轉(zhuǎn)錄因子ZmPTF1調(diào)控基因的鑒定及表達(dá)分析.pdf

1、本實(shí)驗(yàn)室高強(qiáng)等運(yùn)用RT-PCR結(jié)合RACE的方法從玉米中克隆得到了一個(gè)bHLH轉(zhuǎn)錄因子基因ZmPTF1。該基因在根中受低磷脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。李朝霞等利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將ZmPTF1基因?qū)氲接衩坠歉勺越幌礑H4866中，獲得了耐低磷特性提高的轉(zhuǎn)基因植株。研究表明，ZmPTF1過表達(dá)株系比未轉(zhuǎn)基因?qū)φ站哂懈l(fā)達(dá)的根系，低磷土壤中生長時(shí)具有較多的雄穗分支數(shù)和較飽滿的籽粒，受低磷脅迫影響較小。過表達(dá)ZmPTF1引起了一些低磷脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)增強(qiáng)。可

2、溶性糖濃度在轉(zhuǎn)基因株系葉片中降低，根中升高。對蔗糖合成和分解代謝相關(guān)基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致了單糖合成蔗糖和淀粉過程的限速酶基因ructose-1,6-bisphosphatase和ucrosephosphatesynthase1的表達(dá)在葉片中顯著提高，而在根中明顯低于對照植株的。同時(shí)，參與蔗糖代謝的酶基因在過表達(dá)株系根中的表達(dá)量也低于對照的。ZmPTF過表達(dá)導(dǎo)致了玉米代謝和根系形態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)遭受低磷脅迫時(shí)，這些特征

3、能促進(jìn)過表達(dá)株系較快適應(yīng)低磷環(huán)境，減少了低磷對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。
　　 本工作以過表達(dá)ZmPTF1株系和自交系DH4866苗期的根系為材料，利用數(shù)字表達(dá)譜分析技術(shù)，在轉(zhuǎn)錄水平上研究了在玉米中過表達(dá)ZmPTF1引起的基因表達(dá)變化。將FDR≤0.001且倍數(shù)差異在2倍以上的基因作為有生物學(xué)意義的差異表達(dá)基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn):過表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致玉米根部差異表達(dá)的基因共有755個(gè)，其中上調(diào)表達(dá)的有526個(gè)，下調(diào)表達(dá)的有229個(gè)。根

4、據(jù)GO功能顯著性分析和pathway功能分析，發(fā)現(xiàn)這些差異表達(dá)基因涉及多種代謝途徑，主要包括PAMPs誘發(fā)的抗病途徑、激素代謝及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、碳水化合物代謝途徑、次生產(chǎn)物代謝途徑等。
　　 過表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致了細(xì)菌鞭毛蛋白flg22誘導(dǎo)的抗病途徑中的多個(gè)基因表達(dá)發(fā)生變化，主要包括編碼flg22受體FLS2的基因、MAPK家族的EKK1和KK4/5以及WRKY家族的轉(zhuǎn)錄因子WRKY22/29和WRKY25/33等。與WT相比，

5、過表達(dá)ZmPTF1還導(dǎo)致了RPM1、RPS2、PBS1的表達(dá)豐度在轉(zhuǎn)基因植株根系中的上調(diào)。此外，茉莉酸和水楊酸信號途徑中的一些基因也發(fā)生了變化。在玉米中過表達(dá)ZmPTF1有可能提高了植株抵抗病原菌的能力。
　　 生長素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和赤霉素等激素的合成以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)都受到了過表達(dá)ZmPTF1的影響。其中生長素流入載體基因AUX1、生長素響應(yīng)抑制因子基因ARF1的表達(dá)強(qiáng)度在轉(zhuǎn)基因植株根系中顯著低于對照的，SAUR25、SAUR

6、56、SAUR20的表達(dá)豐度顯著高于對照。與對照相比，轉(zhuǎn)基因植株根系中細(xì)胞分裂素受體基因CRE1表達(dá)強(qiáng)度降低，細(xì)胞分裂素氧化酶基因cko3的轉(zhuǎn)錄本豐度升高。赤霉素受體基因G1D1基因在轉(zhuǎn)基因植株根系中的轉(zhuǎn)錄本豐度顯著高于對照的，編碼GA信號途徑中的負(fù)調(diào)控因子DELLA蛋白的基因表達(dá)豐度在轉(zhuǎn)基因植株根系中顯著低于對照。對乙烯響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子基因ERF1/2在轉(zhuǎn)基因植株根系中的表達(dá)豐度顯著高于對照。這說明過表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致了多種植物激素信

7、號途徑中的基因表達(dá)發(fā)生變化，這些變化勢必導(dǎo)致各類植物激素信號調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子和功能基因的表達(dá)變化，從而引起植株根系更發(fā)達(dá)。
　　 轉(zhuǎn)基因植株根系中sucrose-phosphatesynthase基因的轉(zhuǎn)錄本豐度高于對照。beta-fructofuranosidase基因編碼催化糖水解產(chǎn)生β-d-fructofuranosyl殘基的酶，其表達(dá)豐度與對照相比上調(diào)4倍以上。編碼催化海藻糖水解產(chǎn)生葡萄糖的酶基因的alpha,alpha-

8、trehalase和淀粉降解酶基因beta-amylase3的表達(dá)豐度在轉(zhuǎn)基因株系中分別下調(diào)1.36倍和1.41倍。這表明過表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致植株根中葡萄糖、果糖、蔗糖等可溶性糖含量可能上升，而碳水化合物水平的提高會(huì)促進(jìn)根系的生長，導(dǎo)致根冠比增加，從而提高了整株生物量。這些結(jié)果與李朝霞等的生理測定結(jié)果相一致。
　　 此外，與對照相比，轉(zhuǎn)基因植株根系中編碼syntaxin7、AMPK（5'-AMP-activatedprotei