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.

AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

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.

寒冷、干旱和高盐等非生物胁迫作为常见的不利环境条件,严重影响全球植物生长和生产力.干旱应答元件结合蛋白(dehydration responsive element binding protein,DREB)是植物重要转录因子之一,其家族成员均含有一个 57-70 个氨基酸残基的保守AP2 结构域.DREB通过与胁迫诱导基因启动子区中的脱水反应元件/C-重复(dehydration responsive element/C-repeat,DRE/CRT)顺式作用元件相互作用,调节下游各种应激基因的表达,赋予植物应激耐受性.本文从DREB家族结构特点和分类出发,结合最新研究进展,阐述其在非生物胁迫过程中的作用机制,旨在更加深入地了解DERB类转录因子在非生物胁迫响应过程中的分子调控网络,以期为未来利用基因工程手段提高植物抗逆性方面提供参考.

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.

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.