AP2转录因子属于AP2/ERF超家族,参与调节植物生长发育的各种生物学过程,以及对生物和非生物胁迫的响应.然而,关于紫苏(Perilla frutescens)AP2转录因子家族的研究未见报道.在本研究中,从紫苏基因组中鉴定到18个AP2家族成员,使用生物信息学方法分析了基因结构、保守基序和顺式作用元件.WRINKLED 1(WRI1)是许多植物物种中脂质生物合成的关键调节因子,在油脂合成过程中发挥重要调控作用.通过序列比对发现其中1个成员与AtWRI1序列高度同源,含有2个保守的AP2结构域,命名为PfWRI1.结合转录物组数据分析了 PfAP2家族基因在紫苏不同组织和种子发育不同阶段的表达水平,结果表明,PfWRI1仅在紫苏种子中高表达,暗示Pf-WRI1 可能与种子的发育过程有关.进而构建植物过表达载体pCAMBIA1303-PfWRI1,通过农杆菌侵染技术转化野生型(Col)以及突变体(wri1-1)拟南芥,分别获得过表达和回补株系.结果表明,相比于Col,PfWRI1的表达导致拟南芥种子含油率提高了 8.90％～13.57％,并促进转基因拟南芥种子中油酸(C18:1)和亚油酸(18:2)的积累,减少棕榈酸(C16:0)、花生酸(C20:0)和花生一烯酸(C20:1)的积累.此外,外源PfWRI1基因的表达增加了糖酵解和脂肪酸生物合成相关基因At-PKP-α、AtPKP-β1、AtBCCP2、AtSUS2和AtLIP1的表达.综上所述,PfWRI1可能通过与上述基因互作,增加不饱和脂肪酸含量来促进油脂积累.

氮素是影响玉米生长发育、产量和籽粒品质形成所必需的营养元素.为挖掘早期发育的玉米胚乳响应低氮胁迫的关键基因,揭示玉米胚乳抵御低氮胁迫的生理响应及分子机制,本研究在低氮和足氮处理下,对授粉后第6天的自交系B73玉米胚乳进行氨基酸含量、氨基酸衍生物含量分析和转录组测序.生理测定表明,低氮胁迫下,玉米胚乳中10种氨基酸或氨基酸衍生物含量升高,其中苏氨酸、β-氨基异丁酸、组氨酸、β-丙氨酸、赖氨酸含量升高程度最大,其升高范围介于71.1％～153.1％;而其余21种氨基酸或氨基酸衍生物含量降低,其中鸟氨酸、胱氨酸、天冬酰胺、苯丙氨酸、α-氨基丁酸含量下降程度最大,其下降程度范围介于51.6％～65.8％.转录组测序结果表明,与足氮处理相比,低氮胁迫下玉米胚乳中鉴定到3185个显著上调和2612个显著下调的差异表达基因.进一步检测到参与氮代谢途径和氰基氨基酸代谢途径的差异表达基因分别为12和9个,AP2/ERF-ERF、bZIP、WRKY差异表达转录因子家族成员分别为20、10和21个.这些候选基因可能是玉米胚乳抵御低氮胁迫响应的重要基因资源,其为玉米胚乳应答低氮胁迫的分子机制及耐低氮玉米新品种培育奠定基础.

目的 对当归Angelica sinensis中的AP2/ERF转录因子基因进行鉴定以及生物信息学分析,并分析其在干旱胁迫下的表达差异,以期筛选出与响应干旱胁迫相关的AsAP2/ERF基因,为后续深入研究 2 品种当归抗逆性差异及抗性育种提供参考依据.方法 基于全长转录组测序数据,利用生物信息学方法对AsAP2/ERF转录因子家族成员进行鉴定,并分析该家族特征.基于干旱胁迫转录组数据分析AsAP2/ERF基因的表达模式,并利用qRT-PCR技术进行验证.结果 从当归中共鉴定到 53个AP2/ERF转录因子,包括 28 个ERF、18 个DREB、5 个RAV、2 个AP2 亚家族成员.AsAP2/ERF转录因子的氨基酸数量是 142～440 aa,均为亲水性蛋白,亚细胞定位预测结果显示多数成员定位于细胞核.基因表达模式的分析结果表明,在响应干旱胁迫条件下,"岷归 2 号"(M2)中表达上调的基因数量多于"岷归 1 号"(M1),其中 8 个基因在 2品种当归D2 组表达差异显著,这可能与 2 品种当归的抗旱性相关.qRT-PCR分析结果表明,6 个基因与干旱胁迫转录组数据基本一致.结论 鉴定了当归中的AP2/ERF转录因子家族,探究了不同基因在干旱胁迫下的表达模式,最终获得了 6 个响应干旱胁迫的AsAP2/ERF候选基因,为后期开展当归抗旱功能基因的研究奠定基础.

花作为被子植物的繁殖器官,是植物的重要组成部分,也是研究植物进化、分类的重要依据.花器官的发育受到外部环境和内部生理等多种因素的影响,不同物种或同一物种间出现不同的性状,基因作为其中的关键因子,在整个过程中发挥着重要作用,其在花发育调控中的作用一直都是大家研究的热点.花器官的花萼、花冠、雄蕊、雌蕊、胚珠五轮结构分别受到AE花发育模型中A、B、C、D、E五类基因的调控,这些基因在花器官发育过程中形成了一个复杂的基因调控网络.各类基因的表达或沉默均会导致花器官的结构发生改变,但不同的物种之间又存在差异.本研究综述了 MADS-box、AP2/ERF基因家族相关成员AP1、AP2、AP3、PI、AG、SEP、AGL6、SHP、STK及其他基因NAP、SPL、TGA、PAN、WOX等在花器官建成中的调控作用,从分子水平解析了基因在花器官发育中的影响,为进一步深入了解基因在各植物花器官发育调控中的作用提供参考.

大叶杨(Populus lasiocarpa)是中国特有的杨属物种,干旱和水淹是影响大叶杨生长和分布范围的2个关键因子.AP2/ERF转录因子家族在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用.研究采用转录组测序、生物信息学分析手段并结合分子实验验证初步鉴定了参与大叶杨干旱和水淹胁迫响应的关键基因.研究结果显示,(1)在大叶杨中分别鉴定到3 986/385个响应干旱/水淹胁迫的差异表达基因,其中包括237个同时响应干旱和水淹胁迫的差异表达基因.(2)在大叶杨中共鉴定到205个AP2/ERF家族成员,系统发育分析表明其在大叶杨中主要分为5个亚家族,并显著富集于差异表达基因中.(3)筛选部分胁迫前后差异表达的PlAP2/ERF基因进行qRT-PCR实验,经证实这些基因在大叶杨受到干旱/水淹胁迫时均可被诱导表达.综上,大叶杨在水淹胁迫下的差异表达基因数量明显少于干旱胁迫,AP2/ERF基因家族的部分基因参与到大叶杨干旱/水淹胁迫的应激表达过程.

AP2/ERF转录因子在植物生长发育和响应非生物胁迫中发挥着重要作用.为探究欧耧斗菜(Aquilegia vulgaris)中AP2/ERF对盐胁迫的响应,该研究基于前期试验获得的盐胁迫下转录组数据,通过生物信息学方法筛选欧耧斗菜4P2/ERF家族基因,分析其生化特征、保守基序、系统进化等,并对其在盐胁迫处理下不同时间的根与叶中的表达量变化进行分析,利用qRT-PCR技术对候选基因表达量进行验证.结果表明:(1)筛选出86个A vAP2/ERF基因,其编码的氨基数目为132～722个,分子量为14 763.30～79 069.47 Da,等电点介于4.49～9.68之间,偏酸性蛋白较多,均为亲水性蛋白;对AvAP2/ERF蛋白进行亚细胞定位预测,大多数定位于细胞核.(2)二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,均具有AP2保守结构域,有两个高度保守的基序Motif 1和Motif 2.(3)在盐胁迫下,71个AvAP2/ERF基因表达量发生变化,其中叶片中差异表达基因18个、根中19个;欧耧斗菜与拟南芥AP2/ERF基因聚类为5个亚家族、15个亚组,通过表达分析及同源关系,确定3个响应盐胁迫的基因AvAP2/ERF-56、AvAP2/ERF-61与AvAP2/ERF-80,其qRT-PCR结果与转录组数据一致.该研究结果为深入探究欧耧斗菜AP2/ERF基因的功能及逆境响应机制奠定了基础.

为了挖掘影响山西道地药材潞党参道地性形成的转录因子,该研究基于山西潞党参与甘肃白条党转录组数据筛选潞党参特异性转录因子,并对其进行基因表达模式分析,为通过分子辅助育种进行潞党参优种选育提供理论基础.根据不同产地潞党参与白条党转录组数据,对差异转录因子进行GO功能注释、鉴定、保守基序分析及基因表达模式分析.自转录组数据库中共筛选出 61 个差异基因,分属最多的AP2/ERF-ERF家族的保守基序为[2X]-[LG]-[3X]-T-[3X]-[AARAYDRAA]-[3X]-[RG]-[2X]-A-[2X]-[NFP].分析发现,差异基因中 43 个在潞党参中表达量显著高于白条党,包括AP2/ERF-ERF家族 11 个、NAC 家族5 个、bHLH家族1 个、RWP-RK家族2 个,而有18 个转录因子基因在白条党中上调表达.转录结合活性、代谢进程、应激反应相关的 GO terms 分别为 103、26、23 个.不同器官特异性表达分析表明转录因子基因 CpNAC92、Cp-NAC100、CpbHLH128、CpRAP2-7不仅在潞党参中上调表达,在根系中表达量也显著高于其他器官.环境胁迫条件下基因表达模式分析发现,除CpNAC100 基因只响应低温、过铁胁迫外,其他 3 个基因均可响应低温、温差、过铁胁迫.潞党参特异性转录因子基因CpNAC92、CpNAC100、CpbHLH128、CpRAP2-7的筛选与表达分析,为进一步研究潞党参道地性形成机制奠定了理论基础.

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中最大的转录因子家族之一,至少含有1个由60～70个高度保守的氨基酸组成的特有的AP2结构域,根据AP2结构域数量和相似性可划分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、DREB(Dehydration-responsive element binding proteins)、ERF(Ethylene-responsive factor)、RAV(Related to AB13/VP)和 Soloisto AP2/ERF转录因子通过AP2结构域中的YRG和RAYD保守元件与靶基因结合,实现对相关基因的转录调控功能.目前,AP2/ERF已成为研究植物抗逆机制和活性成分生物合成的热点候选基因,越来越多植物AP2/ERF家族及其成员被报道.本研究对近年来有关AP2/ERF家族的最新研究成果进行了总结,综述了AP2/ERF家族转录因子的结构特征与分类,重点介绍了该类转录因子调控植物次生代谢产物的合成以及参与生物、非生物胁迫应答等方面的研究进展,并展望了AP2/ERF转录因子可能的研究热点和领域,以期为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行植物遗传改良以及种质创新提供参考.

Trichome formation has been extensively studied as a mechanistic model for epidermal cell differentiation and cell morphogenesis in plants.However,the genetic and molecular mechanisms underlying trichome formation (i.e.,initiation and elongation) in rice remain largely unclear.Here,we report an AP2/ERF transcription factor,Hairy Leaf 6 (HL6),which controls trichome formation in rice.Functional analyses revealed that HL6 transcriptionally regulates trichome elongation in rice,which is dependent on functional OsWOX3B,a homeodomain-containing protein that acts as a key regulator in trichome initiation.Biochemical and molecular genetic analyses demonstrated that HL6 physically interacts with OsWOX3B,and both of them regulate the expression of some auxin-related genes during trichome formation,in which OsWOX3B likely enhances the binding ability of HL6 with one of its direct target gene,OsYUCCA5.Population genetic analysis indicated that HL6 was under negative selection during rice domestication.Taken together,our findings provide new insights into the molecular regulatory network of trichome formation in rice.

少根紫萍(Landoltia punctata)是一种浮水生、多功能、高环境适应能力的能源植物,为了解其生理特性的分子机制,利用少根紫萍转录因子预测数据与拟南芥、水稻、玉米数据库数据进行宏观比较,并结合转录组测序技术对少根紫萍营养胁迫后转录因子表达分析.结果显示,少根紫萍有1 076个转录因子,分属于66个家族,其中在bZIP、WRKY、AP2/ERF-ERF、MYB、NAC、MADS-box等家族基因数明显减少,一定程度上解释了浮萍高黄铜低木质素、难开花的生理特性;少根紫萍在营养胁迫下偏向上调AP2/ERF-ERF、MYB、bHLH家族特定基因和下调AP2/ERF-ERF、WRKY家族特定基因来响应营养胁迫,尤其是AP2/ERF-ERF、WRKY两个家族中特定基因表达下调在响应水体营养胁迫中有非常重要的作用.本研究在转录因子层面对浮萍的生理特性,特别针对营养胁迫下转录因子的表达进行了探究,可为建立浮萍水生模式植物系统、深入探讨少根紫萍响应营养胁迫机制以及改造成耐受胁迫的高效淀粉积累能源植物提供理论指导.