留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析

缪云锋 周丹 董彬 赵宏波

缪云锋, 周丹, 董彬, 赵宏波. 桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
引用本文: 缪云锋, 周丹, 董彬, 赵宏波. 桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
MIAO Yunfeng, ZHOU Dan, DONG Bin, ZHAO Hongbo. Identification and expression analysis of OfNAC transcription factors in Osmanthus fragrans during flower opening stage[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
Citation: MIAO Yunfeng, ZHOU Dan, DONG Bin, ZHAO Hongbo. Identification and expression analysis of OfNAC transcription factors in Osmanthus fragrans during flower opening stage[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474

桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(32072615)
详细信息
    作者简介: 缪云锋(ORCID: 0000-0002-4517-4640),从事观赏植物遗传育种研究。E-mail: 1150827869@qq.com
    通信作者: 赵宏波(ORCID: 0000-0003-4714-8240),教授,博士,从事观赏植物遗传育种等研究。E-mail: zhaohb@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.3

Identification and expression analysis of OfNAC transcription factors in Osmanthus fragrans during flower opening stage

  • 摘要:   目的  研究OfNAC基因对桂花Osmanthus fragrans花开放的调控作用。  方法  从桂花品种‘堰虹桂’O. fragrans ‘Yanhonggui’转录组数据中,筛选获得相关OfNAC基因序列,分析预测其理化性质和结构,运用实时荧光定量PCR技术分析花开放过程的表达特性。  结果  筛选得到22条OfNAC序列。生物信息学分析发现:22条OfNAC转录因子均含有NAM结构域,氨基酸序列含有5个保守的亚结构域(A~E),其保守性由强到弱依次为C、A、D、B、E;二级结构中不同结构的占比由大到小表现为无规则卷曲、α-螺旋、延伸链、β-折叠;亚细胞定位及跨膜结构预测表明:OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9是膜结合转录因子,且大多数OfNAC定位在细胞核。在桂花花开放进程中,OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73相对表达量在铃梗期(S4)到达顶峰,在此之后相对表达降低;OfNAC43在铃梗期(S4)骤然升高,并且在此时期相对表达最大;OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22从起始期(S1)呈缓慢上升趋势,在顶壳期 (S3) 到达最高,随后整体呈现下降趋势;OfNAC29-2在圆珠期(S2)相对表达量陡然上升,在铃梗期(S4)相对表达最低。  结论  推测OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73、OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22、OfNAC29-2等成员极有可能参与调控桂花的花开放。图6表3参33
  • 图  1  桂花NAC的NAM保守功能域分析

    绿色部分表示NAM保守功能域

    Figure  1  NAM conserved functional domain about NAC

    图  2  OfNAC转录因子氨基酸序列比对

    黑色区域表示序列一致,红色区域保守性稍弱,蓝色区域保守性较差。字母A、B、C、D、E下面的方框部分为OfNAC转录因子N端保守区5个保守亚结构域

    Figure  2  Sequence alignment of OfNAC transcription factor

    图  3  桂花OfNAC转录因子进化分析及保守基序分析

    Figure  3  Evolution analysis of 22 OfNAC transcription factors and analysis of conserved motif

    图  4  桂花OfNAC蛋白质跨膜结构预测

    Figure  4  Transmembrane structure prediction related to OfNAC protein

    图  5  桂花OfNAC与拟南芥、水稻的系统进化树

    标黄色阴影的是桂花OfNAC

    Figure  5  Phylogenetic tree of OfNAC, A. thaliana and O. sativa

    图  6  22个OfNAC基因在不同花开放时期的表达结果

    Figure  6  Expression results of 22 OfNAC genes in different flower opening periods

    表  1  桂花OfNAC转录因子RT-PCR特异性引物

    Table  1.   Specific primers for RT-PCR of OfNAC in O. fragrans

    基因名称用于荧光定量的引物序列(5′→3′)基因名称用于荧光定量的引物序列(5′→3′)
    OfNAC100-1F: TGAACAAGATTGAGCCTTGGGOfNAC104F: TGCATTTTACATTGGTGAAGATGTC
    R: CCTTTCCTGTGGCTTTCCAGR: GCTCGTACACTTGACACACCA
    OfNAC53F: AGATTGTGGGGATGAAGAAAAOfNAC92F: TCCTAGTCGGAATGAAGAAAACTC
    R: CAACTCCATATCAGTAAGCCGR: ATGGCTTTCTAATCTGTATTCGTGC
    OfNTM1-9F: GGTTGCTCTAATGCCCACTTCOfNAC72-1F: GGAAAAGCCCCCAAAGGAAC
    R: CTGGTTCCGTAGCACGATACTR: CCCAATCATCCAACCTTGAGC
    OfNAC73F: AGGCAAGGATGGCCAAATTCOfNAC72-2F: ACGTAGGAAAAGCACCAAAAGG
    R: TTGTGCCATCTTGTTTCTCCR: AGCATCCAACCTTGCGCTTC
    OfNAC43F: AGGCTACTGGTCGTGATAAAGOfNAC29-1F: TTACAAGGGAAGGCCTCCAAAG
    R: GGGGTCATGAGTGTCGTCCR: TTGAGCCATTTTGCGTGTTAGG
    OfNAC91F: TCTACAAAGGTCGTGCTCCGOfNAC29-2F: CCCAAAGGGCGTCAAAACTG
    R: CCCTGACCAGGATAAGTGCCR: GCACACAATCATCCAACCTCA
    OfNAC50-X2F: TGGCAAAGGGTATTGGAAAGCOfNAC71F: CTATCGTGGAAGAGCACCACT
    R: TCGCCCACTATGGAAAACAAGR: TCCCTGAAATCTTGGGGTGTC
    OfNAC50F: AAGCAACTGGAAAGGATCGCOfNAC2F: TTGGGAATAAAGAAGGCTCTGGTG
    R: AATTCTGCATCGCAAAGCCTGR: ACACAACACCCAATCATCAAGCCTC
    OfNAC21/22F: GAAGGGAAGCCTGGTTGGAATOfNAC100-2F: TCAGAGGAAAAATCCTCGTCGG
    R: CCCAATCCTCCTTGACAGATGR: TTTGGGAGGTTGTGGATCGAG
    OfNAC56F: TCTATGGTGGAAAGCCTCCTOfNAC32F: AAGCCTTGGTTTTCTATGCCG
    R: CATCAAGCCTTAAAGAGCCCR: AAGCTGTTGTTCTTGTTTCGA
    OfNAC17-X2F: TCCTGTTGGGGTGAAGAAGAOfACTF: CCCAAGGCAAACAGAGAAAAAAT
    R: ATAGTCATCCTGTGCATCCTGCR: ACCCCATCACCAGAATCAAGAA
    OfNAC17F: TGGTCTTCCATAAAGGTCGTGC
    R: TTGTACAGAGCATAGCAATCCCGTG
    下载: 导出CSV

    表  2  桂花OfNAC蛋白质理化性质及二级结构分析

    Table  2.   Physicochemical properties and secondary structure analysis of OfNAC of O. fragrans

    序列名称氨基酸长度/个相对分子量等电点碱性氨基酸酸性氨基酸不稳定系数脂溶性指数总平均疏水值亚细胞定位
    位置预测值/%
    OfNAC100-134538 986.118.69403640.0661.01−0.574细胞核61.54
    OfNAC5355862 807.474.60518838.8769.37−0.564内质网42.42
    OfNTM1-960668 053.705.63718651.4962.43−0.725细胞核76.92
    OfNAC7330033 768.958.79393438.2169.47−0.754细胞核76.92
    OfNAC4339945 513.665.77435546.3163.26−0.752细胞核69.23
    OfNAC9160967 741.524.98638652.8371.07−0.593细胞核76.92
    OfNAC50-X238943 765.295.29465847.8369.43−0.629叶绿体58.33
    OfNAC5039944 952.525.35466150.4567.69−0.652叶绿体46.15
    OfNAC21/2229633 613.156.54333451.2666.52−0.570细胞核71.43
    OfNAC5632235 946.518.62373439.4864.81−0.725细胞核92.30
    OfNAC17-X257364 828.714.87639140.6077.70−0.530细胞核53.85
    OfNAC1760668 408.124.85609746.7974.62−0.571细胞核30.77
    OfNAC10418621 498.774.59193146.9668.60−0.695细胞核84.61
    OfNAC9232536 813.716.47404229.2771.35−0.579细胞核38.46
    OfNAC72-133938 289.938.64403740.1464.96−0.671细胞核84.61
    OfNAC72-234238 848.468.64423940.0461.64−0.762细胞核100
    OfNAC29-128032 538.567.71363542.9661.96−0.816细胞核52.50
    OfNAC29-227531 330.369.33352633.8161.35−0.741细胞核100
    OfNAC7130334 864.615.42334351.8953.37−0.795细胞核85.71
    OfNAC229634 249.556.09353850.0166.22−0.735细胞核69.23
    OfNAC100-233437 778.806.51384043.1067.96−0.540细胞核85.71
    OfNAC3226330 253.458.45383543.9169.32−0.635细胞核61.54
      说明:不稳定系数大于40为不稳定序列,小于40为稳定序列
    下载: 导出CSV

    表  3  桂花OfNAC蛋白质理化性质及二级结构分析

    Table  3.   Secondary structure analysis of OfNAC of O. fragrans

    序列名称二级结构占比序列名称二级结构占比
    α-螺旋/%β-螺旋/%延伸/%无规则卷曲/%α-螺旋/%β-螺旋/%延伸/%无规则卷曲/%
    OfNAC100-115.073.1914.7866.96 OfNAC1724.592.8112.7159.90
    OfNAC5321.333.7614.5260.39OfNAC10418.823.7615.5961.83
    OfNTM1-923.273.149.7463.86OfNAC9214.153.6915.6966.46
    OfNAC7313.003.6720.0063.33OfNAC72-117.993.5416.2262.24
    OfNAC4321.554.2614.2959.90OfNAC72-216.963.5116.0863.45
    OfNAC9120.362.6310.5166.50OfNAC29-13.213.5717.8655.36
    OfNAC50-X231.115.9112.3450.64OfNAC29-215.644.3616.7363.27
    OfNAC5027.825.0110.5356.64OfNAC7116.174.9514.5264.36
    OfNAC21/2217.233.0415.2064.53OfNAC221.624.0511.8262.50
    OfNAC5616.153.1115.8464.91OfNAC100-216.473.5914.0765.87
    OfNAC17-X225.832.9712.9158.29OfNAC3217.112.6612.9367.30
    下载: 导出CSV
  • [1] OLSEN A N, ERNST H A, LEGGIO L L, et al. NAC transcription factors: structurally distinct, functionally diverse [J]. Trends Plant Sci, 2005, 10(2): 79 − 87. doi:  10.1016/j.tplants.2004.12.010
    [2] HIBARA K, TAKADA S, TASAKA M. CUC1 gene activates the expression of SAM-related genes to induce adventitious shoot formation [J]. Plant J, 2004, 36(5): 687 − 696.
    [3] ZHANG Qian, LUO Fang, ZHONG Yu, et al. Modulation of NAC transcription factor NST1 activity by XYLEM NAC DOMAIN1 regulates secondary cell wall formation in Arabidopsis [J]. J Exp Bot, 2019, 71(4): 1449 − 1458.
    [4] PITAKSARINGKARN W, MATSUOKA K, ASAHINA M, et al. XTH20 and XTH19 regulated by ANAC071 under auxin flow are involved in cell proliferation in incised Arabidopsis inflorescence stems [J]. Plant J, 2014, 80(4): 604 − 614. doi:  10.1111/tpj.12654
    [5] KANEDA T, TAGA Y, TAKAI R, et al. The transcription factor OsNAC4 is a key positive regulator of plant hypersensitive cell death [J]. EMBO J, 2009, 28(7): 926 − 936. doi:  10.1038/emboj.2009.39
    [6] JEONG J S, KIM Y S, BAEK K H, et al. Root-specific expression of OsNAC10 improves drought tolerance and grain yield in rice under field drought conditions [J]. Plant Physiol, 2010, 153(1): 185 − 197. doi:  10.1104/pp.110.154773
    [7] CHEN Xu, LU Songchong, WANG Yaofeng, et al. OsNAC2 encoding a NAC transcription factor that affects plant height through mediating the gibberellic acid pathway in rice [J]. Plant J, 2015, 82(2): 302 − 314. doi:  10.1111/tpj.12819
    [8] LIU Yuanlong, KE Lili, WU Guizhi, et al. miR3954 is a trigger of phasiRNAs that affects flowering time in citrus [J]. Plant J, 2017, 92(2): 263 − 275. doi:  10.1111/tpj.13650
    [9] TRUPKINSA, ASTIGUETA F, BAIGORRIA A H, et al. Identification and expression analysis of NAC transcription factors potentially involved in leaf and petal senescence in Petunia hybrid[J]. Plant Science, 2019, 287: 110195. doi:  10.1016/j.plantsci.2019.110195.
    [10] JIANG Guoxiang, LI Zhiwei, SONG Yunbo, et al. LcNAC13 physically interacts with LcR1MYB1 to coregulate anthocyanin biosynthesis-related genes during litchi fruit ripening[J]. Biomolecules, 2019, 9(4): 135. doi:  10.3390/biom9040135.
    [11] van DOORN W G, van MEETEREN U. Flower opening and closure: a review [J]. J Exp Bot, 2003, 54(389): 1801 − 1812. doi:  10.1093/jxb/erg213
    [12] van DOORN W G, KAMDEE C. Flower opening and closure: an update [J]. J Exp Bot, 2014, 65(20): 5749 − 5757. doi:  10.1093/jxb/eru327
    [13] IRISH V F. The Arabidopsis petal: a model for plant organogenesis [J]. Trends Plant Sci, 2008, 13(8): 430 − 436. doi:  10.1016/j.tplants.2008.05.006
    [14] ZONIA L, MUNNIK T. Life under pressure: hydrostatic pressure in cell growth and function [J]. Trends Plant Sci, 2007, 12(3): 90 − 97. doi:  10.1016/j.tplants.2007.01.006
    [15] SABLOWSKI R, MEYEROWITZ E M. A homolog of NO APICAL MERISTEM is an immediate target of the floral homeotic genes APETALA3/PISTILLATA [J]. Cell, 1998, 92(1): 93 − 103. doi:  10.1016/S0092-8674(00)80902-2
    [16] JIANG Xinqiang, ZHANG Changqing, LÜ Peitao, et al. RhNAC3, a stress-associated NAC transcription factor, has a role in dehydration tolerance through regulating osmotic stress-related genes in rose petals [J]. Plant Biotechnol J, 2014, 12(1): 38 − 48. doi:  10.1111/pbi.12114
    [17] 王英, 张超, 付建新, 等. 桂花花芽分化和花开放研究进展[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(2): 340 − 347. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.021

    WANG Ying, ZHANG Chao, FU Jianxin, et al. Progress on flower bud differentiation and flower opening in Osmanthus fragrans [J]. J Zhejiang A&F Univ, 2016, 33(2): 340 − 347. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.021
    [18] ZHANG Chao, WANG Yiguang, FU Jianxin, et al. Transcriptomic analysis and carotenogenic gene expression related to petal coloration in Osmanthus fragrans‘Yanhong Gui’ [J]. Trees-Struct Funct, 2016, 30(4): 1207 − 1223. doi:  10.1007/s00468-016-1359-8
    [19] CHEN Chengjie, CHEN Hao, ZHANG Yi, et al. TBtools: an integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data [J]. Mol Plant, 2020, 13(8): 1194 − 1202. doi:  10.1016/j.molp.2020.06.009
    [20] 付建新, 张超, 王艺光, 等. 桂花组织基因表达中荧光定量PCR内参基因的筛选[J]. 浙江农林大学学报, 2016, 33(5): 727 − 733. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.001

    FU Jianxin, ZHANG Chao, WANG Yiguang, et al. Reference gene selection for quantitativereal-time polymerase chain reaction(qRT-PCR) normalization in the gene expression of sweet osmanthus tissues [J]. J Zhejiang A&F Univ, 2016, 33(5): 727 − 733. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.001
    [21] SOUER E, van HOUWELINGEN A, KLOOS D, et al. The no apical meristem gene of Petunia is required for pattern formation in embryos and flowers and is expressed at meristem and primordia boundaries [J]. Cell, 1997, 85(2): 159 − 170.
    [22] NURUZZAMAN M, MANIMEKALAI R, AKHTER S, et al. Genome-wide analysis of NAC transcription factor family in rice [J]. Gene, 2010, 465(1/2): 30 − 44.
    [23] LIU Xingwang, WANG Ting, BARTHOLOMEW E, et al. Comprehensive analysis of NAC transcription factors and their expression during fruit spine development in cucumber (Cucumis sativus L.)[J]. Hortic Res, 2018, 5(1): 31. doi:  10.1038/s41438-018-0036-z.
    [24] MIN Xueyang, JIN Xiaoyu, ZHANG Zhengshe, et al. Genome-wide identification of NAC transcription factor family and functional analysis of the abiotic stress-responsive genes in Medicago sativa L. [J]. J Plant Growth Regul, 2020, 39(1): 324 − 337. doi:  10.1007/s00344-019-09984-z
    [25] KIM S M, KIM S G, KIM Y S, et al. Exploring membrane-associated NAC transcription factors in Arabidopsis: implications for membrane biology in genome regulation [J]. Nucl Acids Res, 2007, 35(1): 203 − 213. doi:  10.1093/nar/gkl1068
    [26] FANG Yujie, YOU Jun, XIE Kabin, et al. Systematic sequence analysis and identification of tissue-specific or stress-responsive genes of NAC transcription factor family in rice [J]. Mol Genet Genomics, 2008, 280(6): 547 − 563. doi:  10.1007/s00438-008-0386-6
    [27] KIM S G, LEE A K, YOON H K, et al. A membrane-bound NAC transcription factor NTL8 regulates gibberellic acid-mediated salt signaling in Arabidopsis seed germination [J]. Plant J, 2008, 55(1): 77 − 88. doi:  10.1111/j.1365-313X.2008.03493.x
    [28] 李建琴, 张娟, 王学臣, 等. 膜系留转录因子ANAC089在拟南芥开花诱导过程中起负调控作用[J]. 中国科学: 生命科学, 2010, 40(5): 408 − 417. doi:  10.1007/s11427-010-4085-2

    LI Jianqin, ZHANG Juan, WANG Xuechen, et al. A membrane-tethered transcription factor ANAC089 negatively regulates floral initiation in Arabidopsis thaliana [J]. Sci Sin Vitae, 2010, 40(5): 408 − 417. doi:  10.1007/s11427-010-4085-2
    [29] BALAZADEH S, SIDDIQUI H, ALLU A D, et al. A gene regulatory network controlled by the NAC transcription factor ANAC092/AtNAC2/ORE1 during salt-promoted senescence [J]. Plant J, 2010, 62(2): 250 − 264. doi:  10.1111/j.1365-313X.2010.04151.x
    [30] PEI Haixia, MA Nan, TIAN Ji, et al. An NAC transcription factor controls ethylene-regulated cell expansion in flower petals [J]. Plant Physiol, 2013, 163(2): 775 − 791. doi:  10.1104/pp.113.223388
    [31] 罗云, 张超, 付建新, 等. 桂花扩展蛋白基因家族的鉴定和表达分析[J]. 农业生物技术学报, 2017, 25(8): 1289 − 1299.

    LUO Yun, ZHANG Chao, FU Jianxin, et al. Identification and expression analysis of expansin gene family in Osmanthus fragrans [J]. J Agric Biotechnol, 2017, 25(8): 1289 − 1299.
    [32] DAI Fanwei, ZHANG Changqing, JIANG Xinqiang, et al. RhNAC2 and RhEXPA4 are involved in the regulation of dehydration tolerance during the expansion of rose petals [J]. Plant Physiol, 2012, 160(4): 2064 − 2082. doi:  10.1104/pp.112.207720
    [33] SÁNCHEZ-MONTESINO R, BOUZA-MORCILLO L, MARQUEZ J, et al. A regulatory module controlling GA-mediated endosperm cell expansion is critical for seed germination in Arabidopsis [J]. Mol Plant, 2019, 12(1): 71 − 85. doi:  10.1016/j.molp.2018.10.009
  • [1] 庞天虹, 钱婕妤, 付建新, 顾翠花, 张超.  桂花己糖激酶基因家族成员的序列及表达分析 . 浙江农林大学学报, 2021, 38(2): 225-234. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200370
    [2] 吴琪, 吴鸿飞, 周敏舒, 徐倩霞, 杨丽媛, 赵宏波, 董彬.  桂花OfFCA基因的克隆及在花芽分化时期的表达分析 . 浙江农林大学学报, 2020, 37(2): 195-200. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2020.02.001
    [3] 王千千, 蒋琦妮, 付建新, 董彬, 赵宏波.  不同光周期和温度处理下桂花内参基因的筛选 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(5): 928-934. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.05.011
    [4] 蒋琦妮, 付建新, 张超, 董彬, 赵宏波.  桂花OfAP1基因的克隆及表达分析 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(4): 664-669. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.04.005
    [5] 刘玉成, 王艺光, 张超, 董彬, 付建新, 胡绍庆, 赵宏波.  桂花OfCCD1基因启动子克隆与表达特性 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(4): 596-603. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.04.003
    [6] 李军, 董彬, 张超, 付建新, 胡绍庆, 赵宏波.  桂花EST-SSR引物开发及在品种鉴定中的应用 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(2): 306-313. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.02.015
    [7] 李冰冰, 刘国峰, 魏书, 黄龙全, 张剑韵.  烟草NtPLR1基因克隆与表达分析 . 浙江农林大学学报, 2017, 34(4): 581-588. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.003
    [8] 蔡宙霏, 陈雅奇, 许馨露, 王小东, 汪俊宇, 张汝民, 高岩.  4个桂花品种开花进程释放VOCs动态变化分析 . 浙江农林大学学报, 2017, 34(4): 608-619. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.006
    [9] 付建新, 张超, 王艺光, 赵宏波.  桂花组织基因表达中荧光定量PCR内参基因的筛选 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(5): 727-733. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.001
    [10] 王英, 张超, 付建新, 赵宏波.  桂花花芽分化和花开放研究进展 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(2): 340-347. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.02.021
    [11] 庞景, 童再康, 黄华宏, 林二培, 刘琼瑶.  杉木纤维素合成酶基因CesA的克隆及表达分析 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(1): 40-46. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.01.006
    [12] 赵婷, 韩小娇, 刘明英, 乔桂荣, 蒋晶, 姜彦成, 卓仁英.  东南景天耐镉相关基因SaFer的克隆与功能初步分析 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(1): 25-32. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.01.004
    [13] 徐沂春, 胡绍庆, 赵宏波.  基于AFLP分子标记的不同类型野生桂花种群遗传结构分析 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(2): 217-223. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.02.009
    [14] 林富平, 周帅, 马楠, 张汝民, 高岩.  4个桂花品种叶片挥发物成分及其对空气微生物的影响 . 浙江农林大学学报, 2013, 30(1): 15-21. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2013.01.003
    [15] 杨希宏, 黄有军, 陈芳芳, 黄坚钦.  山核桃FLOWERING LOCUS C同源基因鉴定与表达分析 . 浙江农林大学学报, 2013, 30(1): 1-8. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2013.01.001
    [16] 杨秀莲, 郝其梅.  桂花种子休眠和萌发的初步研究 . 浙江农林大学学报, 2010, 27(2): 272-276. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2010.02.018
    [17] 常炳华, 胡永红, 徐业根, 张秋兴, 张万里.  桂花花冠裂片表面的超微结构观察 . 浙江农林大学学报, 2007, 24(5): 533-537.
    [18] 周媛, 姚崇怀, 王彩云.  桂花切花品种筛选 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(6): 660-663.
    [19] 胡绍庆, 宣子灿, 周煦浪, 吴光洪.  杭州市桂花品种的分类整理 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(2): 179-187.
    [20] 吴光洪, 胡绍庆, 宣子灿, 向其柏.  桂花品种分类标准与应用 . 浙江农林大学学报, 2004, 21(3): 281-284.
  • 加载中
  • 链接本文:

    http://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20200474

    http://zlxb.zafu.edu.cn/article/zjnldxxb/2021/3/433

图(6) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  244
  • HTML全文浏览量:  51
  • PDF下载量:  120
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-21
  • 修回日期:  2020-12-30
  • 网络出版日期:  2021-06-09
  • 刊出日期:  2021-06-09

桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
    基金项目:  国家自然科学基金面上项目(32072615)
    作者简介:

    缪云锋(ORCID: 0000-0002-4517-4640),从事观赏植物遗传育种研究。E-mail: 1150827869@qq.com

    通信作者: 赵宏波(ORCID: 0000-0003-4714-8240),教授,博士,从事观赏植物遗传育种等研究。E-mail: zhaohb@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.3

摘要:   目的  研究OfNAC基因对桂花Osmanthus fragrans花开放的调控作用。  方法  从桂花品种‘堰虹桂’O. fragrans ‘Yanhonggui’转录组数据中,筛选获得相关OfNAC基因序列,分析预测其理化性质和结构,运用实时荧光定量PCR技术分析花开放过程的表达特性。  结果  筛选得到22条OfNAC序列。生物信息学分析发现:22条OfNAC转录因子均含有NAM结构域,氨基酸序列含有5个保守的亚结构域(A~E),其保守性由强到弱依次为C、A、D、B、E;二级结构中不同结构的占比由大到小表现为无规则卷曲、α-螺旋、延伸链、β-折叠;亚细胞定位及跨膜结构预测表明:OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9是膜结合转录因子,且大多数OfNAC定位在细胞核。在桂花花开放进程中,OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73相对表达量在铃梗期(S4)到达顶峰,在此之后相对表达降低;OfNAC43在铃梗期(S4)骤然升高,并且在此时期相对表达最大;OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22从起始期(S1)呈缓慢上升趋势,在顶壳期 (S3) 到达最高,随后整体呈现下降趋势;OfNAC29-2在圆珠期(S2)相对表达量陡然上升,在铃梗期(S4)相对表达最低。  结论  推测OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73、OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22、OfNAC29-2等成员极有可能参与调控桂花的花开放。图6表3参33

English Abstract

缪云锋, 周丹, 董彬, 赵宏波. 桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
引用本文: 缪云锋, 周丹, 董彬, 赵宏波. 桂花OfNAC转录因子鉴定及在花开放阶段的表达分析[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
MIAO Yunfeng, ZHOU Dan, DONG Bin, ZHAO Hongbo. Identification and expression analysis of OfNAC transcription factors in Osmanthus fragrans during flower opening stage[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
Citation: MIAO Yunfeng, ZHOU Dan, DONG Bin, ZHAO Hongbo. Identification and expression analysis of OfNAC transcription factors in Osmanthus fragrans during flower opening stage[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 433-444. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200474
  • NAC(NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物中最大的转录因子家族之一,成员众多,功能多样[1]。NAC转录因子参与植物多个生物学过程,如植物茎尖分生组织的形成[2]、植物次生生长[3]、组织愈合过程中的细胞增殖[4]、生物和非生物胁迫响应[5-6]、植物开花时间调节[7-8]、叶片和花瓣衰老[9]和果实成熟时颜色变化等[10]。花瓣细胞的伸长和扩展也受到NAC转录因子的调控。花瓣的扩展是引起植物花开放的重要原因[11-13],主要受花瓣细胞的膨压变化、细胞壁代谢变化等影响[14]。研究发现:NAC转录因子NAP可能通过抑制拟南芥Arabidopsis thaliana花瓣细胞扩张而影响花器官生长,且在花发育细胞分裂向细胞扩展过渡阶段发挥重要作用[15]RhNAC3可以作为上游调控因子结合具有调节渗透压功能的基因从而影响月季Rosa hybrida花瓣细胞扩张[16]。桂花Osmanthus fragrans是中国传统的十大名花之一,花是其最重要的观赏器官。桂花花的开放受到温度、湿度等环境因子的影响,其具体的分子机制至今尚未阐明。本研究通过桂花NAC家族基因鉴定和筛选,预测它们的理化性质,运用荧光定量PCR分析花开放进程中的表达模式,筛选出参与桂花花开放调控的关键NAC转录因子成员,为明确其在花开放中的功能作用奠定基础。

    • 以桂花品种‘堰虹桂’O. fragrans‘Yanhonggui’盆栽植株为材料,种植于浙江农林大学桂花资源圃。选取株龄相同、生长一致的健康植株,分别于起始期(S1)以及花开放不同阶段:圆珠期(S2)、顶壳期(S3)、铃梗期(S4)、初开期(S5)、盛花期(S6)进行取样[17]。每个时期样品采集3份,取样时间均为10:00,液氮速冻后储藏于−80 ℃冰箱备用。

    • 本研究从已构建的桂花‘堰虹桂’转录组数据库[18]中对NAC转录因子进一步进行NCBI-Blast(http://www.ncbi.nLm.nih.gov/BLAST/)比对分析。通过PlantTFDB(http://planttfdb.cbi.pku.edu.cn/blast.php)以及Pfam(https://pfam.xfam.org/)查询候选基因中的NAC的结构域,并通过NCBI(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd)进行保守功能域预测,利用TBtools工具进行桂花NAC保守结构域可视化分析,TBtools-ORF finder分析开放阅读框[19],并通过NCBI-Blast获得开放阅读框完整的桂花OfNAC序列。运用ExPASy在线软件(http://web.expasy.org/protparam/)预测编码蛋白质分子量、理论电点、酸碱性等。

    • 用DNAMAN对已筛选的桂花OfNAC转录因子氨基酸序列进行比对,分析其保守亚结构域;在线分析软件MEME 5.1.0分析NAC的保守基序(http://meme-suite.org/tools/meme),对桂花OfNAC蛋白质二级结构以及跨膜结构分别采用在线软件SOPMA(https://npsaprabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa-sopma.html)和TMHMM Server V.2.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)进行分析。用在线分析软件Wolfp sort Genscript(https://www.genscript.com/wolf-psort.html?src=leftbar)进行亚细胞定位预测。

    • 从PlantTFDB(http://planttfdb.cbi.pku.edu.cn/blast.php)中获取拟南芥、水稻Oryza sativa的NAC序列,使用MEGA 6.0软件构建系统发育树,采用邻近法(neighbor-joining),1 000 次Bootstrap抽样。

    • RNA提取采用UltraClean Polysaccharide and Phenol Plant RNA Purification Kit试剂盒(诺禾致源公司,中国天津),方法参照说明书。使用核酸分析仪(IMPLEN公司,德国)对RNA的纯度与浓度进行检测,并用质量分数1%的琼脂糖凝胶电泳检测RNA的完整性。依据说明书使用PrimeScript™RT Master Mix Perfect Real Time(TaKaRa,中国大连)试剂盒对桂花不同花开放时期的cDNA进行合成。利用Primer Premier 5.0对22个OfNAC基因进行定量特异性引物设计,桂花OfACT作为内参基因[20],引物序列如表1所示。荧光定量反应体系如下:SYBR Premix Ex Taq 10 μL,cDNA 2 μL,上游引物和下游引物(10 μmol·L−1)各8 μL,双蒸水(ddH2O)补足至20 μL,每个样品设置3次生物学重复。反应程序为:95 ℃预变性30 s,95 ℃变性5 s,60 ℃复性30 s,共40个循环;然后以95 ℃持续5 s,60 ℃持续1 min,95 ℃持续15 s作为溶解曲线分析程序。循环阈值由Light Cycler 480软件自动计算。最后根据${2^{{\rm{ - }}\Delta \Delta {C_{\rm{t}}}}} $法计算目的基因的相对表达量。

      表 1  桂花OfNAC转录因子RT-PCR特异性引物

      Table 1.  Specific primers for RT-PCR of OfNAC in O. fragrans

      基因名称用于荧光定量的引物序列(5′→3′)基因名称用于荧光定量的引物序列(5′→3′)
      OfNAC100-1F: TGAACAAGATTGAGCCTTGGGOfNAC104F: TGCATTTTACATTGGTGAAGATGTC
      R: CCTTTCCTGTGGCTTTCCAGR: GCTCGTACACTTGACACACCA
      OfNAC53F: AGATTGTGGGGATGAAGAAAAOfNAC92F: TCCTAGTCGGAATGAAGAAAACTC
      R: CAACTCCATATCAGTAAGCCGR: ATGGCTTTCTAATCTGTATTCGTGC
      OfNTM1-9F: GGTTGCTCTAATGCCCACTTCOfNAC72-1F: GGAAAAGCCCCCAAAGGAAC
      R: CTGGTTCCGTAGCACGATACTR: CCCAATCATCCAACCTTGAGC
      OfNAC73F: AGGCAAGGATGGCCAAATTCOfNAC72-2F: ACGTAGGAAAAGCACCAAAAGG
      R: TTGTGCCATCTTGTTTCTCCR: AGCATCCAACCTTGCGCTTC
      OfNAC43F: AGGCTACTGGTCGTGATAAAGOfNAC29-1F: TTACAAGGGAAGGCCTCCAAAG
      R: GGGGTCATGAGTGTCGTCCR: TTGAGCCATTTTGCGTGTTAGG
      OfNAC91F: TCTACAAAGGTCGTGCTCCGOfNAC29-2F: CCCAAAGGGCGTCAAAACTG
      R: CCCTGACCAGGATAAGTGCCR: GCACACAATCATCCAACCTCA
      OfNAC50-X2F: TGGCAAAGGGTATTGGAAAGCOfNAC71F: CTATCGTGGAAGAGCACCACT
      R: TCGCCCACTATGGAAAACAAGR: TCCCTGAAATCTTGGGGTGTC
      OfNAC50F: AAGCAACTGGAAAGGATCGCOfNAC2F: TTGGGAATAAAGAAGGCTCTGGTG
      R: AATTCTGCATCGCAAAGCCTGR: ACACAACACCCAATCATCAAGCCTC
      OfNAC21/22F: GAAGGGAAGCCTGGTTGGAATOfNAC100-2F: TCAGAGGAAAAATCCTCGTCGG
      R: CCCAATCCTCCTTGACAGATGR: TTTGGGAGGTTGTGGATCGAG
      OfNAC56F: TCTATGGTGGAAAGCCTCCTOfNAC32F: AAGCCTTGGTTTTCTATGCCG
      R: CATCAAGCCTTAAAGAGCCCR: AAGCTGTTGTTCTTGTTTCGA
      OfNAC17-X2F: TCCTGTTGGGGTGAAGAAGAOfACTF: CCCAAGGCAAACAGAGAAAAAAT
      R: ATAGTCATCCTGTGCATCCTGCR: ACCCCATCACCAGAATCAAGAA
      OfNAC17F: TGGTCTTCCATAAAGGTCGTGC
      R: TTGTACAGAGCATAGCAATCCCGTG
    • 通过对桂花‘堰虹桂’转录组数据分析,并结合NCBI-Blast筛选,对其中22个桂花OfNAC基因进行分析。结果显示:它们均含有NAC家族蛋白特有的NAM保守功能域(图1)。通过ExPASy对22条桂花OfNAC转录因子进行理化性质分析(表2),结果表明:22条桂花OfNAC基因的氨基酸(OfNAC104~OfNAC91)长度为186~609个;蛋白质(OfNAC104~OfNAC17)相对分子量为21 498.77~68 408.12;等电点为4.59~9.33,其中OfNAC100-1、OfNAC73、OfNAC56、OfNAC72-1、OfNAC72-2、OfNAC29-1、OfNAC29-2、OfNAC32等8个蛋白质等电点大于7,偏碱性,其余14个OfNAC等电点小于7,偏酸性。OfNAC的不稳定系数为29.27~52.83,OfNAC53、OfNAC73、OfNAC56、OfNAC92、OfNAC29-2等5个蛋白质不稳定系数低于40,为稳定蛋白质,其余17个不稳定系数均高于40,为不稳定蛋白质。脂溶性指数为53.37(OfNAC71)~77.70(OfNAC17-X2),总平均疏水值为−0.816~−0.530,蛋白质的平均疏水指数均小于0,表明OfNAC均为亲水性蛋白质(表2)。

      图  1  桂花NAC的NAM保守功能域分析

      Figure 1.  NAM conserved functional domain about NAC

      表 2  桂花OfNAC蛋白质理化性质及二级结构分析

      Table 2.  Physicochemical properties and secondary structure analysis of OfNAC of O. fragrans

      序列名称氨基酸长度/个相对分子量等电点碱性氨基酸酸性氨基酸不稳定系数脂溶性指数总平均疏水值亚细胞定位
      位置预测值/%
      OfNAC100-134538 986.118.69403640.0661.01−0.574细胞核61.54
      OfNAC5355862 807.474.60518838.8769.37−0.564内质网42.42
      OfNTM1-960668 053.705.63718651.4962.43−0.725细胞核76.92
      OfNAC7330033 768.958.79393438.2169.47−0.754细胞核76.92
      OfNAC4339945 513.665.77435546.3163.26−0.752细胞核69.23
      OfNAC9160967 741.524.98638652.8371.07−0.593细胞核76.92
      OfNAC50-X238943 765.295.29465847.8369.43−0.629叶绿体58.33
      OfNAC5039944 952.525.35466150.4567.69−0.652叶绿体46.15
      OfNAC21/2229633 613.156.54333451.2666.52−0.570细胞核71.43
      OfNAC5632235 946.518.62373439.4864.81−0.725细胞核92.30
      OfNAC17-X257364 828.714.87639140.6077.70−0.530细胞核53.85
      OfNAC1760668 408.124.85609746.7974.62−0.571细胞核30.77
      OfNAC10418621 498.774.59193146.9668.60−0.695细胞核84.61
      OfNAC9232536 813.716.47404229.2771.35−0.579细胞核38.46
      OfNAC72-133938 289.938.64403740.1464.96−0.671细胞核84.61
      OfNAC72-234238 848.468.64423940.0461.64−0.762细胞核100
      OfNAC29-128032 538.567.71363542.9661.96−0.816细胞核52.50
      OfNAC29-227531 330.369.33352633.8161.35−0.741细胞核100
      OfNAC7130334 864.615.42334351.8953.37−0.795细胞核85.71
      OfNAC229634 249.556.09353850.0166.22−0.735细胞核69.23
      OfNAC100-233437 778.806.51384043.1067.96−0.540细胞核85.71
      OfNAC3226330 253.458.45383543.9169.32−0.635细胞核61.54
        说明:不稳定系数大于40为不稳定序列,小于40为稳定序列
    • 使用DNAMAN软件对桂花OfNAC转录因子的氨基酸序列进行比对,结果显示(图2):22个OfNAC的氨基酸序列均具有保守的亚结构域(A~E)。对这5个亚结构域进行分析发现:A区较为保守的氨基酸是甘氨酸(G)、苯丙氨酸(F)、脯氨酸(P)、谷氨酸(E);B区较为保守的氨基酸是脯氨酸(P);C区较为保守的氨基酸是苯丙氨酸(F)、精氨酸(R)、色氨酸(W)、甘氨酸(G);D区较为保守的氨基酸是甘氨酸(G)、赖氨酸(K)、色氨酸(W);E区没有完全稳定的氨基酸。各保守亚域的保守性由强到弱依次为C、A、D、B、E。对所有OfNAC的氨基酸序列进行保守基序分析发现(图3):大多数OfNAC均含有较保守的元件,除OfNAC73只有2个保守元件(元件1、元件2)外,其余OfNAC均含有4个保守元件(元件1、元件3、元件4、元件5)。另外,22条OfNAC转录因子中元件7、元件9和元件10出现在一些OfNAC蛋白质的C端,且对应的序列亲缘关系较近。桂花OfNAC蛋白质二级结构分析表明:OfNAC蛋白质的二级结构包括α-螺旋、β-折叠、延伸链和无规则卷曲4种结构,且不同结构占比从大到小依次表现为无规则卷曲、α-螺旋、延伸链、β-折叠(表3)。OfNAC32的无规则卷曲占比最高,为67.30%。此外,OfNAC73、OfNAC92、OfNAC29-2结构中α-螺旋占比均小于延伸链。跨膜结构预测分析表明(图4):OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9均在C端有1个跨膜结构。亚细胞定位预测分析表明:OfNAC53定位于内质网,OfNAC50-X2和OfNAC50定位于叶绿体,其余OfNAC蛋白质均定位在细胞核中。

      图  2  OfNAC转录因子氨基酸序列比对

      Figure 2.  Sequence alignment of OfNAC transcription factor

      图  3  桂花OfNAC转录因子进化分析及保守基序分析

      Figure 3.  Evolution analysis of 22 OfNAC transcription factors and analysis of conserved motif

      表 3  桂花OfNAC蛋白质理化性质及二级结构分析

      Table 3.  Secondary structure analysis of OfNAC of O. fragrans

      序列名称二级结构占比序列名称二级结构占比
      α-螺旋/%β-螺旋/%延伸/%无规则卷曲/%α-螺旋/%β-螺旋/%延伸/%无规则卷曲/%
      OfNAC100-115.073.1914.7866.96 OfNAC1724.592.8112.7159.90
      OfNAC5321.333.7614.5260.39OfNAC10418.823.7615.5961.83
      OfNTM1-923.273.149.7463.86OfNAC9214.153.6915.6966.46
      OfNAC7313.003.6720.0063.33OfNAC72-117.993.5416.2262.24
      OfNAC4321.554.2614.2959.90OfNAC72-216.963.5116.0863.45
      OfNAC9120.362.6310.5166.50OfNAC29-13.213.5717.8655.36
      OfNAC50-X231.115.9112.3450.64OfNAC29-215.644.3616.7363.27
      OfNAC5027.825.0110.5356.64OfNAC7116.174.9514.5264.36
      OfNAC21/2217.233.0415.2064.53OfNAC221.624.0511.8262.50
      OfNAC5616.153.1115.8464.91OfNAC100-216.473.5914.0765.87
      OfNAC17-X225.832.9712.9158.29OfNAC3217.112.6612.9367.30

      图  4  桂花OfNAC蛋白质跨膜结构预测

      Figure 4.  Transmembrane structure prediction related to OfNAC protein

    • 为了进一步研究OfNAC的进化关系,对桂花、拟南芥和水稻的NAC蛋白构建系统进化树。结果表明:22个桂花OfNAC与拟南芥和水稻的NAC蛋白质共划分为11个亚族(图5),除a、b、c、e、h亚族外,其他亚族均有OfNAC分布。其中i亚族桂花NAC蛋白质较多,有8个OfNAC蛋白质。

      图  5  桂花OfNAC与拟南芥、水稻的系统进化树

      Figure 5.  Phylogenetic tree of OfNAC, A. thaliana and O. sativa

    • 为了研究OfNAC在桂花花开放进程中的表达模式,对其进行荧光定量表达分析(图6)。OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73相对表达量在铃梗期(S4)出现表达高峰,在此之后相对表达量大幅度降低,其中OfNAC43只在铃梗期(S4)相对表达量最高,其余时期相对表达量很低;OfNAC56从铃梗期开始呈现上升趋势,并在盛花期(S6)到达顶峰;OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22从起始期(S1)缓慢上升,在顶壳期 (S3)到达最高,随后急剧下降;OfNAC29-2在圆珠期(S2)相对表达量达到最大,之后在铃梗期(S4)相对表达达到最低。OfNAC在花开放不同阶段的表达情况说明:OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73、OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22、OfNAC29-2可能参与花开放的调控,其中又以OfNAC43和OfNAC29-2关联最为紧密。

      图  6  22个OfNAC基因在不同花开放时期的表达结果

      Figure 6.  Expression results of 22 OfNAC genes in different flower opening periods

      OfNAC50-X2、OfNAC50、OfNAC17-X2整体呈现上升趋势,并在初开期(S5)达到最高;OfNAC100-1、OfNAC92、OfNAC72-1、OfNAC91、OfNTM1-9、OfNAC53在起始期(S1)表达量较高,整体呈下降趋势;OfNAC104、OfNAC32、OfNAC2、OfNAC17、OfNAC72-2均呈现先下调后上升的表达趋势,到盛花期(S6)相对表达量较高。这说明,这些基因成员可能不参与桂花花开放的调控。

    • NAC转录因子最初在矮牵牛Petunia hybrida中发现[21]。在模式植物拟南芥、水稻以及园艺作物中的研究较多。在拟南芥、水稻、黄瓜Cucumis sativus、紫花苜蓿Medicago sativa中分别有151、117、91、113个NAC基因被鉴定[22-24]。目前关于桂花OfNAC转录因子的报道较少。通过桂花OfNAC转录因子的鉴定与分析,可为进一步了解桂花OfNAC的生物学功能及其在花开放过程中的作用奠定基础。

      本研究通过转录组测序鉴定出22条开放阅读框完整的OfNAC转录因子,对它们进行跨膜结构预测发现:OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9这5个转录因子均在C端有1个跨膜结构,推测它们可能是NAC膜结合转录因子。大多数OfNAC蛋白质预测定位在细胞核中的可能性较高,因此推测,OfNAC转录因子可能大多依旧在细胞核内发挥功能。目前,已经在模式植物中发现NAC膜结合转录因子,如拟南芥和水稻NAC基因组中已发现分别有18和6个膜结合NAC转录因子[25-26],其中拟南芥膜结合转录因子NTM1调节细胞分裂素信号传导而参与细胞分裂;NTL8调节拟南芥开花时间,过表达转基因植株出现晚花现象;ANAC089被确定为另一个膜结合转录因子,也有调控拟南芥开花时间的功能[27-28]。由此推测,桂花OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9可能也具有调控开花时间的功能。

      桂花22个OfNAC与拟南芥和水稻NAC蛋白质共同划分为11个亚族。根据亲缘关系推测相关OfNAC基因的功能,如OfNAC100-1、OfNAC100-2与拟南芥At5G6140.1、At5G7680.1、At5G39610.1、At3G29035.1亲缘性较高,其中At5G39610.1(ANAC92/ATNAC2)存在于部分或完全开放的花的花器官中,且参与叶和花的衰老过程[29]。在月季中,RhNAC100是At5G39610.1(ANAC92/ATNAC2)的同源基因,乙烯通过微调microRNA164-RhNAC100模块来调节细胞的扩张从而影响月季花瓣的扩展[30]OfNAC100-1和OfNAC100-2与拟南芥At5G39610.1亲缘关系较近,所以推测OfNAC100-1与OfNAC100-2可能有调节花瓣扩展的相关功能。OfNTM1-9与At1G33060.1同源性较高,且At1G33060.1是膜结合转录因子,在拟南芥各个器官均有表达,影响叶片衰老[25],推测OfNTM1-9可能作为NAC膜结合转录因子参与细胞衰老。

      花开放的主要原因是花瓣细胞的扩展[11-13],对OfNAC基因在桂花花开放时期的荧光定量表达分析表明:OfNAC在桂花花开放过程中发挥重要作用,且不同的OfNAC在此过程中表达模式有差异。OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22在顶壳期相对表达到达最大。罗云等[31]发现:OfEXPA2和OfEXLA1在桂花花开放的顶壳期相对表达急剧增加并到达顶峰,推测此时期的高丰度表达是后续花开放的基础。OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22与OfEXPA2和OfEXLA1表达模式相似,推测它们参与花开放进程。OfEXPA4在花芽萌发期至圆珠期表达量较低,而顶壳期开始急剧上升,铃梗期表达量达到最大。罗云等[31]推测:OfEXPA4是参与花瓣扩展的关键基因,OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73相对表达量也在铃梗期出现峰值,推测它们亦作为关键基因参与桂花花瓣扩展。对月季的研究发现:RhNAC2和RhEXPA4参与月季花瓣细胞扩展,且RhEXPA4的表达可能受到RhNAC2的调控[32],拟南芥中NAC25和NAC1L被确定是EXPA2(EXPANSIN2)的上游调控因子[33]。以此推测,NAC转录因子可能与EXP的启动子结合,是EXP的上游调控因子,则OfNAC29-2在圆珠期相对表达最大,可能是作为OfEXPA2和OfEXLA1调控因子调节OfEXP影响花瓣细胞扩张从而为后续花瓣展开奠定基础,所以OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73、OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22、OfNAC29-2可能是参与桂花花开放的关键基因。由于OfNAC43、OfNAC29-2相对表达差异明显,推测它们与花开放关系更为紧密,但这些关键基因在桂花开花中的具体作用还需要进一步研究。

    • 本研究从桂花品种‘堰虹桂’转录组数据中筛选得到22条OfNAC序列,生物信息学分析结果表明:22条OfNAC转录因子氨基酸序列含有5个保守的亚结构域(A~E),其保守性由强到弱依次为C、A、D、B、E;亚细胞定位及跨膜结构预测表明:OfNAC17、OfNAC17-X2、OfNAC53、OfNAC91、OfNTM1-9是膜结合转录因子,且大多数 OfNAC 定位在细胞核。实时荧光定量PCR分析表明:在桂花花开放进程中,22个OfNAC基因表达模式不同,其中OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73相对表达量在铃梗期(S4)达到顶峰,在此之后相对表达降低。OfNAC43在铃梗期骤然升高,并且在此时期相对表达最大;OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22从起始期呈缓慢上升趋势,在顶壳期到达最高,随后整体呈现下降趋势;OfNAC29-2在圆珠期相对表达量陡然上升,在铃梗期相对表达最低,推测OfNAC100-2、OfNAC43、OfNAC73、OfNAC71、OfNAC29-1、OfNAC21/22、OfNAC29-2等成员极有可能参与调控桂花的花开放。

参考文献 (33)

目录

    /

    返回文章
    返回