轉錄因子ZmPTF1調控基因的鑒定及表達分析.pdf

1、本實驗室高強等運用RT-PCR結合RACE的方法從玉米中克隆得到了一個bHLH轉錄因子基因ZmPTF1。該基因在根中受低磷脅迫誘導表達。李朝霞等利用轉基因技術將ZmPTF1基因導入到玉米骨干自交系DH4866中，獲得了耐低磷特性提高的轉基因植株。研究表明，ZmPTF1過表達株系比未轉基因對照具有更發(fā)達的根系，低磷土壤中生長時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ZmPTF1引起了一些低磷脅迫響應基因的表達增強。可

2、溶性糖濃度在轉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基因的表達分析發(fā)現(xiàn)，過表達ZmPTF1導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的表達在葉片中顯著提高，而在根中明顯低于對照植株的。同時，參與蔗糖代謝的酶基因在過表達株系根中的表達量也低于對照的。ZmPTF過表達導致了玉米代謝和根系形態(tài)發(fā)生變化，當遭受低磷脅迫時，這些特征

3、能促進過表達株系較快適應低磷環(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ZmPTF1株系和自交系DH4866苗期的根系為材料，利用數(shù)字表達譜分析技術，在轉錄水平上研究了在玉米中過表達ZmPTF1引起的基因表達變化。將FDR≤0.001且倍數(shù)差異在2倍以上的基因作為有生物學意義的差異表達基因。結果發(fā)現(xiàn):過表達ZmPTF1導致玉米根部差異表達的基因共有755個，其中上調表達的有526個，下調表達的有229個。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、激素代謝及信號轉導途徑、碳水化合物代謝途徑、次生產(chǎn)物代謝途徑等。
　　 過表達ZmPTF1導致了細菌鞭毛蛋白flg22誘導的抗病途徑中的多個基因表達發(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家族的轉錄因子WRKY22/29和WRKY25/33等。與WT相比，

5、過表達ZmPTF1還導致了RPM1、RPS2、PBS1的表達豐度在轉基因植株根系中的上調。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ZmPTF1有可能提高了植株抵抗病原菌的能力。
　　 生長素、細胞分裂素、脫落酸和赤霉素等激素的合成以及信號轉導都受到了過表達ZmPTF1的影響。其中生長素流入載體基因AUX1、生長素響應抑制因子基因ARF1的表達強度在轉基因植株根系中顯著低于對照的，SAUR25、SAUR

6、56、SAUR20的表達豐度顯著高于對照。與對照相比，轉基因植株根系中細胞分裂素受體基因CRE1表達強度降低，細胞分裂素氧化酶基因cko3的轉錄本豐度升高。赤霉素受體基因G1D1基因在轉基因植株根系中的轉錄本豐度顯著高于對照的，編碼GA信號途徑中的負調控因子DELLA蛋白的基因表達豐度在轉基因植株根系中顯著低于對照。對乙烯響應的轉錄因子基因ERF1/2在轉基因植株根系中的表達豐度顯著高于對照。這說明過表達ZmPTF1導致了多種植物激素信

7、號途徑中的基因表達發(fā)生變化，這些變化勢必導致各類植物激素信號調控的轉錄因子和功能基因的表達變化，從而引起植株根系更發(fā)達。
　　 轉基因植株根系中sucrose-phosphatesynthase基因的轉錄本豐度高于對照。beta-fructofuranosidase基因編碼催化糖水解產(chǎn)生β-d-fructofuranosyl殘基的酶，其表達豐度與對照相比上調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的表達豐度在轉基因株系中分別下調1.36倍和1.41倍。這表明過表達ZmPTF1導致植株根中葡萄糖、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促進根系的生長，導致根冠比增加，從而提高了整株生物量。這些結果與李朝霞等的生理測定結果相一致。
　　 此外，與對照相比，轉基因植株根系中編碼syntaxin7、AMPK（5'-AMP-activatedprotei