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.

大豆(Glycinemax(L.)Merr.)是自花授粉作物,通过人工去雄的办法生产杂交种,不仅繁琐且成本高.雄性不育基因功能的研究是大豆杂种优势利用的前提之一,大豆雄性不育位点报道较少,定位及功能研究进展缓慢.随着大豆转基因体系的成熟及生物技术的发展,利用反向遗传学研究大豆雄性不育基因的功能变得相对容易.本研究通过转录组数据分析发现大豆中编码小G蛋白的GmARFA1a受到大豆雄性育性控制基因MS1(Male Sterile 1)和MS2的调控,公共数据库数据表明GmARFA1a在大豆未开放的花中表达量最高,而qRT-PCR数据进一步明确GmARFA1a在大豆授粉前雄蕊中优势表达.花粉萌发实验及结实率统计发现Gmarfa1a突变体花粉活力下降导致结实率受到明显抑制.本研究对GmARFA1a基因功能进行了初步解析,明确其对大豆雄性育性存在一定影响.研究结果不仅丰富了对GmARFA1a乃至ARF基因家族成员功能的认识,也为后续深入研究大豆GmARFA1a功能及大豆杂种优势利用奠定了基础.

[目的]生长素上调的小RNA(SAURs)是一类生长素原初响应基因,在细胞伸长的过程中具有重要作用.克隆纤维发育相关的SAUR基因,研究其表达模式和生物学功能对探究纤维发育的机理具有重要意义.[方法]从陆地棉中克隆到1个编码SAUR蛋白的基因,命名为GhSAURX,通过表达模式分析、亚细胞定位、转基因拟南芥表型分析及生长素相关基因表达分析初步研究其功能.[结果]进化树分析表明:GhSAURX与拟南芥SAUR76、SAUR77和SAUR78关系较近,属于SAUR76亚家族.qPCR结果发现,GhSAURX基因在快速伸长的纤维中表达量较高,即开花后15,18,21 d.同时,GhSAURX在长纤维品种中的表达水平明显高于短纤维.亚细胞定位分析显示,GhSAURX定位在细胞膜和细胞核中.异源表达GhSAURX可以提高YUCCA6、ARF7及PIN4的表达,增加拟南芥的主根长度和黑暗条件下胚轴的长度.[结论]GhSAURX可能在生长素调控细胞伸长的过程中具有重要作用.

以云南省瑞丽市勐秀林场扦插种植的薇甘菊为试材,采用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术对花芽未分化期和花序原基分化期花芽中的生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、反式玉米素(tZ)、异戊烯腺嘌呤(IP)、1-氨基环丙烷羧酸(ACC)、茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)含量进行定量分析,同时基于转录组基因功能注释数据对内源激素合成、代谢及信号转导途径相关基因进行表达分析,以探讨不同内源激素对薇甘菊花芽形成的调控作用,以及内源激素合成和信号转导途径相关基因调控薇甘菊花芽分化的机制,为后期通过外源激素调控薇甘菊内源激素水平的方式来控制薇甘菊的有性繁殖提供理论和技术支持.结果表明:(1)薇甘菊未分化期花芽中GA、GA19、GA20、GA24、IAA、ABA和ETH含量低于花序原基分化期,而未分化期花芽中两种细胞分裂素tZ和IP含量显著高于花序原基分化期.(2)基于RNA-seq测序结果,在薇甘菊两个花芽分化时期共获得7 116个差异表达基因(DEGs),其中上调3 907个,下调3 209个.(3)在内源激素合成方面,参与GA15、GA19、GA20、GA24、IAA、ABA和ACC合成的大量DEGs在花序原基分化期上调表达,这与它们在薇甘菊花序原基分化期的高含量趋势相一致;参与IAA合成的Y UCCA基因家族和ACC合成的ACS基因在花序原基分化期的高表达也可能参与促进薇甘菊花芽分化.(4)在植物激素转导途径中,在花序原基分化期,生长素信号转导途径通过AUX/IAA(gene-E3N88_07743)的下调表达和ARF(gene-E3N88_41119)的上调表达,乙烯信号转导途径通过ERF(gene-E3N88_41547)的上调表达,赤霉素信号转导途径通过GID1(gene-E3N88_19448)基因的上调表达,细胞分裂素信号转导途径通过B-ARR(gene-E3N88_28086)和A-RRR(gene-E3N88_40764)基因的下调表达,脱落酸途径通过AREB(gene-E3N88_18558)基因的上调表达,茉莉酸信号转导途径通过J AZ(gene-E3N88_05628)的上调表达和MYC2(gene-E3N88_32405)的下调表达来调控薇甘菊花芽分化.研究发现,高水平的GA15、GA19、GA20、GA42、IAA、ABA和ACC有利于薇甘菊的花芽分化;薇甘菊在花芽分化过程中通过改变不同种类内源激素合成、代谢基因的表达来调控激素浓度,而激素又通过信号转导途径引起下游基因的表达,进而调控薇甘菊的花芽分化.

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.

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.

ADP-核糖基化样因子2(ADP ribosylation factor-like protein 2,ARL2)是一种小型GTP结合蛋白,隶属于RAS超家族中的ARF家族,广泛存在于真核细胞中,在分子结构上高度保守.ARL2参与调节微管动力学,维持细胞形态和极性;调控线粒体功能,包括线粒体形态、运动和线粒体融合等.多种肿瘤中存在ARL2表达异常,并且改变肿瘤细胞中ARL2表达会影响肿瘤细胞的形态、增殖和侵袭能力,影响肿瘤细胞对化疗药物的敏感性、细胞周期分布,甚至诱导细胞凋亡.本文拟对ARL2的目前研究现状及其在肿瘤中的研究进展作一综述.

采用RT-PCR技术克隆得到平邑甜茶(Malus hupehensis)生长素响应因子基因MhARF2,该基因开放阅读框(ORF)2 532 bp,编码843个氨基酸残基.基因结构分析表明,MhARF2包含13个内含子和14个外显子;进化分析表明,MhARF2属于ARF2成员,与苹果(Malus domestica)、白梨(Pyrus bretschneideri)、甜樱桃(Prunus avium)ARF2具有较高的同源性;MhARF2含有ARF家族特有的B3 DNA结合域、CTD结构域和Auxin-resp结构域;MhARF2定位于细胞核;MhARF2启动子区域含有光响应元件、生长素应答元件和MeJA响应元件、ABA响应元件等多个顺式作用元件.qRT-PCR结果表明,MhARF2在平邑甜茶叶、根、茎、花和果实中均表达,其中叶片中表达水平最高,根次之.30 mg·L-1 IAA处理下,MhARF2在根中的转录水平受到诱导,6h时最高;在100mmol·L-1 NaCl和200 mmol·L-1甘露醇处理下,根系中MhARF2转录水平均随胁迫时间的延长先上升后降低,这说明MhARF2可能参与调控平邑甜茶生长素信号转导以及渗透胁迫响应的过程.

生长素反应因子(Auxin response factors,ARFs)在植物生长发育过程调节生长素响应基因表达中发挥着重要的作用.为了解多花水仙ARF家族,基于转录组数据,通过NR、NT、Swiss-Prot和PFAM 4个数据库、NCBI网站和在线软件SMART的注释筛选,利用ExPASy-ProtParam tool、SOPMA、Prot Comp、MEME、MAGA和Heml软件进行氨基酸理化性质、蛋白二级结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化树和小鳞茎萌发不同时期的表达模式分析.共筛选得到21个ARF家族基因,生物信息学分析12个全长基因蛋白长度在193-1 096 aa之间,预测的分子量(Mr)为20.46-122.2,等电点为5.19-7.97,全部为不稳定的亲水蛋白,亚细胞定位预测均位于细胞核中.进化树和基序分析表明,21个NtARF蛋白分为3个大组,GlassⅢ进一步被分为3个亚组,分支相近的ARF转录因子具有相同或相近的基序.NtARF8、NtARF13、NtARF 15、NtARF17和NtARF21都展现较高的表达模式,可能是通过正向调节生长素的含量来促进小鳞茎的萌发.本研究表明,NtARF家族可能在多花水仙扦插繁殖过程中发挥着重要作用,结果可为将来深入研究多花水仙ARF基因家族的功能奠定基础.

生长素反应因子(Auxin response factors,ARFs)是一类在植物生长发育过程中发挥着重要作用的转录调控因子.为鉴定ARF家族基因、了解成员特征及其在李果实成熟过程中表达模式,基于‘三月李’及其红肉突变体果实成熟过程的转录组数据,采用生物信息学分析方法进行PsARF家族基因鉴定,并对其蛋白质理化特性、亚细胞定位、系统进化树、蛋白质质保守结构域以及表达模式进行分析.共鉴定得到17个PsARF家族成员.生物信息学分析结果表明PsARF家族蛋白质长度在600-1 157 aa之间,分子量(Mr)在66.24×103-129.31×103之间,等电点介于5.44-8.31之间,均为位于细胞核的不稳定亲水蛋白质.系统进化树分析表明PsARF家族成员可分为4组.PsARF蛋白质均具有典型的B3和Auxin_resp结构域,且多数具有Aux/IAA结构域.保守基序分析表明,PsARF家族蛋白质包含15个保守基序,但非每个蛋白质均含有保守基序.10个PsARF家族基因在‘三月李’及其红肉突变体果实成熟过程中差异表达,不同基因表达模式各不相同.其中,PsARF2和PsARF16在‘三月李’和红肉突变体中的表达模式相反;PsARF10在‘三月李’果肉中表达量显著高于红肉突变体果肉中的表达量.本研究表明PsARF家族成员可能在李果实成熟过程中具有不同的功能,结果可为深入研究PsARF家族基因在李果实成熟过程中的功能奠定基础.