全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (11): 1901~1918　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0348 1901
收稿 2015-07-02　　修定 2015-09-23
资助 国家自然科学基金(31301776)、广东省对外科技合作项目(2013B050800012)、广东省省级科技计划项目(2014A020208041、
2014A020208044、2012A020100006)、广州市科技和信息化局项目(2014J4100094)、国家星火计划项目(2014GA780007)、农业
部现代产业体系项目(CARS-25-G-36)、农业科技成果转化资金项目(2013GB2E000361)、广东省科技厅条件建设项目(粤财教
[2013] 112号)、广东省农业科学院院长基金项目(201303)和广东省农业科学院蔬菜研究所所长基金(201502)。
* 共同通讯作者(E-mail: tianxing84@163.com, Tel: 020-38469456; E-mail: doctoryuli@126.com)。
茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析
邵欣欣1,2,3, 李涛2,3,*, 李植良2, 宇丽4,*, 黎振兴2, 徐小万2,3
1暨南大学生命科学技术学院, 广州510532; 2广东省农业科学院蔬菜研究所, 广州510640; 3广东省蔬菜新技术研究重点实验
室, 广州510640; 4暨南大学医学院，广州510532
摘要: 植物AP2/ERF是一个庞大的转录因子家族, 在植物的生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中发挥重要作
用。本研究在茄子基因组范围内, 利用生物信息学方法对茄子AP2/ERF转录因子家族的成员、分布及结构和功能等进行
分析。结果表明, 茄子AP2/ERF家族包含130个蛋白质, 其中AP2、RAV、ERF亚家族分别含有20、2和108个, ERF分为
DREB/CBF (41个成员)和ERF (67个成员)两大亚族, 进化分析将二者分为11个小亚族。MEME分析表明其含有20个重要基
序, 相同亚族中的ERF成员蛋白序列的氨基酸保守域构成相似, 且各亚族成员的氨基酸保守域组成类似, 表明这些基序的
存在对ERF蛋白功能的执行是必需的。利用实时荧光定量PCR对茄子38个ERF基因进行组织表达分析, 结果表明其存在组
织表达差异; 胁迫响应分析结果表明, 33个基因受ABA、SA、盐、重金属镉、高温和低温诱导表达, 其中部分基因显著上
调或下调表达, 可能参与茄子逆境胁迫条件下的防御应答反应。本研究结果将为茄子AP2/ERF家族基因的深入研究提供
依据, 为进一步解析AP2/ERF基因功能奠定基础。
关键词: 茄子; AP2/ERF转录因子; 生物信息学分析; 表达分析; 逆境胁迫
Genome-Wide Identification and Expression Analysis in Oxidative Stress of
AP2/ERF Gene Family in Eggplant (Solanum melongena)
SHAO Xin-Xin1,2,3, LI Tao2,3,*, LI Zhi-Liang2, YU Li4,*, LI Zhen-Xing2, XU Xiao-Wan2,3
1Department of Biotechnology, Jinan University, Guangzhou 510532, China; 2Vegetable Research Institute, Guangdong Academy
of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China; 3Guangdong Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables,
Guangzhou 510640, China;4School of Medicine, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Abstract: AP2/ERF transcription factors are a huge gene family in plants, and which have a variety of func-
tions involved in developmental, organ formation, stress response, and hormonal signaling. In this study, a com-
prehensive computational analysis identified 130 AP2/ERF proteins in eggplant (Solanum melongena) genome,
a complete overview of AP2/ERF transcription factors including chromosome locations, gene structure, phylog-
eny, conserved motifs and function of proteins is presented. These results showed that, AP2/ERF proteins could
be classified into AP2, RAV and ERF based on phylogenetic analysis, and had 20, 2 and 108 member, respec-
tively; 41 and 67 of them belonged to DREB/CBF and ERF gene family. The eggplant AP2/ERF proteins con-
tained 20 important motifs based on MEME analysis, and the amino acids conservative domains of AP2/ERF
members’ proteins sequence were similar in the same subtribe, and special in different subtribes members,
which indicated that these motifs were necessary to the execution of AP2/ERF protein function. Real-time fluo-
rescence quantitative PCR were used to gain insights into the function of 38 SmERF genes during various stages
of development, some of the AP2/ERF genes was expressed in specific organs. 33 SmERF genes showed dis-
tinct expression patterns in response to ABA, SA, salt, cadmium chloride, high temperature and cold, the ex-
pressions of several genes were significantly up/down regulated, implying that these members might participate
in regulating the defense response against abiotic stresses. These results will provide a very useful reference for
cloning and functional analysis of ERF genes in eggplant.
Key words: eggplant (solanum melongena); AP2/ERF family; bioinformatics; gene expression; oxidative stress
植物生理学报1902
AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive
factor)转录因子因含有由60~70个氨基酸组成的
AP2/ERF结构域而得名, 是一个由众多成员组成的
转录因子超家族(莫纪波等2011; 张计育等2012;
Licausi等2013; 谢腾等2014)。Jofuku等1994年首
次从拟南芥中分离获得第一个AP2基因, 该蛋白含
有2个重复的AP2/ERF结构域(Jofuku等1994)。
随后Takagi和Shinshi于1995年从烟草中分离出
含有保守ERF结构域的乙烯响应元件结构蛋白
(Ohme-Takagi和Shinshi 1995)。Kagaya等于1999年
从拟南芥中分离了含有1个AP2/ERF结构域和1个
B3结构域的RAV1 (related-to ABI3/VP1)和RAV2基
因(Kagaya等1999)。国内外学者根据其序列相似
性和AP2/ERF结构域的数量, 将其分为AP2、RAV
和ERF亚家族(Nakano等2006); AP2蛋白含有2个
AP2/ERF结构域, 在调节植物生长发育过程中起着
非常重要的作用(Elliott等1996; Chuck等1998;
Boutilier等2002; Aya等2014); RAV家族蛋白含有1
个AP2/ERF结构域和1个B3结构域, 在乙烯(Alonso
等2003)、油菜素内酯(Hu等2004)、生物和非生物
胁迫响应(Sohn等2006; Licausi等2013)过程中发挥
重要作用; ERF家族包含1个AP2/ERF结构域, 根据
AP2/ERF结构域的第14和19位氨基酸残基的差异,
将其分为DREB/CBF (dehydration response ele-
ment-binding protein/C-repeat binding factor)和ERF
亚家族(Sakuma等2002); DREB/CBF亚家族第14和
19位分别是缬氨酸和谷氨酸, 其成员可以识别干
旱和冷诱导响应原件, 在植物抵抗非生物胁迫过
程中具有重要作用(Yamaguchi-Shinozaki和Shi-
nozaki 1994; Thomashow 1999); ERF亚家族第14和
19为丙氨酸和天冬氨酸, 其成员可以识别GCC盒,
在植物抵抗生物胁迫过程中发挥重要作用(Hao等
1998)。
近年来, 随着许多物种基因组测序计划的完
成, 在模式植物如拟南芥(Sakuma等2002; Nakano
等2006)、水稻(Nakano等2006; Rashid等2012)、大
豆(Zhang等2008a)、玉米(Zhou等2012; Du等
2014)、杨树(Zhuang等2008)、柳树(Rao等2015)、
巨桉 (Cao等2015)、高粱 (Yan等2013)、葡萄
(Zhuang等2009)、苹果(Girardi等2013)、桃(Zhang
等2012)、梅花(Du等2013)、棉花(Meng等2009)、
马铃薯(Charfeddine等2015)、番茄(Sharma等
2010)、胡萝卜(黄蔚等2014; Li等2015)、黄瓜(Hu
和Liu 2011)、甜瓜(Ma等2014)、大白菜(Li等2013;
Song等2013)、芜菁(Liu等2013; Thamilarasan等
2014)、百脉根(Sun等2014)等植物中发现AP2/ERF
家族。AP2/ERF家族在模式植物拟南芥和水稻中
分别含有145和157个成员, 研究发现其主要参与
植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损
伤、病菌防御、高盐、干旱、高温和低温等环境
胁迫响应等(莫纪波等2011; 张计育等2012; 谢腾等
2014)。
在茄果类植物研究方面, Sharma等(2010)利用
EST (expressed sequence tag, 表达序列标签)数据库
检索发现番茄中含有85个ERF基因, 主要参与果实
发育和低温等氧化胁迫过程; 随着基因组测序工
作的完成, 在番茄和辣椒基因组发现有168和123
个AP2/ERF成员(Kim等2014); Charfeddine等(2015)
在马铃薯中发现有155个AP2/ERF基因并利用半定
量PCR对其组织表达和胁迫诱导响应开展表达分
析。在茄果类AP2/ERF家族成员基因功能研究方
面, 在烟草中过量表达番茄JERF1能够提高耐盐和
抗低温能力(Zhang等2004; Wu等2007), 过量表达
番茄JERF3提高对干旱、低温、高盐和渗透压的
耐受能力(Wang等2004; Wu等2008; Zhang等2010),
过量表达番茄TERF1基因可提高对干旱和高盐的
耐受能力(Huang等2004; Zhang等2005; Gao等
2008); 番茄和烟草中过表达番茄TERF2/LeERF2基
因增强抗冻害的耐受力(Zhang和Huang 2010; Tian
等2011); 在水稻中过量表达番茄TSRF1基因可增
强其对高渗透压和干旱的耐受程度(Quan等2010;
Zhang等2008b)。国内外学者研究发现AP2/ERF家
族抗病方面具有重要作用(Gutterson和Reuber
2004), 如: 烟草Tsil1基因和辣椒CaERFLP1基因过
量表达增强了烟草对细菌性斑点病抗病性(Park等
2001; Lee等2004), 烟草NtERF5过量表达提高对烟
草花叶病毒的抗病性(Fischer和Droge-Laser 2004),
水稻和烟草中过量表达番茄OPBP1基因增强对烟
草疫病、水稻稻瘟病和纹枯病的抗性(Guo等2004;
Chen和Guo 2008); 拟南芥中过量表达番茄Pti4基
因可提高对白粉病和细菌性斑点病的抗病能力
(Gu等2002; Chakravarthy等2003); 过量表达番茄
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1903
SlERF3∆RD促进PR基因如PR1、PR2和PR5的表
达, 且显著提高对青枯病的抗性(Pan等2010); Li等
(2011)研究发现, 番茄中过量表达AtCBF1转基因株
系, 通过RAV转录因子、ERF家族基因以及致病相
关基因(PR)持续表达, 显著提高对青枯病的抗性,
进一步研究发现SlERF5可能通过调节SlRAV基因
的表达来调控AtCBF1和PR基因的表达, 从而导致
抗病性的增加。Lai等(2013, 2014)通过在烟草中过
量表达大白菜BrERF11和辣椒CaERF5均显著提高
了对青枯病的抗性, 该基因主要通过水杨酸(sali-
cylic acid, SA)、茉莉酸(jasmonic acid, JA)、乙烯
(ethylene, ETH)途径介导了抗病基因的表达。
茄子是重要的蔬菜作物之一(李涛等2014)。
随着茄果类基因组测序计划的完成(Potato Genome
Sequencing Consortium 2011; The Tomato Genome
Consortium 2012; Kim等2014; Hirakawa等2014),
国内外学者在基因组水平对茄果类重要基因家族
及重要功能基因的分析和分子标记的开发成为可
能(苏慧慧等2015), 为功能基因组学提供重要的研
究数据。鉴于AP2/ERF家族的重要功能, 本研究利
用生物信息学方法对茄子AP2/ERF转录因子家族
基因进行预测、挖掘及表达分析, 为茄子AP2/ERF
家族的功能分析提供基础信息, 从而为分子植物
育种提供候选基因。
材料与方法
1 植物材料及处理
挑选饱满的茄子(Solanum melongena L.) 种子
(品种‘农丰长茄’) (黎振兴等2013), 10%次氯酸
钠消毒20 min, 无菌水冲洗干净, 播种于1/2MS固
体培养基中, 而后放置于光照培养箱中培养(白天
16 h, 28 ℃; 晚上8 h, 25 ℃), 待茄子植株长至四叶
阶段时对植株进行胁迫处理。处理方法分为: 在
1/2MS培养基的基础上开展胁迫处理和激素处理,
即将灭菌后的液体培养基中置入不同环境或加入
不同试剂。胁迫处理包括42 ℃高温处理, 4 ℃低温
处理, NaCl处理(浓度为200 mmol·L-1); CdCl2 (浓度
为100 μmol·L-1)。激素胁迫包括ABA (100μmol·L-1)
和SA (5mmol·L-1); 对处理过的植株分别进行0、
1、2、8 h的取样, 3次生物学重复。取样后立即置
于液氮中, –80 ℃保存。
2 茄子ERF基因家族序列检索和鉴定
根据拟南芥[Arabidopsis thaliana (L.) Heynh]
和番茄(Solanum melongena L.)中已经鉴定出来的
AP2/ERF基因及其编码的蛋白质序列, 利用茄果类
数据库SGN (http://solgenomics.net/)和NCBI (http://
www.ncbi.nlm.nih.gov/)蛋白数据库进行检索和去
冗余, 得到候选蛋白序列。利用Pfam (http://www.
sanger.ac.uk/Software/Pfam/search.shtml) (Punta等
2012)和SMART (http://smart.embl-heidelberg.de/)
(Letunic等2012)对氨基酸序列结构域进行鉴定, 凡
是含有AP2/ERF保守结构域的蛋白即为茄子AP2/
ERF成员。将查找到的所有茄子AP2/ERF基因进
行归纳整理, 去掉重复的基因, 并按照其所在染色
体顺序对其进行命名。
在ExPASy (http://web.expasy.org/compute_pi/)
中查找所有AP2/ERF成员的等电点及其分子量。
利用PSORT (http://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/form.
html) (Horton等2007)对成员的亚细胞定位进行了
分析。
3 茄子ERF的分类及系统发生分析
利用Clustal X2.1软件, 对茄子、番茄和拟南
芥AP2/ERF成员比对(Thompson等1997), 基于比对
结果和拟南芥AP2/ERF的分类依据对茄子AP2/
ERF蛋白进行分类。根据AP2/ERF蛋白核心区
AP2的数量分为: 含有1个AP2的DREB/CBF亚族
(命名为A族)和ERF亚族(命名为B族); 含有2个AP2
结构域的为AP2亚族; 含有一个AP2且含有B3区域
的RAV亚族。将候选茄子AP2/ERF家族蛋白序列
与番茄和拟南芥蛋白序列用ClustalX 2.1软件进行
多重匹配分析 , 基于比对结果 , 参考Tamura等
(2011)构建AP2/ERF进化树的方法, 利用MEGA
5.05采用相邻连接法(neighbor-joining, NJ)构建系
统发育树, 并进行自检(bootstrap), 重复设定为1 000。
4 保守基序的鉴定及结构分析
利用MEME 4.6.1 (http://meme.nbcr.net/meme/
intro.html)在线平台进行茄子AP2/ERF蛋白中保守
基序(motif)分析, 最大motif检索数值定为20。并
确定基序的P值、E值和基序在茄子AP2/ERF家族
基因中出现的次数。
5 AP2/ERF家族基因的表达分析
分子生物学试验在广东省蔬菜新技术研究重
植物生理学报1904
点实验室完成。采用Trizol (Invitrogen)法提取总
RNA, 经DNase I处理去除基因组DNA, 使用Nano-
Drop 2000c分光光度计(Thermo)检测RNA样品的
浓度和纯度。吸取3 μg RNA经M-MLV反转录合成
第1链cDNA, 稀释后做qRT-PCR模板。根据SGN数
据库的基因序列, 利用Oligo6.0设计引物(表1), 由
英潍捷基(上海)生物公司合成。荧光实时定量
PCR反应采用SYBR Green Realtime PCR Master
Mix (Takara, 大连)试剂盒, 在Roche LightCycler
480仪器上进行。反应体系为总体积20.0 μL, 含
SYBR Premix Ex TaqTM II (TliRNaseH Plus) (2×) 10
μL、引物(10 μmol·L-1)各0.8 μL、DNA模板2.0
μL、无菌双蒸馏水6.4 μL。反应条件为: 95 ℃预
变性30 s; 95 ℃变性5 s, 60 ℃退火20 s, 循环40次;
融解曲线分析95 ℃ 0 s, 65 ℃ 15 s, 95 ℃ 0 s。采用
2-∆∆CT方法计算基因表达相对量, 每个基因的表达
表 1 本研究中使用的Q-PCR引物
Table 1 Q-PCR primers used in this study
名称 序列
SmERF2-Q-F 5-GGCAGGAGTGTGAAGGTTGA-3
SmERF2-Q-R 5-AATGTACCCAGCCAGACACG-3
SmERF5-Q-F 5-TTCGTGGTGTTAGGCAGAGG-3
SmERF5-Q-R 5-CAGCTTCTTCCGCAGTCTCA-3
SmERF8-Q-F 5-CGTCCGTCACAGTCCATAGG-3
SmERF8-Q-R 5-CTAGCCATACTCTCGCACCG-3
SmERF9-Q-F 5-TAGAGGGGTAAGGAGGAGGC-3
SmERF9-Q-R 5-AGCCAAACCCTAGCTCCTTT-3
SmERF16-Q-F 5-CAGGGGAGTCAGGAAGAGGA-3
SmERF16-Q-R 5-TGCCACGTCATGAGCTCTAG-3
SmERF17-Q-F 5-ACAGGGGAGTCAGGAAGAGA-3
SmERF17-Q-R 5-CTCTAGCCGCCATTTCTGCT-3
SmERF18-Q-F 5-TACCTTCTTCGTGGATGCGG-3
SmERF18-Q-R 5-GGTGGAGGTAGCATGAGTCC-3
SmERF19-Q-F 5-AATTTGGCTCGGCACATTCC-3
SmERF19-Q-R 5-CAGTGGATGCAGGTCTAGGC-3
SmERF21-Q-F 5-GTCCCGTAACCTCGCTTCTC-3
SmERF21-Q-R 5-TGGTCGCACTCCATGGATTC-3
SmERF24-Q-F 5-GGGTCTGGGAAGGGTAGGAT-3
SmERF24-Q-R 5-CTTGCACCAGTACCAGCAGA-3
SmERF26-Q-F 5-TATGACAGGGCGGCGTTTAA-3
SmERF26-Q-R 5-ACCCTTTTGCTGCCTGATGA-3
SmERF27-Q-F 5-TGATAGGGGAAGACAGGGCA-3
SmERF27-Q-R 5-CGTTGGTTTGGCTTCGGTTT-3
SmERF30-Q-F 5-GCTCGTACTCTTCGTGGACC-3
SmERF30-Q-R 5-GTGCGTACAATCTCGGGTCA-3
SmERF32-Q-F 5-GGGGTAAATGGGTGGCTGAA-3
SmERF32-Q-R 5-GCAGCAACAGGGGAAGAGTA-3
SmERF38-Q-F 5-CAGCAGAGATTCGTGACCCA-3
SmERF38-Q-R 5-TGCTGCTCTGTCATAAGCCA-3
SmERF39-Q-F 5-CAGAGGGGTGAGGAAAAGGC-3
SmERF39-Q-R 5-CGCGGCACAATCATAAGCTC-3
SmERF47-Q-F 5-CACCGTTGCTTCCAGTTTCG-3
SmERF47-Q-R 5-TGAACTCAACCGCGTACCAA-3
SmERF51-Q-F 5-CGGTTGAGGAAGTGGGGAAA-3
SmERF51-Q-R 5-GCAGAATCGTAGGAGCCCAA-3
SmERF53-Q-F 5-GATGATTTCGCGCCGTTTGA-3
SmERF53-Q-R 5-CGTCAAAGTCAAACTCGCCG-3
名称 序列
SmERF55-Q-F 5-CGACATTGGGGATCTTGGGTT-3
SmERF55-Q-R 5-TCTTGGTCCACACATGAGCC-3
SmERF56-Q-F 5-AGCAGAACCAGAGCCTTGTC-3
SmERF56-Q-R 5-TCTTCAGCAACAGTAGCAGCT-3
SmERF57-Q-F 5-GAATCGTCTAGTGGGCCTCG-3
SmERF57-Q-R 5-ATCATCCACCACAGACGACG-3
SmERF59-Q-F 5-GGTACTTTCGACACAGCGGA-3
SmERF59-Q-R 5-CTCCGACGGAAAGGGGAAAT-3
SmERF61-Q-F 5-CCGTGGAGTCCGAAAGAGAC-3
SmERF61-Q-R 5-ACGAGCAGCATCTTCAGCAG-3
SmERF62-Q-F 5-GCCAGTGAAGTAGCTGTCGT-3
SmERF62-Q-R 5-GTTGGAGCCTCAGTGATGTGA-3
SmERF66-Q-F 5-TACGTCAACCCAAAAGCCGT-3
SmERF66-Q-R 5-CGGGGAATCAGTGGTGGATC-3
SmERF75-Q-F 5-TGGGATTTGGTTGGAGCTGA-3
SmERF75-Q-R 5-TTCGAGTACAGTTCCGTGGC-3
SmERF78-Q-F 5-CCAACGCAGCTCAAGAAACA-3
SmERF78-Q-R 5-CCCGATTTCTCCGACAACCT-3
SmERF80-Q-F 5-CCAAGCACAAACGAGCACAA-3
SmERF80-Q-R 5-GTCACGAATTTCAGCTGCCC-3
SmERF85-Q-F 5-GCTGCAAGGTCCTTTCATGG-3
SmERF85-Q-R 5-GACGCACCCCACTAGATGAT-3
SmERF86-Q-F 5-ATGGTGGCGGTTATGGGTTT-3
SmERF86-Q-R 5-CGGCGGGTGAACAATGTTTT-3
SmERF91-Q-F 5-TGTAAGGCAAAGGTCGTCGG-3
SmERF91-Q-R 5-CACGAAGGAGACAAGCAGCT-3
SmERF93-Q-F 5-GGGAAATACGCGGCAGAAAT-3
SmERF93-Q-R 5-CCGCCATTGTCCCATGCAA-3
SmERF94-Q-F 5-TCTCGGTGGATAAAGTGCGC-3
SmERF94-Q-R 5-CTGCAACAGGAGACAACAACA-3
SmERF97-Q-F 5-AGGGGACATCATTCGAGGGA-3
SmERF97-Q-R 5-GCTGCACCCCTGGATCATT-3
SmERF100-Q-F 5-TGGAGTTCGAGTTTGGTTAGGA-3
SmERF100-Q-R 5-GAAGTGCCAATGGACCTCTCA-3
SmERF101-Q-F 5-GGTTTCCGTTTCCGTTTCCG-3
SmERF101-Q-R 5-ACGACTCTCCCCGGTACATA-3
SmERF104-Q-F 5-AGAAATCTCCTGCCGATGGG-3
SmERF104-Q-R 5-GCCCCAGGTCTTTTGCCTAA-3
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1905
反应重复3次, 以SmEF1作为内参基因(周晓慧等
2014)。Roche LightCycler 480软件根据PCR扩增
曲线计算实时荧光定量PCR的扩增效率。
实验结果
1 茄子AP2/ERF基因家族成员的鉴定
根据拟南芥和番茄AP2/ERF转录因子家族基
因, 在NCBI和SGN数据库检索茄子AP2/ERF家族
基因, 结合Pfam和SMART在线分析结构域, 共得
到130个含有AP2/ERF结构域的蛋白序列(表2), 其
中含有2个AP2/ERF结构域的有20个成员(AP2亚
家族), 含有1个AP2/ERF和1个B3结构域的有2个成
员(RAV亚家族), 仅含有1个AP2/ERF结构域的有
108个成员(ERF亚家族) (表2)。本文仅对108个
ERF亚家族开展后续研究, 并根据其在染色体上的
位置进行排序(表3)。其中茄子SmERFs蛋白长度
为128~827 aa, CDS (coding sequence)长度为387~2
484 bp, 分子量为15.11~58.9 kDa; 根据其氨基酸序
列差异及结构域可将其分为2类亚族: DREB/CBF1
(41个)和ERF (67个), 同一个类别中, 基因的相似程
度很高; 对所有SmERF转录因子的亚细胞定位进
行分析得出: SmERF转录因子大多分布在细胞核
内, 少数分布在线粒体以及线粒体基质中(表3)。
2 SmERF亚家族基因蛋白质系统进化发生分析
为了研究AP2/ERF转录因子家族的进化关系,
本研究对拟南芥、杨树、番茄、水稻、大豆等
AP2/ERF家族成员数目进行分析(表2), AP2/ERF转
录因子家族可分为AP2、ERF、RAV和其他共4个
亚族。其中ERF亚族基因成员在AP2/ERF转录因
子家族中数目最多。为研究茄子ERF亚家族蛋白
的进化关系, 对拟南芥和番茄ERF亚家族氨基酸进
行系统进化分析(图1)。由图1可见, ERF亚家族整
体分为DREB/CBF和ERF两类, 相同类型的ERF基
因在进化树图中相离很近, 拟南芥的基因各亚类
中基本聚类在一起, 而番茄和茄子的ERF基因之间
聚类比与拟南芥相离较近; 其中在DREB/CBF亚族
中, 茄子和番茄ERF基因如SmERF67和SlERF47、
SmERF41和SlERF11、SmERF47和SlERF10、
SmERF31和SlERF8、SmERF92和SlERF14、
SmERF66和SlERF17、SmERF51和SlERF15、
SmERF58和SlERF18、SmERF40和SlERF22、
SmERF90和SlERF26二者聚类在一起, 茄子和拟南
芥如 S m E R F 6 2和 A t E R F 6 1、 S m E R F 8 8和
AtERF51、SmERF17和AtERF23、SmERF67和
AtERF40、SmERF76和AtERF42二者聚类在一起,
茄子ERF基因之间如SmERF89和SmERF91、
表2 多种植物中AP2/ERF家族成员的数目
Table 2 The number of AP2/ERF family member in different plants
组分 茄子 拟南芥 番茄 水稻 大豆 杨树 甜瓜
AP2 20 18 16 – 26 26 13
ERF 108 122 93 139 120 168 119
RAV 2 6 3 – 2 5 4
其他 – – – – – 1 –
总计 130 147 112 188 148 200 136
　　数据来自文献(Rashid等2012; Nakano等2006; Zhuang等2008; 张计育等2012; Ma等2014)。
表3 茄子SmERF转录因子亚家族分布及理化性质分析
Table 3 The distribution and physic-chemical analysis of SmERF gene family in eggplant
基因名称 类别 SGN编号 染色体 CDS长度/bp 氨基酸数目/个 等电点 分子量/kDa 亚细胞定位
SmERF1 A1 Sme2.5_02826.1_g00003.1 E01 651 216 5.23 24.57 细胞核
SmERF2 B2 Sme2.5_12868.1_g00001.1 E01 774 257 6.32 28.95 细胞核
SmERF3 B1 Sme2.5_05038.1_g00002.1 E01 999 332 5.27 37.29 细胞核
SmERF4 B3 Sme2.5_03732.1_g00002.1 E01 768 255 7.63 28.25 细胞核
SmERF5 B5 Sme2.5_04437.1_g00004.1 E01 816 240 5.21 27.70 细胞核
SmERF6 B3 Sme2.5_04475.1_g00002.1 E01 504 167 6.42 18.51 细胞核
植物生理学报1906
图4 SmERFs基因在茄子器官中的表达分析
Fig.4 Expression profiles of eggplant SmERFs genes in various organs
基因名称 类别 SGN编号 染色体 CDS长度/bp 氨基酸数目/个 等电点 分子量/kDa 亚细胞定位
SmERF7 B3 Sme2.5_04475.1_g00003.1 E01 612 203 7.84 23.03 细胞质
SmERF8 B3 Sme2.5_09500.1_g00002.1 E02 510 169 9.51 19.00 细胞核
SmERF9 B3 Sme2.5_09500.1_g00003.1 E02 795 264 5.17 30.82 细胞核
SmERF10 A5 Sme2.5_00029.1_g00016.1 E02 504 167 8.32 18.42 细胞质
SmERF11 B4 Sme2.5_00010.1_g00006.1 E02 639 212 8.73 24.06 细胞核
SmERF12 B1 Sme2.5_00787.1_g00017.1 E03 636 211 6.43 21.98 细胞核
SmERF13 B3 Sme2.5_03951.1_g00001.1 E03 603 200 8.80 22.54 细胞核
SmERF14 B3 Sme2.5_05774.1_g00004.1 E03 387 128 5.69 14.60 细胞核
SmERF15 B3 Sme2.5_05774.1_g00005.1 E03 462 153 7.76 17.34 细胞核
SmERF16 A1 Sme2.5_04750.1_g00001.1 E03 636 211 4.90 23.66 细胞核
SmERF17 A1 Sme2.5_04750.1_g00002.1 E03 528 175 9.45 19.32 叶绿体
SmERF18 A1 Sme2.5_04750.1_g00004.1 E03 603 200 5.72 22.05 细胞核
SmERF19 A1 Sme2.5_16389.1_g00001.1 E03 603 200 7.11 36.75 细胞核
SmERF20 B1 Sme2.5_05640.1_g00001.1 E03 993 330 7.11 36.75 叶绿体
SmERF21 B5 Sme2.5_08423.1_g00001.1 E03 1 200 399 4.57 44.38 细胞核
SmERF22 B1 Sme2.5_00022.1_g00002.1 E03 759 252 9.78 28.20 细胞核
SmERF23 B6 Sme2.5_00022.1_g00009.1 E03 498 165 5.86 18.73 细胞核
SmERF24 B3 Sme2.5_00125.1_g00017.1 E03 2 391 796 5.68 88.63 细胞核
SmERF25 A4 Sme2.5_00372.1_g00002.1 E03 741 246 5.64 26.88 细胞质
SmERF26 B3 Sme2.5_00837.1_g00012.1 E03 759 252 6.46 28.51 细胞核
SmERF27 B5 Sme2.5_05202.1_g00002.1 E03 1 239 412 5.38 46.12 细胞核
SmERF28 B6 Sme2.5_07921.1_g00003.1 E03 609 202 9.17 22.55 细胞核
SmERF29 B1 Sme2.5_02649.1_g00005.1 E04 687 228 9.27 24.67 细胞核
SmERF30 B1 Sme2.5_03788.1_g00003.1 E04 663 220 9.02 24.25 细胞核
SmERF31 A2 Sme2.5_00003.1_g00046.1 E04 2 427 808 9.06 87.37 细胞核
SmERF32 A5 Sme2.5_00038.1_g00024.1 E04 543 180 8.67 20.36 细胞核
SmERF33 A6 Sme2.5_00086.1_g00004.1 E04 1 077 358 5.34 39.51 细胞核
SmERF34 B4 Sme2.5_05971.1_g00001.1/TE E04 1 374 457 6.38 49.73 细胞核
SmERF35 B3 Sme2.5_00211.1_g00009.1 E05 696 231 5.79 26.49 细胞核
SmERF36 B3 Sme2.5_00388.1_g00003.1 E05 558 185 9.87 21.37 细胞核
SmERF37 B3 Sme2.5_02014.1_g00005.1 E05 711 236 9.17 26.18 细胞核
SmERF38 B3 Sme2.5_02014.1_g00007.1 E05 849 282 6.18 31.93 细胞核
SmERF39 B3 Sme2.5_02014.1_g00008.1 E05 609 202 9.18 22.85 细胞核
SmERF40 A4 Sme2.5_03441.1_g00007.1 E05 762 253 5.73 28.77 细胞核
SmERF41 A2 Sme2.5_04615.1_g00005.1 E05 1 155 384 4.61 42.54 细胞核
SmERF42 A6 Sme2.5_00374.1_g00013.1 E05 936 311 6.91 34.00 细胞核
SmERF43 B4 Sme2.5_00713.1_g00012.1 E05 1 191 396 8.80 43.04 细胞核
SmERF44 A1 Sme2.5_09576.1_g00003.1 E05 603 200 6.12 22.83 细胞核
SmERF45 B4 Sme2.5_10605.1_g00001.1 E05 2 484 827 8.76 93.43 细胞核
SmERF46 A4 Sme2.5_11126.1_g00001.1 E05 636 211 5.15 23.77 细胞核
SmERF47 A2 Sme2.5_02766.1_g00005.1 E06 1 002 333 4.86 36.67 细胞核
SmERF48 B5 Sme2.5_03270.1_g00005.1 E06 1 131 376 4.89 42.06 细胞核
SmERF49 B6 Sme2.5_03707.1_g00008.1 E06 597 198 9.11 22.09 线粒体
SmERF50 A4 Sme2.5_09825.1_g00001.1 E06 540 179 4.82 19.40 细胞核
SmERF51 A4 Sme2.5_03119.1_g00002.1 E06 717 238 4.69 26.51 细胞核
SmERF52 B2 Sme2.5_00377.1_g00002.1 E06 1 035 344 4.68 37.98 细胞核
SmERF53 B5 Sme2.5_00001.1_g00045.1 E06 744 247 5.04 27.84 细胞核
SmERF54 B4 Sme2.5_00008.1_g00028.1 E06 777 258 7.87 29.39 细胞核
SmERF55 B6 Sme2.5_00018.1_g00009.1 E06 746 181 8.82 20.70 细胞核
SmERF56 B4 Sme2.5_01189.1_g00007.1 E07 669 222 7.01 24.86 细胞核
SmERF57 B1 Sme2.5_10386.1_g00004.1 E07 777 258 6.21 28.90 细胞核
SmERF58 A4 Sme2.5_02248.1_g00002.1 E07 495 164 5.33 18.21 叶绿体
表3 (续1)
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1907
基因名称 类别 SGN编号 染色体 CDS长度/bp 氨基酸数目/个 等电点 分子量/kDa 亚细胞定位
SmERF59 B1 Sme2.5_00165.1_g00011.1 E07 687 228 9.25 24.46 叶绿体
SmERF60 A6 Sme2.5_04588.1_g00001.1 E07 1 233 410 5.03 46.69 细胞核
SmERF61 B1 Sme2.5_06218.1_g00001.1 E07 723 240 7.71 26.15 叶绿体
SmERF62 A6 Sme2.5_00013.1_g00022.1 E07 1 014 337 5.84 38.01 细胞核
SmERF63 A1 Sme2.5_00250.1_g00012.1 E08 972 323 5.78 36.08 细胞核
SmERF64 A1 Sme2.5_00250.1_g00013.1 E08 720 239 4.85 27.06 叶绿体
SmERF65 A4 Sme2.5_00250.1_g00015.1 E08 603 200 5.05 22.25 细胞核
SmERF66 A4 Sme2.5_03078.1_g00003.1 E08 432 143 9.25 16.38 细胞核
SmERF67 A6 Sme2.5_00009.1_g00006.1 E08 660 219 9.23 24.51 细胞核
SmERF68 B5 Sme2.5_00009.1_g00032.1 E08 1 041 346 5.06 38.22 细胞核
SmERF69 A4 Sme2.5_00860.1_g00007.1 E08 591 196 6.74 21.60 细胞核
SmERF70 B5 Sme2.5_02928.1_g00003.1 E08 1 020 339 4.62 37.87 细胞核
SmERF71 A4 Sme2.5_04219.1_g00003.1 E08 564 187 4.68 19.87 叶绿体
SmERF72 B3 Sme2.5_06205.1_g00001.1 E08 717 238 5.07 26.99 细胞核
SmERF73 B3 Sme2.5_10584.1_g00003.1 E08 978 325 5.63 36.64 细胞核
SmERF74 B3 Sme2.5_11018.1_g00001.1 E08 687 228 5.64 25.58 细胞核
SmERF75 A4 Sme2.5_15558.1_g00001.1 E08 624 207 9.72 23.28 细胞核
SmERF76 A4 Sme2.5_04736.1_g00007.1 E09 600 199 4.95 21.80 细胞核
SmERF77 B1 Sme2.5_00248.1_g00018.1 E09 468 155 9.68 16.99 细胞核
SmERF78 B3 Sme2.5_00595.1_g00009.1 E09 723 240 5.50 26.70 细胞核
SmERF79 B3 Sme2.5_00595.1_g00011.1 E09 414 137 5.94 15.32 细胞核
SmERF80 B2 Sme2.5_06157.1_g00002.1 E09 810 269 6.47 30.38 细胞核
SmERF81 B3 Sme2.5_08027.1_g00002.1 E09 459 152 8.96 17.34 细胞核
SmERF82 B3 Sme2.5_08722.1_g00002.1 E09 585 194 5.60 22.15 细胞核
SmERF83 B3 Sme2.5_20235.1_g00001.1 E09 417 138 5.64 15.56 细胞核
SmERF84 B5 Sme2.5_00817.1_g00006.1 E10 984 327 4.79 36.37 细胞核
SmERF85 B1 Sme2.5_00128.1_g00014.1/TE E10 570 189 8.30 21.27 高尔基体
SmERF86 B1 Sme2.5_03682.1_g00007.1 E10 954 317 7.19 34.08 细胞核
SmERF87 A2 Sme2.5_05394.1_g00005.1 E10 1 071 356 4.70 41.17 细胞骨架
SmERF88 A2 Sme2.5_00072.1_g00009.1 E10 885 294 6.42 33.43 细胞核
SmERF89 B6 Sme2.5_01443.1_g00004.1 E10 1 269 422 4.65 47.64 细胞核
SmERF90 A4 Sme2.5_02955.1_g00003.1 E10 591 196 5.42 20.61 细胞核
SmERF91 B6 Sme2.5_13587.1_g00002.1 E10 819 272 8.80 30.69 细胞核
SmERF92 A4 Sme2.5_00540.1_g00005.1 E11 648 215 5.50 23.97 叶绿体
SmERF93 B3 Sme2.5_00798.1_g00006.1 E11 621 206 4.96 23.33 细胞核
SmERF94 B3 Sme2.5_00984.1_g00004.1 E11 474 157 5.38 18.00 细胞核
SmERF95 B3 Sme2.5_00984.1_g00005.1 E11 552 183 9.41 20.88 线粒体
SmERF96 B2 Sme2.5_01098.1_g00004.1 E11 1 158 385 4.73 42.37 细胞核
SmERF97 B4 Sme2.5_02371.1_g00003.1 E11 1 167 388 7.17 43.89 细胞核
SmERF98 A6 Sme2.5_02705.1_g00003.1 E11 1 152 383 5.61 41.88 细胞核
SmERF99 B1 Sme2.5_00276.1_g00007.1 E11 921 306 5.40 34.74 细胞核
SmERF100 B3 Sme2.5_03151.1_g00003.1 E11 765 254 5.67 29.14 细胞核
SmERF101 A4 Sme2.5_01200.1_g00005.1 E12 744 247 4.31 27.60 细胞核
SmERF102 A4 Sme2.5_03330.1_g00005.1 E12 927 308 4.90 33.72 细胞核
SmERF103 B6 Sme2.5_03438.1_g00003.1 E12 627 208 8.96 23.76 细胞质
SmERF104 A2 Sme2.5_03585.1_g00005.1 E12 402 133 9.74 15.12 细胞核
SmERF105 A5 Sme2.5_06802.1_g00002.1 E12 513 170 8.97 18.63 细胞核
SmERF106 A4 Sme2.5_10325.1_g00001.1 E12 588 195 5.06 21.78 细胞质
SmERF107 B2 Sme2.5_01459.1_g00005.1 E03 1 149 382 4.93 42.23 细胞核
SmERF108 A2 Sme2.5_02100.1_g00003.1 E03 837 278 6.31 30.55 细胞核
　　类别A: DREB/CBF亚族; 类别B: ERF亚族。
表3 (续2)
植物生理学报1908
SmERF98、SmERF42和SmERF33、SmERF102和
SmERF75、SmERF63和SmERF64聚类在一起; 在
ERF亚族中, 茄子和番茄如SmERF96和SlERF77、
SmERF2和SlERF78、SmERF49和SlERF54、
SmERF24和SlERF82、SmERF72和SlERF68、
SmERF13和SlERF55、SmERF56和SlERF80、
SmERF79和SlERF59、SmERF8和SlERF60、
SmERF100和SlERF58、SmERF53和SlERF31、
SmERF73和SlERF64、SmERF95和SlERF56、
SmERF4和SlERF79二者聚类在一起; 茄子和拟南
芥如SmERF53和AtERF4、SmERF103和AtERF5、
SmERF69和AtERF92、SmERF37和AtERF116、
SmERF61和AtERF83等二者聚类在一起, 茄子ERF
基因之间如SmERF23和SmERF55、SmERF43、
SmERF45和SmERF34、SmERF6和SmERF7、
SmERF26和SmERF39等聚类在一起; 茄子与番茄
图1 茄子、拟南芥和番茄中ERF基因亚家族蛋白质系统进化分析
Fig.1 Phylogenetic tree of ERF gene family in eggplant, Arabidopsis and tomato
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1909
共有25对基因进化关系较近, 茄子与拟南芥有17
对基因进化关系较近, 说明基因发生与物种间进
化关系相关, 且茄子自身有13对来自相同或不同
染色体的基因聚类在一起, 说明其序列同源性较
高且存在片段和串联复制现象。
3 茄子ERF亚家族蛋白基序分析
为了进一步分析茄子ERF蛋白质氨基酸的保
守性, 利用MEME 4.6.1在线工具开展保守基序
(motif)分析(图2), 结果表明在ERF基因亚家族中含
有20个保守基序(表4), 通常聚类分析在一个亚族
的蛋白质有着相似的motif组成, 其中基序1~4共同
组成AP2/ERF结构域(图3中A1), 基本均出现在所
有茄子的ERF亚族中; Sakuma等(2002)根据AP2/
ERF结构域第14和19位氨基酸残基的差异, 将其分
为DREB/CBF和ERF次亚家族,其中DREB/CBF亚
家族第14和19位分别是缬氨酸和谷氨酸, ERF亚家
族第14和19为丙氨酸和天冬氨酸, 本研究根据拟
南芥的分类标准将茄子ERF亚家族分为两类, 其中
DREB/CBF又分为A1、A2、A4、A5和A6共5个小
亚族, ERF分为B1、B2、B3、B4、B5和B6共6个
小亚族; 其中在拟南芥中A1的保守基序为CMIII-3
(ETRH[AP2/ERF结构域]DSAWR), 茄子中该基序
对应MEME预测的基序7, 共有8个成员; 本研究发
现在拟南芥中相对应A2 (保守基序CMIV1)、A4
(CMIII-1)和A6 (CMI-2)分别对应茄子的基序13、5
和17 (图3、表4); 我们根据拟南芥A5的特征序列
图2 茄子ERF亚家族分类及保守基序组成分析
Fig.2 Classification and conserved motif of eggplant ERF gene family
A: DREB/CBF亚族; B: ERF亚族。不同颜色方块内数字代表基序编号(与表4中编号一致)。
植物生理学报1910
图3 茄子ERF亚家族保守结构域分析
Fig.3 Analysis of conserved domain from eggplant ERF subfamily
A: DREB/CBF亚族; B: ERF亚族。
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1911
CMII-1将茄子中的3个成员归类至A5小亚族中。
同样, 我们根据拟南芥ERF亚族特征基序将茄子
ERF分为B1 (CMVIII-1对应茄子基序16)、B2
(CMVII-1对应茄子基序20)、B3 (CMIX-2、
CMIX4和CMIX-1对应茄子基序19、11和9)、B4
(CMX-1对应茄子基序15)、B5 (CMVI-1对应茄子
基序10)和B6 (CMV-1对应茄子基序14) (图3、表
4); 其中每个小亚族含有ERF蛋白序列数量不同, 其
中A4和B3小亚族含有的蛋白序列最多(图2、表4)。
4 茄子SmERF基因的组织表达分析
选取茄子ERF亚族中的38个基因开展根、
茎、叶、花及商品果中的表达分析, 结果显示所
选取的基因在茄子各组织或发育阶段基本都有表
达(图4)。其中SmERF2、SmERF5、SmERF8、
SmERF16、SmERF17、SmERF18、SmERF56和
S m E R F 8 0在果中的表达较高 ; S m E R F 9、
SmERF21、SmERF24、SmERF27、SmERF30、
SmERF32、SmERF51、SmERF55、SmERF56、
SmERF57、SmERF61、SmERF62、SmERF66、
SmERF75、SmERF85、SmERF91、SmERF93、
S m E R F 9 7和S m E R F 1 0 4在花中的表达较高 ;
SmERF8、SmERF17、SmERF18、SmERF26、
SmERF32、SmERF38、SmERF39、SmERF47、
SmERF53、SmERF55、SmERF59、SmERF61、
SmERF78、SmERF80、SmERF86、SmERF94、
SmERF101在根中有较强的表达水平; SmERF9、
SmERF21、SmERF24、SmERF51、SmERF62、
SmERF66、SmERF75、SmERF78、SmERF85、
SmERF91、SmERF93、SmERF100、SmERF104在
叶中有较高的表达 ; SmERF16、SmERF19、
SmERF21、SmERF26、SmERF30、SmERF36、
SmERF39、SmERF47、SmERF56、SmERF59、
SmERF80、SmERF86、SmERF94、SmERF101在
茎中表达水平较高。这些基因可能在茄子生长发
育和器官构成中发挥重要作用。
5 SmERF基因在氧化胁迫条件下的响应分析
为了检测茄子ERF基因对胁迫的应答反应,
本文利用Q-PCR分析了33个SmERF基因在高温
表4 MEME对茄子ERF蛋白中的基序分析
Table 4 Motif analysis of eggplant ERF protein predicted by MEME
基序编号 基序序列 基因数目 E值 基序长度/kb 家族
1 RVWLGTFDTAEEAARAYDEAA 107 6.2e-1715 21 ERF (A, B)
2 YRGVRQRPWGKWVAE 103 4.5e-1247 15 ERF (A, B)
3 FKMRGPKAKLNFPHL 101 6.0e-590 15 ERF (A, B)
4 IRDPNKKG 108 4.6e-238 8 ERF (A, B)
5 LPVPASMSPKDIQAAAAKAA 24 6.1e-113 20 A4
6 ENHFFMDEEALFDMPNLLVNMAEGMMLSPPRMCMHPDDD 9 2.0e-100 39 A1, A2
7 LACNNPKKPAGRKKFKETRHP 8 4.5e-069 21 A1
8 DTGLGSYAPSAGADVYFSSDQGSNSFDCSDFGWGEPCSRTP-
DISSVLSAAIECNEGQFVEDADPEEKLKSCSNNPVPDDGNTV-
NVLSEELSAFESQMKFFQIPYIEGNWDASVDAFLNTSATQGG-
ENAMDLWSFDDVPSLMGGVF 3 1.2e-065 145 B2
9 NVLVFEYLGDDYLEELLMS 15 3.9e-065 19 B3
10 KNHEYNPIPPRVVRIVCTDPDATDSSDDE 8 3.8e-044 29 B5
11 VKESLCEMKCHFEDGCSPVVALKKRHSMR 6 7.8e-033 29 B3
12 YQHHHQQQQQQ 11 1.8e-031 11 —
13 PAKGSKKGCMRGKGGPENAQC 6 7.2e-030 21 A2
14 ILHAKLRKCCKDPSPSLTCLRLDTENSHIGVWQKRAGPHSDS-
NWVMTVELGKK 3 1.6e-028 53 B6
15 MYHGYTQQQDMSAMVSALTHVISG 8 7.8e-025 24 B4
16 RKPLPFDLNLPPPMED 9 1.4e-021 16 B1
17 PLHNSVDAKLQAICQ 5 4.1e-016 15 A6
18 LPFNVNDSEDMFLYGVLAEA 6 4.2e-016 20 B3
19 DDYSMLELIRHHLLED 9 2.1e-013 16 B3
20 MCGGAIISDYIPP 5 4.4e-013 13 B2
植物生理学报1912
(42 ℃)、低温(4 ℃)、盐和重金属镉胁迫处理下的
表达模式(图5)。结果表明: 在0~8 h内高温处理与
低温处理呈现出明显不同的趋势; 在一定的时间
内, 高温处理表达值高时, 低温处理大多会表现出
较低的表达值; 高温处理表达值低时, 低温处理同
样会出现较高的表达值 , 其中有22个基因 (如
图4 SmERFs基因在茄子器官中的表达分析
Fig.4 Expression profiles of eggplant SmERFs genes in various organs
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1913
SmERF8、SmERF9、SmERF19、SmERF21、
SmERF26、SmERF32、SmERF38、SmERF39、
SmERF53、SmERF55、SmERF59、SmERF61、
SmERF62、SmERF75、SmERF78、SmERF80、
SmERF85、SmERF86、SmERF91、SmERF94、
SmERF100、SmERF101)在高温和低温处理条件
下呈对应互补的表达形式; 在冷处理条件下有7个
基因 ( S m E R F 1 6、 S m E R F 1 8、 S m E R F 5 5、
SmERF56、SmERF80、SmERF97、SmERF101)持
续上调表达, 有1个基因(SmERF2)持续下调表达;
在高温处理条件下有 8个基因 ( S m E R F 1 6、
SmERF18、SmERF26、SmERF30、SmERF56、
SmERF75、SmERF100、SmERF101)持续上调表
达, 有1个基因(SmERF2)持续下调表达; 在盐处
理条件下有11个基因 ( S m E R F 8、S m E R F 9、
SmERF26、SmERF27、SmERF59、SmERF66、
图5 SmERF基因在不同胁迫条件下的表达分析
Fig.5 Expression profiles of SmERF genes under different abiotic stress treatments
植物生理学报1914
SmERF75、SmERF80、SmERF86、SmERF100、
SmERF101)持续上调表达, 有5个基因(SmERF2、
SmERF39、SmERF53、SmERF57、SmERF61)持
续下调表达; 在重金属镉处理条件下有7个基因
(SmERF9、SmERF30、SmERF59、SmERF61、
SmERF85、SmERF86、SmERF100)基本表现为上
调表达且在长时间处理条件下有下调趋势, 有4个
基因(SmERF2、SmERF39、SmERF55、SmERF57)
持续下调表达。
对SmERF进行激素处理(ABA和SA)表达分析
的结果显示(图6), 两种激素处理在0 h~8h时间内表
达趋势较为一致 , 如 SmERF8、SmERF16、
SmERF18、SmERF19、SmERF21、SmERF32、
SmERF56、SmERF59、SmERF62、SmERF66、
图6 SmERF基因在激素ABA和SA处理条件下的表达分析
Fig.6 Expression profiles of SmERF genes under ABA and SA treatments
邵欣欣等: 茄子AP2/ERF转录因子的鉴定及胁迫条件下的表达分析 1915
SmERF80、SmERF97在0 h~8h内均表现出先增加
后减少的趋势; SmERF5、SmERF9、SmERF38、
SmERF55、SmERF57、SmERF61、SmERF75、
SmERF78、SmERF85在0 h~8h中表现为先减少后
增加的趋势。此外有 5个基因 ( S m E R F 2 6、
SmERF27、SmERF30、SmERF91、SmERF100)在
0 h~8h内的变化趋势完全相反, 表现为在ABA水平
上先增加后减少, 在SA水平上表现为先减少后增
加的趋势。
讨　　论
随着茄果类基因组测序的完成(Potato Ge-
nome Sequencing Consortium 2011; The Tomato Ge-
nome Consortium 2012; Kim等2014; Hirakawa等
2014), 从全基因组层面鉴定和研究基因家族的分
类、进化特征和功能预测是当前茄果类功能基因
研究的热点(苏慧慧等2015)。国内外学者在模式
植物拟南芥AP2/ERF转录因子家族及功能研究方
面开展了较多的研究, 发现其主要参与植物生长
发育、生物和非生物胁迫等过程(莫纪波等2011;
张计育等2012; 王洁琳等2013; 谢腾等2014)。Na-
kano等(2006)报道指出在拟南芥和水稻中分别含
有147和157个AP2/ERF基因家族成员, 其中拟南芥
中有122个基因属于DREB/CBF和ERF亚家族, 水
稻中有139个基因属于ERF家族; Zhang等(2008a)
报道了大豆148个AP2/ERF转录因子基因家族成
员, 其中120个是ERF类; 在番茄和辣椒中分别含有
168和123个AP2/ERF成员(Kim等2014), 在马铃薯
中有中发现有155个AP2/ERF基因(Charfeddine等
2015); 本研究利用拟南芥和番茄AP2/ERF转录因
子在SGN数据库检索获得130个AP2/ERF转录因
子, 其中AP2、RAV和ERF亚族分别含有20、2和
108个成员; ERF亚族108个基因基于进化树分析结
果表明, 其与番茄ERF成员关系较近, 有25个番茄
ERF基因与茄子聚为一类, 而拟南芥则为17对; 这
说明AP2/ERF转录因子在番茄和茄子的进化特征
相似。
Nakano等(2006)将拟南芥122个ERF亚族分为
11类, 每一类均含有其特定的保守基序。本研究通
过MEME分析发现茄子108个ERF基因中含有20个
基序; 根据拟南芥的分类标准结合AP2/ERF结构域
第14和19位氨基酸残基的差异, 将108个ERF基因
分为DREB/CBF (41个)和ERF (67个)两个次亚家
族; 并结合拟南芥中DREB/CBF (A1~A6)和ERF
( B 1 ~ B 6 )保守基序将茄子分为11类 , 其中A 1
(CMIII-3, 保守基序7)、A2 (CMIV1, 保守基序
13)、A4 (CMIII-1, 保守基序5)、A5 (CMII-1)、A6
(CMI-2, 保守基序17)分别含有8、7、17、3和6个
成员, 其中在拟南芥中A3仅含有1个成员AtERF52
进化分析表明该基因与SmERF108聚为一类。结
合前人通过分析不同物种如拟南芥、水稻、大
豆、大麦、苹果、小麦、玉米等中的AP2/ERF类
转录因子成员发现, 该基因家族的结构和进化在
物种间是相对保守的(张计育等2012)。
亚细胞定位分析发现, 在茄子108个成员中,
91个成员定位于细胞核中, 这与前人研究ERF转录
因子定位于细胞核的结果基本一致(Charfeddine等
2015)。组织表达分析表明, ERF家族基因在茄子
各组织中基本都有表达, 且存在不同成员组织的
表达存在差异, 大多数基因在果和花中表达较高,
这与前人报道的ERF蛋白参与果实发育相关(Li-
causi等2013; Yamasaki等2013), 可能预示茄子ERF
基因也参与了花器官和果实的发育过程。对33个
基因开展氧化胁迫分析发现, 大多数基因受胁迫
诱导表达, 有22个基因在高温和冷胁迫条件下存
在互补表达差异, 在高温和冷处理条件下分别有8
和7个基因持续上调表达, 这与前人报道的ERF参
与冷和热胁迫相关的研究结果一致 (莫纪波等
2011; 张计育等2012; 谢腾等2014; 刘志薇等2014);
在盐和镉处理条件下分别有11个和7个基因持续上
调表达; 大多数基因受ABA和SA处理诱导表达。
这为进一步研究茄子ERF转录因子家族基因的功
能及机制提供了重要的依据。
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