玉米中ZmPIFs基因的克隆與功能分析.pdf

1、光對(duì)植物的生長發(fā)育起著重要的作用，一方面它不僅為植物帶來了能量，使植物通過光合作用完成了同化物的積累；另一方面光又扮演了信號(hào)分子的角色，使植物通過感應(yīng)光的變化調(diào)整自身的生長發(fā)育。植物通過體內(nèi)的光敏色素（phytochrome，PHY）感知光信號(hào)，并通過光敏色素互作因子（phytochrome-interacting factors，PIFs）與光敏色素的相互作用調(diào)節(jié)植物的生長過程。PIFs對(duì)擬南芥的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，促進(jìn)下胚軸

2、的伸長，并抑制子葉的張開，還有抑制光形態(tài)建成。目前對(duì)于PIFs的研究主要集中于模式植物，而對(duì)一些高等作物尤其是玉米中ZmPIFs的研究還較少。因此，對(duì)玉米中ZmPIFs基因家族的研究有著重要的意義。在本實(shí)驗(yàn)中，我們從玉米基因數(shù)據(jù)庫MaizeGDB中確定了玉米ZmPIFs基因家族的成員，探究了該基因家族的表達(dá)模式，分離得到了10個(gè)玉米基因。將其中4個(gè)基因轉(zhuǎn)入擬南芥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)bHLH44基因在抑制光形態(tài)建成和影響植株響應(yīng)重力方面具有重要作用

3、。主要結(jié)果如下：
　?。?）根據(jù)NCBI上查詢的擬南芥AtPIFs基因家族序列，將其在MaizeGDB上進(jìn)行BLAST分析，獲得了17個(gè)玉米ZmPIFs同源基因。通過進(jìn)化樹比對(duì)、基因序列分析、氨基酸序列分析和蛋白結(jié)構(gòu)域預(yù)測，初步分析、預(yù)測了玉米ZmPIFs基因的結(jié)構(gòu)與功能。最終確定了10個(gè)與擬南芥AtPIF1，AtPIF3，AtPIF4和AtPIF5同源且起主要作用的玉米ZmPIFs基因：ZmbHLH12、ZmbHLH30、Zmb

4、HLH37、ZmbHLH40、ZmbHLH44、ZmbHLH51、ZmbHLH74、ZmbHLH88、ZmbHLH113和ZmbHLH180。由于PIFs基因?qū)儆赽HLH基因家族，所以我們對(duì)玉米ZmPIFs基因的命名使用了其在bHLH基因家族中的編號(hào)。
　　實(shí)時(shí)熒光定量PCR和RNA-seq高通量測序分析表明，我們發(fā)現(xiàn)玉米ZmPIFs基因的表達(dá)模式存在特異性：在不同的組織部位、不同的發(fā)育時(shí)期、不同基因?qū)φ陉幒蟮捻憫?yīng)；并且發(fā)現(xiàn)bHL

5、H24和bHLH74兩個(gè)基因在短日照下的表達(dá)存在晝夜節(jié)律。
　?。?）克隆出10個(gè)玉米ZmPIFs基因：bHLH1、bHLH12、bHLH24、bHLH30、bHLH40、bHLH44、bHLH51、bHLH113、bHLH130和bHLH180。結(jié)合基因序列的正確性、結(jié)構(gòu)域的完整性和是否在玉米中起主要作用，將其中的部分玉米ZmPIFs基因轉(zhuǎn)入到擬南芥pifq缺失突變體和野生型Col中。通過進(jìn)一步驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)bHLH44基因?qū)τ谝种?/p>

6、光形態(tài)建成的作用最明顯：在黑暗環(huán)境中， bHLH44促進(jìn)了35S:bHLH44-3FLAG/pifq和35S:bHLH44-3FLAG/Col的下胚軸長度，改變了35S:bHLH44-3FLAG/pifq的子葉張開程度。其抑制光形態(tài)建成的功能類似于AtPIFs基因。
　　（3）bHLH44基因影響了植株的向重力性，在黑暗環(huán)境中，缺失突變體pifq的下胚軸不存在負(fù)向地性，而35S:bHLH44-3FLAG/pifq和野生型Col的下