LEAFY COTYLEDON1不同,LEAFY COTYLEDON 1-LIKE在体细胞胚胎发育的早期具有把营养阶段的细胞转化为胚胎期细胞的能力.而与LEAFY COTYLEDON类基因同样具有特异性B3结构域的LEAFY COTYLEDON2转录因子,能够通过IPA-YUC生长素合成途径参与在体细胞组织中创造胚胎发生的环境.除此之外,LEAFY COTYLEDON2还通过调节ABA/GA的比例来促进胚胎的发生及其发育.胚胎晚期的WUSCHE和SHOOTMERISTEMLESS的表达相互独立但又协调的维持SAM的功能,独立于WUSCHE基因表达的KNOX途径与激素的交互作用,能够维持胚胎茎顶端分生组织中高浓度的CK和低浓度的GA环境,有利于WUSCHE-CLAVATA途径响应于CK持续产生干细胞.综上所述能够提高对胚胎发生分子调控网络的认识,在未来更深入的胚胎发生研究中奠定分子基础.

植物生长素响应因子ARF(auxin response factor)参与调节了植物的向性运动、顶端优势、微观的分化、侧根和茎的形态发生等众多生理反应,在植物生长发育的整个过程都起到重要调控作用.本研究通过对小麦最新基因组数据进行分析,获得了61个ARF家族基因,命名为TaARFs,根据染色体编号排列为TaARF1～TaARF61,对61个TaARFs基因进行系统生物信息学分析后发现ARF家族基因结构较为复杂,外显子数量从1个到15个变化不等,除了4号染色体和5A和5B染色体之外,其余的染色体均有ARF家族基因分布.ARF家族基因大多包含B3 DNA结构域、ARF结构域(Auxin-resp)和Aux/IAA结构域;同源进化分析表明,小麦ARF家族基因的旁系同源基因数量明显多于大麦和二穗短柄草.通过拟南芥数据库比对获得14个高同源的根系发育相关的小麦ARF家族基因,利用二系杂交小麦京麦6号及父母本根系为试材进行干旱胁迫处理及实时荧光定量PCR(qPCR)筛选.结果表明,7个小麦ARF基因不同程度受到干旱胁迫诱导,其在旱胁迫下的表达量显著高于正常条件下的表达量,可能参与干旱胁迫应答;此外本研究还发现,ARF基因在F1杂交种中表达量显著高于双亲,表现出超亲表达模式,可能参与了根系抗旱杂种优势基因表达调控网络.

植物的生长发育与光信号密切相关,外界光强、光质的变化会改变植物的生长发育状态.在自然或人工生态系统中,植株个体的光环境往往会被其周围植物所影响,导致荫蔽胁迫,其主要表现为光合有效辐射以及红光与远红光比值(R:FR)降低.荫蔽胁迫对植物生长发育的多个时期均有影响,如抑制种子萌发、促进幼苗下胚轴伸长及促进植物花期提前等,这对农业生产不利,会导致作物产量以及品质的降低.植物激素是调控植物生长发育的关键内源因子.大量研究表明,生长素(IAA)、赤霉素(GA)及油菜素甾醇(BR)等植物激素均参与介导植物的荫蔽胁迫响应.当植物处于荫蔽胁迫时,光信号的改变会影响植物激素的合成及信号转导.不同植物激素对荫蔽胁迫的响应各不相同,但其信号通路之间却存在互作关系,从而形成复杂的网络状调控路径.该文总结了几种主要植物激素(生长素、赤霉素、油菜素甾醇及乙烯)响应荫蔽胁迫的机理,重点论述了荫蔽胁迫对植物激素合成及信号通路的影响,以及植物激素调控荫蔽胁迫下植物生长的分子机理,并对未来潜在的研究热点进行了分析.

生长素响应因子(ARF)是植物中可以特异性结合生长素应答基因启动子的转录因子,在植物的生长发育中起着重要的调控作用.为了更好的了解亚洲棉中ARF基因家族的种类和数量,本文利用生物信息学的方法,分析了亚洲棉基因组中ARF基因的种类、进化关系、物理定位以及基因的结构和保守基序.结果表明在亚洲棉基因组中发现并初步确定了29个ARF基因,命名为GaARF,通过基因定位发现除在2、3、5、11号染色体上没有ARF基因外,其他染色体上都有ARF基因存在;而且在10号染色体上还存在着基因簇;进化树分析表明,亚洲棉部分ARF蛋白和已知功能的拟南芥聚类到一起;表达模式分析显示,不同组织不同处理条件下ARF基因的表达存在差异.

为了研究葡萄早期应答生长素基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族,本研究利用全基因组信息鉴定了葡萄64个SAUR家族成员,并对SAUR家族成员的基因结构、氨基酸特性、染色体定位、基因进化、基因功能以及组织表达进行分析.结果表明,葡萄全基因组上64个SAUR家族成员在19条染色体中的8条染色体上呈现簇状分布,主要分布在3、4号染色体上,其中3号染色体上数量最多为37个;葡萄SAUR家族基因长度较短,有59个基因是无内含子基因;蛋白理化特征分析显示,多数SAUR蛋白呈碱性,结构稳定性较差,蛋白脂溶指数高,呈亲水性;基因功能预测结果表明,葡萄SAUR基因主要担当生长因子、结构蛋白、转录、转录调控以及响应胁迫应答和免疫应答6种功能,其中更多参与生长调节功能;根据系统进化分析将其分为10个分支,另外不同组织表达谱的分析结果表明SA UR基因家族成员具有不同的组织表达模式,对于非生物胁迫具有一定的调节作用.这些信息为葡萄SAUR基因家族功能分析奠定了一定的工作基础.

作为一类关键的生长素响应因子,ARFs在植物各组织器官的生理活动中起到多效性的作用.本研究结合表型分析,发现番茄SlA F2-RNAi植株叶片叶色鲜绿,侧生叶间小叶数量减少.通过调查,发现在衰老过程中,与对照植株叶片在老化时大规模快速萎黄死亡相比,SlA RF2-RNAi植株叶片延缓了老化进程,作为衰老上调基因,SENU1和SENU5基因的延迟表达证明了这一点;在光合水平上,同一时期其叶片可维持相对较高的存活率,个体叶片光合速率,最大光化学效率,叶绿素残留量,Rubisco酶活性下降均慢于对照,同时RBCL,RBCS基因的下调相对滞后;在激素水平上,其叶片衰老机制可能独立于ZR途径,涉及IAA的调控.