涝渍胁迫下萱草‘布奇’AP2/ERF转录因子家族特征与表达分析

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萱草属于多年生宿根草本花卉,水分是其生长的重要因子之一。研究萱草对涝渍胁迫的响应机制,挖掘耐涝性相关基因,对萱草耐涝分子育种具有重要意义。AP2/ERF(A-PETALA2/Ethylene Responsive Factor)转录因子在植物响应涝渍胁迫过程中发挥重要作用。本研究以耐涝萱草品种‘布奇’为研究材料,分别于涝渍处理0h、3h、6h、12h和24h时取根部组织提取RNA,对0h和24h样品进行转录组测序,筛选出AP2/ERF转录因子家族成员,用‘金娃娃’三代转录组测序数据进行校正,最终获得27条完整基因序列。对萱草AP2/ERF转录因子家族成员进行生物信息学分析,筛选出关键基因Hf RA V2,对其进行相关研究。主要结论如下:1.萱草AP2/ERF家族成员主要分为ERF、AP2和RAV三个亚家族,成员基因所编码蛋白的氨基酸残基数为153~551个,包括9个碱性蛋白,21个酸性蛋白,且均为不稳定、不跨膜、非分泌型的亲水性蛋白。除Hf AP2/ERF-15、27外都含有保守结构域motif1、motif2,核心结构域(YRG和RAYD元件)高度保守,包含AP2结构域中高度保守的WLG基序。根据系统进化树结果分析,可能参与萱草响应涝渍胁迫的成员主要属于ERF亚家族;Hf AP2/ERF-5(Hf RAV2)属于RAV亚家族,该亚家族成员是否参与涝渍胁迫未有报道。基因差异表达数据显示Hf RAV2在萱草遭受涝渍胁迫时的表达量明显上调,因此推测该基因在此过程中起到了一定的调节作用。2.通过对Hf RAV2编码蛋白的生物信息学分析发现,该蛋白是定位于细胞质中不跨膜、非信号肽的亲水性蛋白,结构以无规则卷曲为主。功能预测结果显示该基因可能具有增强植株耐涝性、耐旱性、耐盐性和耐冷性等功能。实时荧光定量PCR检测结果显示该基因受涝渍胁迫后表达量明显上调,与转录组数据一致,证明该基因参与响应萱草涝渍胁迫过程。3.为探究Hf RAV2在萱草响应涝渍胁迫中的功能,克隆了Hf RAV2全长c DNA(全长为1037bp,编码氨基酸数量为345aa),构建过量表达载体,通过农杆菌浸染法转化拟南芥。为后期深入研究Hf RAV2的功能提供了材料基础。本研究通过分析萱草AP2/ERF转录因子家族,筛选出关键成员基因进行相关实验探究,以探讨AP2/ERF转录因子家族成员在萱草响应涝渍胁迫中的作用,有助于筛选和研究调控萱草耐涝性的关键基因,为指导萱草耐涝分子育种提供依据。
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