植物激素生长素调控植物生长发育及环境适应的多个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性生长等.生长素发挥生物学功能主要依赖于经典的TIR1/AFB-auxin-Aux/IAA-ARF信号转导途径.其中,由4个保守结构域组成的典型Aux/IAA蛋白作为TIR1/AFB的共受体在生长素信号转导过程中发挥关键作用.然而,近年来发现缺乏保守结构域的非典型Aux/IAA蛋白也参与生长素的应答与调控作用.该文从蛋白结构、生物学功能及参与生长素信号转导等方面综述了非典型Aux/IAA蛋白的研究进展,探讨和展望了非典型Aux/IAA蛋白的研究方向.

活性氧与生长素在植物生长发育过程中均发挥着重要作用,它们的信号转导与调控机制一直是植物科学研究的重要领域.细胞核内经典通路TIR1/AFB-Aux/IAA-ARF通过转录调控来介导生长素信号,然而生长素信号在细胞质和细胞核之间进行传递的过程尚不清楚.近期,华东师范大学李超团队发现氧化还原信号参与了受生长素调控的根毛发育过程.生长素受体蛋白TIR1/AFB2 发生氧化后促进其向细胞核迁移,启动根毛发育的生长素转录信号,而这一过程同时受上游FER/LLG1-RAC/ROP-RBOHC分子模块的调控.该研究深入解析了根毛发育过程中生长素与氧化还原信号的交谈模式,是蛋白质氧化翻译后修饰调控生物学过程的经典范式.

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.

目的:克隆光果甘草生长素/吲哚乙酸蛋白(Aux/IAA) (GgARPI)基因并进行生物信息学分析.方法:取光果甘草新鲜主根,提取RNA,通过逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)克隆GgARPI基因互补脱氧核糖核酸(cDNA)序列,测序并对其进行生物信息学分析.结果:克隆得到长度为686 bp的GgARPI基因cDNA序列,包含1个585 bp的完整开放阅读框(ORF),编码194个氨基酸残基.生物信息学分析表明GgARPI编码蛋白为稳定亲水蛋白,相对分子质量21.95 kDa,等电点6.85,不含信号肽,无跨膜区,二级结构以无规卷曲为主,包含1个Aux/IAA蛋白超家族结构域.同源性分析表明GgARPI基因与豆科植物的亲缘关系较近,与单子叶植物谷子Setaria italica的进化关系最远.结论:首次克隆得到GgARPI cDNA序列,为进一步研究GgARPI基因的功能及其对甘草酸生物合成的分子调控机制奠定了基础.

植物激素生长素参与调控植物生长发育的各个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性运动等.植物通过协调生长素的合成代谢、极性运输以及信号转导来实现对不同生长发育过程的精准调控.生长素的功能依赖于其信号被感知后经由信号转导通路转换为下游复杂多样的反应.经典的生长素信号转导通路阐明了细胞核内从SCFTIR1/AFB受体到Aux/IAA蛋白的泛素化降解最终通过ARF转录因子调控基因转录的完整生长素响应过程.该核内信号通路揭示了生长素转录调控生长发育的诸多分子机制,但植物生长发育调控过程中仍有许多生长素响应过程无法通过该经典信号通路解析.重点阐述生长素非经典信号通路的调控机制及其对植物生长发育的重要作用,并讨论和展望生长素非经典信号通路研究目前所面临的挑战以及研究前景.

本研究对朝仓花椒进行转录组测序,建立转录组数据库并进行比对和注释,获得朝仓花椒ARF基因家族序列信息,利用MEGA、MEME和DNAMAN等软件进行分析,并研究了部分4RF基因表达特征.结果 表明,朝仓花椒共鉴定出23个ARF基因,进化上可分为6类,每组成员数量分别为6、1、7、3、3和3.结构域分析发现,朝仓花椒ARF蛋白具有保守DBD、AuxRE和AUX/IAA结构域,也有部分ARF蛋白仅含有1个或2个结构域.Real-time PCR结果表明,朝仓花椒ARF基因在植株根、茎、叶、花和果中均有表达.

花瓣大小是影响金花茶(Camellia nitidissima)观赏价值的主要因素之一,但金花茶花瓣发育形成机制尚不清楚.将金花茶花瓣发育过程划分为幼蕾期(S1)、初蕾期(S2)、显色期(S3)、半开期(S4)、盛开期(S5)五个阶段,利用RNA-seq技术分析花发育过程中转录组的动态变化,以期对金花茶花瓣发育形成的转录机理进行初步探究.通过对金花茶花瓣发育过程中的差异表达基因进行富集分析和趋势分析,发现生长素转导途径所含差异表达基因数量最多,部分AUX1/LAX共转运体、AUX/IAA基因、SAUR等生长素应答基因在开花过程中明显上调,表明生长素是调控花瓣生长重要的调控因子.MYB、bHLH、锌指蛋白等转录因子、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(XTH)、果胶酯酶(PE)、果胶裂解酶(PL)等部分下游功能基因,其中XTH显著富集于GO分类中的水解酶活性,表明它们可能对金花茶花瓣的生长起重要调控作用.此外,对FT、SOC1、AP3、PI、SEP3等开花调控关键基因在金花茶花瓣发育过程中的表达情况进行了分析,结果表明这些基因主要以中低表达为主.高表达基因进行KEGG富集分析结果表明,次生代谢物质合成伴随着金花茶花瓣的整个发育过程.这些结果为进一步揭示金花茶花瓣发育的转录调控机制奠定了理论基础.

ARF (auxin response factor)又称生长素响应因子,是生长素信号转导途径中调控生长素响应基因表达的转录因子,参与植物的生长发育.本文采用PCR技术从油荼中克隆得到3条AR基因并将其分别命名为CoARF5、CoARF9和CoARF19,其全长编码序列(CDS)分别为2835、2076和3234 bp,分别编码944、691和1077个氨基酸.将油茶ARF蛋白与拟南芥ARF家族基因蛋白构建系统进化树,分析发现CoARF5与AtARF5、CoARF9与AtARF9、CoARF19与AtARF19亲缘关系最近.多序列比对结果显示,CoARF5、CoARF9和CoARF19蛋白均具有ARF家族特有的3个结构域:B3 DNA结合结构域、Auxin_resp结构域和AUX/IAA结构域.实时荧光定量PCR结果显示,不同组织表达差异明显,CoARF19基因在老茎和芽中表达较多;CoARF5和CoARF9基因在芽中特异性表达.自交、异交和未授粉的子房及花柱表达分析发现,CoARF5、CoARF9、CoARF19在授粉24 h时,自交花柱的表达量均明显高于同期异交及未授粉的表达量;在授粉78～84 h时,异交子房的表达量均明显高于同期自交及未授粉的表达量,由此推测CoARF5、CoARF9和CoARF19基因可能参与油茶自交不亲和反应.亚细胞定位结果显示3条ARF基因均定位于细胞核,符合转录因子的特点.以上研究结果表明3条CoARF基因可能通过植物激素调控参与油茶的自交不亲和反应.

水稻(Oryza sativa)亲环素编码基因OsCYP2催化生长素响应蛋白Aux/IAA顺反异构后被26S蛋白酶体降解从而调控侧根生长发育.以水稻品种'爱知旭'OsCYP2-RNAi株系和野生型为试验材料,进行转录组测序分析,共获得70850697条有效序列,利用TMAP软件将序列比对到水稻品种'日本晴'参考基因的比例为83.80％～85.04％.基因表达定量分析发现,干扰株系与野生型相比共有3158个差异表达基因(differ-entially expressed genes,DEGs)(1891个基因上调表达,1267个基因下调表达).对差异表达基因GO功能注释后进行分类统计发现,生物学途径主要集中在代谢和细胞方面;在细胞组分方面,细胞器合成相关的重要组分差异表达基因较多;而分子功能类群中,差异表达基因主要富集在蛋白结合和催化活性方面,这也反映了OsCYP2作为分子伴侣具有PPIase活性的生物学功能.筛选11个参与侧根生长发育的差异表达基因进行qRT-PCR分析验证转录组测序结果,其中,9个下调差异表达基因主要与蛋白、核酸结合和酶活性等相关,表明基于OsCYP2响应生长素信号途径的下游调控侧根生长发育基因可能受到了抑制.研究结果将为进一步挖掘新的调控基因提供参考.

以小立碗藓(Physcomitrella patens(Hedw.)Mitt.)野生型及抗生长素的突变体Ppiaa2-87为实验材料,分析了生长素早期应答基因PpAux/IAA2在原生质体再生过程中的调控机制.分别采用qRT-PCR、FDA染色、DNA倍性分析、DAPI染色、甲基化敏感扩增多态性分析等方法,对原生质体再生过程的相关基因表达、存活率、细胞周期进程、染色体重塑及DNA甲基化进行了分析.结果显示:PpAux/IAA的3个同源基因在野生型0 h原生质体中的表达量较原丝体、48 h和96 h原生质体均明显升高;随着培养时间的延长,Ppiaa2-87原生质体的存活率明显下降;原生质体进入S期受到抑制;部分0h原生质体的染色质未发生重塑,且染色质重塑复合体SWI/SNF蛋白家族4个基因的表达水平在0 h原生质体中较原丝体下降;Ppiaa2-87的0 h原生质体甲基化程度偏高.研究结果说明,PpAux/IAA2调控的生长素信号通路在小立碗藓原生质体再生过程中具有重要作用,该基因的突变影响了原生质体DNA甲基化及染色质重塑等细胞重新编程过程,导致原生质体不能获得多能性而死亡.