中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 1363-1376.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.012
收稿日期:
2023-05-11
接受日期:
2024-02-29
出版日期:
2024-04-01
发布日期:
2024-04-09
通信作者:
联系方式:
袁苗,E-mail:yuanmiao970915@163.com。
基金资助:
YUAN Miao(), ZHOU Juan, DANG ShiZhuo, TANG XueShen, ZHANG YaHong(
)
Received:
2023-05-11
Accepted:
2024-02-29
Published:
2024-04-01
Online:
2024-04-09
摘要:
【目的】生长素响应因子ARF是生长素信号转导途径中的重要调控因子,在植物生长发育和各类生理过程中发挥着重要作用。分析‘红地球’葡萄VvARF18启动子、异源表达、内源激素含量及其对激素响应的表达,以探究VvARF18在‘红地球’葡萄生长素(IAA)信号转导途径及花芽分化进程中的作用机理。【方法】以设施‘红地球’葡萄花芽为试验材料,通过同源克隆获得VvARF18序列,利用在线数据库PLACE分析启动子的顺式作用元件。以pCAMBIAI2300植物表达载体为基础,通过双酶切和同源重组法构建植物超表达载体pC2300-VvARF18。采用电击法将重组载体pC2300-VvARF18转化至根癌农杆菌GV3101菌株中,以本氏烟草叶片为外植体,通过农杆菌介导的愈伤组织转化法转入烟草中,经PCR检测获得阳性转基因幼苗。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对转VvARF18烟草株系表达水平进行分析,筛选出高表达量的转基因株系培养至T3代,并分别进行IAA和GA3处理,以分析VvARF18的表达情况。通过酶联免疫法测定转基因烟草花芽和叶片中的IAA、GA、ABA、CTK含量。【结果】‘红地球’葡萄VvARF18位于第13条染色体,含有3个外显子和2个内含子。VvARF18启动子区域存在多种光响应、植物激素响应和逆境响应的顺式作用元件。表型分析发现,转基因烟草的花芽分化进程快于野生型烟草。qRT-PCR结果显示,VvARF18在转基因烟草花芽发育的4个时期中呈先上升后下降的表达趋势,且S3时期表达量达到最高。转基因烟草植株花芽和叶片中IAA、CTK、GA和ABA测定结果表明,转基因烟草花芽和叶片中4种植物激素的含量均高于野生型植株,其中GA/IAA在转基因烟草花芽发育的4个时期中变化趋势与VvARF18表达趋势相一致。转基因烟草植株经IAA和GA3处理后,VvARF18的表达量随IAA处理浓度的增高而降低,也随GA3处理时间的延长而降低。【结论】葡萄VvARF18负调控生长素参与植物花芽分化进程,可能与赤霉素信号转导途径中的关键因子相互作用协同调控植物花芽中的激素水平,对植物花芽分化具有促进作用。
袁苗, 周娟, 党仕卓, 汤学燊, 张亚红. ‘红地球’葡萄VvARF18功能分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1363-1376.
YUAN Miao, ZHOU Juan, DANG ShiZhuo, TANG XueShen, ZHANG YaHong. Functional Analysis of VvARF18 Gene in Red Globe Grape[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(7): 1363-1376.
表1
引物列表"
引物名称 Primer name | 引物序列 Primer Sequence (5′-3′) | 引物用途 Primer use |
---|---|---|
Q-VvARF18-F | ATGCTGAACACGCCTATGGGAATG | 实时荧光定量 qRT-PCR |
Q-VvARF18-R | CACAGTAACGAGGGACGGAGAAAC | |
pC2300-VvARF18-F | GAGAACACGGGGGACGAGCTCATGGATCCCATGAAGGAGCTG | 过表达载体构建 Overexpression vector construction |
pC2300-VvARF18-R | CTTGCTCACCATGGTGTCGACGGGTGTTGCTGCCGAATCG | |
CaMV35S-F | GCTCCTACAAATGCCATCA | 农杆菌检测 Agrobacterium testing |
CaMV35S-R | GATAGTGGGATTGTGCGTCA | |
ACTIN-F | GGCTTACATTGCTCTTGACTATGAAC | 烟草的内参基因 Internal reference gene of tobacco |
ACTIN-R | ATCAGGCAGCTCGTAGCTCTTCT |
表2
VvARF18启动子顺式作用元件分析"
顺式作用元件 Cis-element | 序列 Sequence (5'-3') | 功能 Function | 数量 Number |
---|---|---|---|
TGACG-motif | TGACG | 参与MeJA反应的顺式作用调节元件Cis-acting regulatory element involved in the MeJA-responsiveness | 1 |
LTR | CCGAAA | 参与低温反应的顺式作用元件 Cis-acting element involved in low-temperature responsiveness | 2 |
CGTCA-motif | CGTCA | 参与MeJA反应的顺式作用调节元件 Cis-acting regulatory element involved in the MeJA-responsiveness | 1 |
G-Box | CACGTT | 参与光响应的顺式调节元件 Cis-acting regulatory element involved in light responsiveness | 1 |
G-box | CACGTC | 参与光响应的顺式调节元件 Cis-acting regulatory element involved in light responsiveness | 1 |
MBS | CAACTG | 参与干旱诱导MYB结合位点 MYB binding site involved in drought-inducibility | 2 |
CAAT-box | CAAAT | 在启动子和增强子区域的共同顺式作用元件 Common cis-acting element in promoter and enhancer regions | 12 |
AE-box | AGAAACAA | 光响应模块的一部分 Part of a module for light response | 2 |
TATA-box | TATA | 在转录起始的-30 附近的核心启动子元件 Core promoter element around -30 of transcription start | 10 |
AuxRR-core | GGTCCAT | 参与生长素反应性的顺式调控元件 Cis-acting regulatory element involved in auxin responsiveness | 1 |
ABRE | ACGTG | 参与脱落酸反应的顺式元件 Cis-acting element involved in the abscisic acid responsiveness | 2 |
CCAAT-box | CAACGG | MYBHv1结合位点 MYBHv1 binding site | 1 |
Box 4 | ATTAAT | 参与光反应的保守DNA模块的一部分 Part of a conserved DNA module involved in light responsiveness | 7 |
P-box | CCTTTTG | 赤霉素反应元件 Gibberellin responsive element | 1 |
TCCC-motif | TCTCCCT | 部分光响应元件 Part of a light responsive element | 2 |
GT1-motif | GGTTAAT | 光响应元件 Light responsive element | 4 |
ARE | AAACCA | 厌氧诱导所必需的顺式调节元件 Cis-acting regulatory element essential for the anaerobic induction | 4 |
[1] |
王博, 罗惠格, 覃富强, 陈祥飞, 朱维, 谢太理, 曹雄军, 白先进. 葡萄花芽分化研究进展. 南方农业学报, 2023, 54(3): 957-968.
|
|
|
[2] |
刘帅, 徐伟荣, 张亚红, 刘鑫, 郭松涛, 胡莉. 基于转录组研究补光对设施‘红地球’葡萄萌芽的影响. 果树学报, 2021, 38(3): 305-317.
|
|
|
[3] |
张克坤, 刘凤之, 王孝娣, 史祥宾, 王宝亮, 郑晓翠, 冀晓昊, 王海波. 不同光质补光对促早栽培‘瑞都香玉’葡萄果实品质的影响. 应用生态学报, 2017, 28(1): 115-126.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201701.003 |
|
|
[4] |
doi: 10.1080/14620316.1985.11515654 |
[5] |
郑婷, 张克坤, 张培安, 贾海锋, 房经贵. 葡萄营养生长与生殖生长间的转变研究进展. 植物生理学报, 2020, 56(7): 1361-1372.
|
|
|
[6] |
贾楠. 葡萄花芽分化及其主要影响因素的研究进展. 河北果树, 2020(1): 1-3.
|
|
|
[7] |
doi: 10.1016/j.jplph.2014.01.012 |
[8] |
doi: 10.1093/jxb/erx228 pmid: 28992208 |
[9] |
doi: 10.1016/j.cell.2009.03.001 pmid: 19303845 |
[10] |
李艳林, 高志红, 宋娟, 王万许, 侍婷. 植物生长素响应因子ARF与生长发育. 植物生理学报, 2017, 53(10): 1842-1858.
|
|
|
[11] |
doi: 10.1105/tpc.114.132753 pmid: 25604444 |
[12] |
|
[13] |
doi: 10.1105/tpc.104.028316 |
[14] |
孙亭亭, 张磊, 陈乐, 龚达平, 王大伟, 陈雅琼, 陈蕾, 孙玉合. 普通烟草ARF基因家族序列的鉴定与表达分析. 植物遗传资源学报, 2016, 17(1): 162-168.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.2016.01.024 |
|
|
[15] |
doi: 10.1016/j.gene.2007.01.006 |
[16] |
doi: 10.1093/dnares/dst027 pmid: 23810914 |
[17] |
doi: 10.1007/s00299-011-1113-z |
[18] |
doi: 10.4238/2013.April.2.1 pmid: 23613275 |
[19] |
doi: 10.1007/s00299-014-1622-7 |
[20] |
欧春青, 姜淑苓, 王斐, 赵亚楠. 梨全基因组生长素反应因子(ARF)基因家族鉴定及表达分析. 中国农业科学, 2018, 51(2): 327-340. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.02.012.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1242/dev.02012 |
[22] |
doi: 10.1111/tpj.12658 pmid: 25187180 |
[23] |
doi: 10.1242/dev.01955 pmid: 16107481 |
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1007/s00438-011-0602-7 pmid: 21290147 |
[26] |
袁华招, 赵密珍, 吴伟民, 于红梅, 钱亚明, 王壮伟, 王西成. 葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析. 遗传, 2015, 37(7): 720-730.
|
|
|
[27] |
白云赫, 王文然, 董天宇, 管乐, 宿子文, 贾海锋, 房经贵, 王晨. Vvi-miR160s介导VvARF18应答赤霉素调控葡萄种子的发育. 中国农业科学, 2020, 53(9): 1890-1903. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.09.015.
|
|
|
[28] |
doi: 10.1186/s12864-015-2182-0 |
[29] |
李艳林,
|
|
|
[30] |
doi: 10.1093/jxb/erq293 |
[31] |
袁苗, 徐伟荣, 刘鑫, 党仕卓, 周娟, 张亚红. ‘红地球’葡萄花芽分化过程中VvARF18基因克隆与表达分析. 植物生理学报, 2023, 59(6): 1184-1194.
|
|
|
[32] |
肖迪, 刘轶, 李开隆, 郑密, 曲冠证. 小黑杨PsnHB13基因在烟草中的遗传转化与功能分析. 植物研究, 2020, 40(4): 593-601.
doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2020.04.014 |
doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2020.04.014 |
|
[33] |
刘鑫, 张亚红, 袁苗, 党仕卓, 周娟. ‘红地球’葡萄花芽分化过程中的转录组分析. 中国农业科学, 2022, 55(20): 4020-4035. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.20.013.
|
|
|
[34] |
吴文浩, 曹凡, 刘壮壮, 彭方仁, 梁有旺, 谭鹏鹏. NAA对薄壳山核桃扦插生根过程中内源激素含量变化的影响. 南京林业大学学报(自然科学版), 2016, 40(5): 191-196.
doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.2016.05.030 |
|
|
[35] |
doi: 10.1016/j.molp.2019.09.001 |
[36] |
|
[37] |
王雪, 王盛昊, 于冰. 转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展. 中国农学通报, 2021, 37(33): 112-119.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0563 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0563 |
|
[38] |
段娜, 贾玉奎, 徐军, 陈海玲, 孙鹏. 植物内源激素研究进展. 中国农学通报, 2015, 31(2): 159-165.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-2335 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-2335 |
|
[39] |
|
[40] |
刘伟, 赵懿琛, 廖震, 赵德刚. 朝仓花椒ARF基因家族的鉴定及表达分析. 植物生理学报, 2020, 56(7): 1627-1640.
|
|
|
[41] |
赵通, 陈翠莲, 程丽, 张继强, 刘生虎, 郭荣, 朱祖雷, 朱燕芳, 王延秀. ‘李光杏’花芽分化时期内源激素及碳氮比值的动态研究. 干旱地区农业研究, 2020, 38(3): 97-104.
|
|
|
[42] |
阿布都卡尤木∙阿依麦提, 樊丁宇, 岳婉婉, 赵婧彤, 郝庆. 枣花芽分化过程中营养物质和内源激素含量及抗氧化酶活性变化研究. 西北植物学报, 2021, 41(1): 142-150.
|
|
|
[43] |
|
[44] |
doi: 10.1093/plphys/kiab130 |
[45] |
doi: 10.7554/eLife.03031 |
[1] | 田青兰, 周俊妞, 吴艳艳, 刘洁云, 黄伟华, 张英俊, 谢文连, 韦广谭, 牟海飞. 西番莲花芽分化过程观察及花生长模型的拟合[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 765-778. |
[2] | 张海青, 张恒涛, 高启明, 姚家龙, 王亚荣, 刘珍珍, 孟祥鹏, 周喆, 阎振立. 转录组分析筛选调控苹果分枝能力的关键基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1995-2009. |
[3] | 刘鑫,张亚红,袁苗,党仕卓,周娟. ‘红地球’葡萄花芽分化过程中的转录组分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(20): 4020-4035. |
[4] | 杜青,陈平,刘姗姗,罗凯,郑本川,杨欢,何舜,杨文钰,雍太文. 玉米-大豆间套作下田间小气候对大豆花形态建成进程的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(13): 2746-2758. |
[5] | 白云赫,王文然,董天宇,管乐,宿子文,贾海锋,房经贵,王晨. vvi-miR160s介导VvARF18应答赤霉素调控葡萄种子的发育[J]. 中国农业科学, 2020, 53(9): 1890-1903. |
[6] | 宋维源,侯钰,赵剑宇,刘小凤,张小兰. 黄瓜CsRPL1/2的克隆及其功能分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(1): 148-159. |
[7] | 刘清1, 童建华1, 史齐1, 彭克勤1, 王若仲1, 蔺万煌1, MohammedHumayunKabir1, 沈革志2, 萧浪涛1. 一个矮秆多分蘖水稻突变体的植物激素动态特性分析[J]. 中国农业科学, 2014, 47(13): 2519-2528. |
[8] | 张黎, 牛向丽, 张惠莹, 刘永胜. 水稻木葡聚糖内糖基转移酶基因OsXTH11过表达的作用分析[J]. 中国农业科学, 2012, 45(16): 3231-3239. |
[9] | 孙霞, 王秀峰, 郑成淑, 邢世岩, 束怀瑞. 菊花节律钟输出基因CmGI(GIGANTEA)的cDNA全长克隆、序列信息及定量表达分析[J]. 中国农业科学, 2012, 45(13): 2690-2703. |
[10] | 冯枫,杨际双 . 切花秋菊‘神马’花芽分化与内源激素的关系[J]. 中国农业科学, 2011, 44(3): 552-561 . |
[11] | 盛爱武,刘念,张施君,叶向斌,肖德兴,范燕萍 . 温度调控对南岭莪术根茎开花与花芽分化的影响[J]. 中国农业科学, 2011, 44(2): 379-386 . |
[12] | 任洪艳, 孙霞, 郑成淑, 王文莉, 孙宪芝, 束怀瑞. 利用cDNA-AFLP技术筛选菊花开花相关基因[J]. 中国农业科学, 2011, 44(16): 3386-3394. |
[13] | 李博,于静娟,赵倩,朱登云,敖光明. 基因pf40在玉米中的遗传转化[J]. 中国农业科学, 2009, 42(9): 3334-3338 . |
[14] | . 转番茄正义抗坏血酸过氧化物酶基因提高烟草耐盐能力[J]. 中国农业科学, 2009, 42(4): 1165-1171 . |
[15] | 姜贝贝,房伟民,陈发棣,赵宏波,顾俊杰. 植株营养生长天数对切花菊花芽分化与品质的影响[J]. 中国农业科学, 2008, 41(6): 1755-1760 . |
|