杜鵑花ARFs轉(zhuǎn)錄因子RmARFgn的克隆和生物信息學(xué)分析

李菲

（貴州師范大學(xué)，貴州貴陽(yáng)550001）

杜鵑花ARFs轉(zhuǎn)錄因子RmARFgn的克隆和生物信息學(xué)分析

李菲

（貴州師范大學(xué)，貴州貴陽(yáng)550001）

生長(zhǎng)素是重要的植物激素，參與調(diào)控植物生長(zhǎng)、發(fā)育和器官分化等幾乎所有生理過(guò)程。生長(zhǎng)素響應(yīng)因子家族是生長(zhǎng)素發(fā)揮調(diào)控功能的重要基因，在生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中起重要的作用。從百里杜鵑景區(qū)廣泛種植的高山杜鵑中克隆了一個(gè)ARF類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子基因，命名為RmARFgn。該基因編碼蛋白含700個(gè)氨基酸，與水稻生長(zhǎng)素早期響應(yīng)基因OsARF1高度相似。通過(guò)調(diào)控RmARFgn基因在杜鵑花內(nèi)的表達(dá)，可以控制杜鵑花的花期和器官形態(tài)。該研究為杜鵑花的發(fā)育調(diào)控打下了基礎(chǔ)。

杜鵑花；花器官；ARF轉(zhuǎn)錄因子

生長(zhǎng)素是植物生長(zhǎng)的重要調(diào)控因子，影響植物生長(zhǎng)、發(fā)育和分化的幾乎所有生理過(guò)程。在整個(gè)植株上，生長(zhǎng)素會(huì)影響植物的頂端生長(zhǎng)，生長(zhǎng)素濃度高的部位生長(zhǎng)較快。生長(zhǎng)素也影響植物的向性運(yùn)動(dòng)、根冠發(fā)育、側(cè)根形成和花器官的發(fā)生等，這些是生長(zhǎng)素對(duì)植物性狀的影響。其在細(xì)胞水平上的基礎(chǔ)是生長(zhǎng)素會(huì)調(diào)控植物細(xì)胞的伸長(zhǎng)、分化和分裂，決定細(xì)胞組成的組織和器官的性質(zhì)。更進(jìn)一步，在分子水平上，生長(zhǎng)素功能的發(fā)揮是由一系列生長(zhǎng)素信號(hào)的接收、傳導(dǎo)直到最終調(diào)控功能基因的表達(dá)過(guò)程。在這個(gè)生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)的過(guò)程中，生長(zhǎng)素響應(yīng)因子家族是一類(lèi)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子。ARFs轉(zhuǎn)錄因子可以與功能基因啟動(dòng)子區(qū)域的生長(zhǎng)素響應(yīng)元件結(jié)合，來(lái)調(diào)控功能基因的表達(dá)。

杜鵑花是我國(guó)的傳統(tǒng)名花，不僅廣泛用作園林栽培觀賞植物，也具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可供食用和藥用。在政府的引領(lǐng)和大力支持下，貴州省百里杜鵑景區(qū)名揚(yáng)海內(nèi)外，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。加大對(duì)杜鵑花的基礎(chǔ)研究，掌握調(diào)控杜鵑花發(fā)育的理論基礎(chǔ)和技術(shù)能力，對(duì)景區(qū)的持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本研究克隆了一個(gè)杜鵑花的生長(zhǎng)素響應(yīng)因子基因，命名為RmARFgn。該基因編碼蛋白含700個(gè)氨基酸，與水稻生長(zhǎng)素早期響應(yīng)基因OsARF1高度相似。結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)，RmARFgn基因含有ARF轉(zhuǎn)錄因子特征性的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域B3，是典型的ARF轉(zhuǎn)錄因子。通過(guò)調(diào)控RmARFgn基因在杜鵑花內(nèi)的表達(dá)，可以控制杜鵑花的花期和器官形態(tài)，該研究為杜鵑花的發(fā)育調(diào)控打下了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 杜鵑花RmARFgn基因的克隆

我們克隆基因所使用的材料是百里杜鵑景區(qū)廣泛栽培的高山杜鵑。采集幼嫩枝條，溫室扦插成活；然后采集葉片，提取RNA，反轉(zhuǎn)錄成cDNA，用來(lái)克隆基因。PCR使用藥品為全式金公司的2×EasyTaq PCR SuperMix，貨號(hào)AS111-01。

1.2 杜鵑花RmARFgn基因的生物信息學(xué)分析

擬南芥以及水稻、玉米、蘋(píng)果的ARF基因序列下載自Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)。ARFs基因的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)是利用GNAman軟件根據(jù)neighbor joining方法構(gòu)建。RmARFgn基因的結(jié)構(gòu)域分析是利用網(wǎng)上分析軟件SMART進(jìn)行的。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜鵑花RmARFgn基因的克隆

使用根據(jù)擬南芥花器官形態(tài)關(guān)鍵基因ARF3序列設(shè)計(jì)的引物，我們從百里杜鵑景區(qū)廣泛種植的高山杜鵑中克隆到了一個(gè)ARF基因，命名為RmARFgn。

經(jīng)切膠、回收、測(cè)序，發(fā)現(xiàn)該基因編碼區(qū)長(zhǎng)度為2103 bp，編碼蛋白質(zhì)氨基酸長(zhǎng)度為700個(gè)氨基酸。見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 RmARFgn基因的克隆

2.2 RmARFgn基因的進(jìn)化分析

我們從Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)下載了玉米、水稻和蘋(píng)果已知的ARF基因的序列，與杜鵑花的RmARFgn基因進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)圖3。

杜鵑花RmARFgn基因與水稻的ARF1高度相似且同源。水稻ARF1是水稻中第一個(gè)克隆并進(jìn)行功能研究的生長(zhǎng)素響應(yīng)基因，處于生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)的上游。外源施加生長(zhǎng)素之后，15～30 min內(nèi)水稻中ARF1的mRNA水平就會(huì)出現(xiàn)明顯的上漲。

圖2 RmARFgn基因的氨基酸序列

圖3 構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)圖

3 結(jié)論

杜鵑花既是重要的觀賞作物，也具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。發(fā)展花卉產(chǎn)業(yè)，是踐行習(xí)總書(shū)記提出的“堅(jiān)守生態(tài)和發(fā)展兩條底線(xiàn)”的必由之路。加大對(duì)杜鵑花生長(zhǎng)的基礎(chǔ)研究，可以為花卉產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展奠定重要的基礎(chǔ)。

我們從百里杜鵑景區(qū)廣泛種植的高山杜鵑中克隆了一個(gè)ARF類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子基因，命名為RmARFgn。該基因編碼蛋白含700個(gè)氨基酸，與水稻生長(zhǎng)素早期響應(yīng)基因OsARF1高度相似。結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)RmARFgn基因含有ARF轉(zhuǎn)錄因子特征性的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域B3，是典型的ARF轉(zhuǎn)錄因子。通過(guò)調(diào)控RmARFgn基因在杜鵑花內(nèi)的表達(dá)，可以調(diào)控杜鵑花的花期和器官形態(tài)。下一步我們計(jì)劃進(jìn)一步開(kāi)發(fā)杜鵑花的轉(zhuǎn)基因平臺(tái)，研究RmARFgn的功能，嘗試將RmARFgn基因應(yīng)用于花卉產(chǎn)業(yè)的可能。

1005-2690（2017）07-0053-02

Q943

A

2017-06-15）

李菲（1985-），男，漢族，山東曲阜人，博士，講師，從事植物生理與發(fā)育調(diào)控研究。