苦荞ARF基因家族的鉴定及生长素诱导下的表达模式

摘要

[目的]全基因组水平鉴定苦荞ARF家族基因,并对其家族基因结构、保守结构域、系统进化、组织表达差异及外源生长素处理下基因表达水平进行分析,为苦荞ARF的功能研究和利用奠定基础.[方法]通过转录组数据和ARF保守结构域(PF06507)分析,筛选苦荞ARF家族成员,利用TBtools软件绘制基因结构图,利用NCBI及MEME在线预测苦荞ARF蛋白保守结构域和保守基序,利用MEGA X构建苦荞和拟南芥、水稻、甜荞、甜菜、大豆ARF蛋白系统进化树.使用根、茎、叶、花、未成熟和成熟籽粒6个组织转录组数据的FPKM值,通过TBtools HeatMap绘制FtARFs基因表达热图,分析FtARFs的组织表达特异性.使用PlantCARE在线网站预测茎秆特异表达的FtARFs启动子的顺式作用元件.以0.5 mg·L-1 IAA处理2份高秆(ZNQ189和PI673849)与2份矮秆(PI658429和PI647612)苦荞材料,观察苦荞下胚轴伸长的特征,于生长素处理不同时间段(0、0.5、1、6、12、24和48h)取样,qRT-PCR检测FtARFs基因在不同苦荞下胚轴中的表达差异;同时,对生长7d的4份材料进行石蜡切片,番红固绿染色后显微镜下观察下胚轴细胞大小.[结果]系统分析鉴定了26个苦荞ARF家族基因,染色体定位分析显示,除第4染色体外,FtARFs在其余染色体均有分布.理化性质分析表明,氨基酸残基数目范围为331-1 083 aa,理论等电点为5.34-8.63.保守基序分析表明,不同组间Motif组成有一定的差异.基因结构分析显示,苦荞ARF基因外显子数量为2-15,变异较大.系统进化将其分成4组(Group Ⅰ-Group Ⅳ),且苦荞FtARFs在4个类群中均有分布.组织特异性分析显示,在各组织中,FtARFs基因FPKM值差异明显,在根、茎、花中,分别检测到7个、9个和4个基因表达量较高,在叶、未成熟籽粒和成熟籽粒中,表达值均较低.外源生长素处理4份苦荞材料,下胚轴伸长趋势不一,与其细胞大小变化相一致.qRT-PCR结果显示,FtARFs基因在生长素处理前期(0.5-1 h)表达较高,在处理后期,基因表达量降低.且处理苦荞幼苗0.5h时,大多数FtARFs基因被显著诱导表达.[结论]苦荞ARF基因结构和蛋白基序具有组间多样性和组内保守性,且具有组织表达特异性,9个茎秆特异表达的FtARFs基因响应IAA诱导,暗示其对苦荞茎秆伸长可能具有调控作用.