全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (7): 1045~1054　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0173 1045
收稿 2015-03-30　　修定 2015-06-05
资助 山东省优秀中青年科学家奖励基金(BS2013NY013)、
山东省良种工程项目(果树种质资源挖掘与种质创新利
用研究2014)、泰山学者建设工程、国家科技支撑项目
(2014BAD16B02)和国家现代农业产业技术体系(CARS-28)。
* 共同第一作者。
** 通讯作者(E-mail: llg6536@163.com; Tel: 0538-8266675)。
苹果生长素响应因子(ARF)基因家族全基因组鉴定及表达分析
李慧峰*, 冉昆*, 何平, 王海波, 常源升, 孙清荣, 程来亮, 李林光**
山东省果树研究所, 山东泰安271000
摘要: 生长素响应因子(auxin response factor, ARF)基因在调控生长素响应基因和生长素信号转导途径以及其它多个生长发
育过程具有重要作用。本研究利用Blast P程序比对并获得苹果ARF基因家族, 通过DNAMAN 6.0、MEGA 5.0、WebLogo
3、MapInspect和MEME软件对苹果ARF基因进行分析, 采用RT-PCR技术研究基因组织表达情况。结果表明, 苹果基因组
存在29个ARF基因, 进化上可分为I、II、III、IV和V组, 每组成员数目分别是4、5、10、6和4个。内含子和外显子结构分
析表明, 该基因家族由2~15个外显子构成。染色体分布结果显示, MdARF基因在染色体上分布不均匀。分别鉴定出4对和2
对MdARF基因经历了串联复制和片段复制, 14个MdARF基因经历了全基因组复制。保守元件分析表明, 苹果ARF基因家族
DBD区域、ARF区域、III元件和IV元件结构高度保守。半定量结果表明, 大多数MdARF基因在根、茎、叶、花和果中均
有表达。
关键词: 苹果; 生长素响应因子; 基因组学; 表达分析
Genome-Wide Identification and Expression Analysis of Auxin Response Factor
(ARF) Gene Family in Apple
LI Hui-Feng*, RAN Kun*, HE Ping, WANG Hai-Bo, CHANG Yuan-Sheng, SUN Qing-Rong, CHENG Lai-Liang, LI Lin-Guang**
Shandong Institute of Pomology, Taian, Shandong 271000, China
Abstract: Auxin response factor (ARF) genes play multiple important roles in the regulation of auxin response
genes, auxin signal transduction pathway and other processes. In this study, ARF genes from apple (Malus
domestica Borkh) genome were obtained via BlastP analysis, and their amino acid sequences were analyzed
with DNAMAN 6.0, MEGA 5.0, WebLogo 3, MapInspect and MEME software, their expression patterns in
different tissues were checked by RT-PCR analysis. The results showed that 29 MdARF candidate genes were
existed in apple genome. The results of phylogenetic analysis revealed that MdARF gene family was divid-
ed into five classes: Class I (four members), Class II (five members), Class III (ten members), Class IV (six
members) and Class V (four members), respectively. The results of intron-exon structure analysis indicated that
MdARF gene family members were composed of 2–15 exons. Chromosome mapping analysis revealed that
MdARF genes were distributed unevenly on 15 chromosomes. Four pairs and two pairs had undergone tandem
duplication and segment duplication, respectively. Conserved motif analysis showed that the DNA-binding
domain, ARF domain, motif III and motif IV of MdARF gene family were highly conserved. Semi RT-PCR
results indicated that most of MdARF genes were expressed in roots, stems, leaves, flowers and fruits.
Key words: apple (Malus domestica Borkh); auxin response factor (ARF); genomics; expression analysis
生长素响应因子(auxin response factor, ARF)
作为一类调控生长素响应基因表达的转录因子,
参与信号转导及植物生长发育等多个过程(蒋素梅
等2005; 白华举等2006)。大多数ARF蛋白都包含
N端DNA结合域(DNA binding domain, DBD)、中
间区域, 即激活结构域(activation domain, AD)或者
抑制结构域(repression domain, RD)和C端二聚作
用结构域(carboxy-terminal dimerization domain,
CTD) (Guilfoyle和Hagen 2007; 刘振华等2011)。拟
南芥ARF基因家族可被分为I、II、III、IV和V五
组(Okushima等2005), 除AtARF5、AtARF8和At-
ARF19作为转录激活子对生长素响应基因起转录
激活作用外(Wang等2005; Wilmoth等2005), 其余家
植物生理学报1046
族成员抑制生长素响应基因表达(Guilfoyle和
Hagen 2007; 刘振华等2011)。ARF转录因子通过
特异结合生长素响应基因启动子区域的生长素响
应元件(auxin response elements, AuxRE) TGTCTC,
促进或者抑制靶基因的表达(Guilfoyle和Hagen
2007)。大量研究表明, 拟南芥ARF的靶基因包括3
类: Aux/IAA基因(Hardtke等2004; Nagpal等2005)、
SAUR (Small auxin-up RNA)基因(Nagpal等2005)和
GH3基因(Tian等2004; Mallory等2005)。
目前, 拟南芥(Okushima等2005)、水稻(Wang
等2007)、杨树(Kal lur i等2007)、番茄(Wu等
2011)、玉米(Xing等2011)、大豆(van Ha等2013)、
黄瓜(Liu和Hu 2014)和葡萄(Wan等2014)等的ARF
基因家族均已被鉴定出来。但关于苹果ARF报道
较少, Gleave等(2008)发现苹果ARF16是miR167的
靶基因, 而在基因组层面分析苹果ARF基因家族则
未见报道。Velasco等(2010)公布了苹果全基因组
草图和进化历程, 使得通过基因组层面分析基因
家族、MicroRNA、靶基因预测以及目的基因克
隆等得以快速实现。
本研究利用BlastP程序鉴定苹果ARF基因家
族, 并对其保守结构域、进化关系、亚组分类、
内含子和外显子分布、染色体定位和组织表达
模式进行分析, 为研究其在调控生长素响应基因
和生长素信号转导中的作用以及生物技术育种
奠定重要的理论基础, 也为进一步克隆苹果ARF
基因和鉴定其它果树ARF基因家族提供有价值的
信息。
表1 引物序列
Table 1 Primers of sequences
基因名称 上游引物(5′→3′) 下游引物(5′→3′)
MdARF1 AAATCAACGCCTCTCTCACG TCCACCGTAATGTCCTGCTT
MdARF2 AGCCTTTGTTACTTTCATTGCCT GGATCCAAGCTTTTCTCCGAC
MdARF3 GGGAAGGCCTAATGTAGCGT GTGCCAGAAAGTTAGACGCC
MdARF4 TGATCGATGGAAGCAGTGGA ATACTGCATTTGGGGAGCCT
MdARF5 CCGGGGCAAATGTTTACGTT CGTCTGTGTGAACTTCAGCC
MdARF6 GCGAACTTCCATTGTCGTCA GTCCTCTTGTCCTCCTGCTT
MdARF7 TCGGCAGAGAAATGATGGGT CCACCTGTTCGCTATGTCCT
MdARF8 GACTCAATCGCCACTTGTCC CTGAACGAACACCAGAGACAC
MdARF9 CGCGGAGAAAGGATGGAAAG AGACGGGCAATGAAGAATGC
MdARF10 CGCGGAGAAAGGATGGAAAG GCCACTTGAAGCGCTTAGTT
MdARF11 AGTTGGAGATGACCCTTGGG AGGGAGAAAACTGTCAGCGT
MdARF12 AGCGTGGATTCTCTGAGCAT CCCAAAATTCCACCTAGCCC
MdARF13 TGGAGAAAGCAGCGGATGTA CAGAGGATCTTGGGAGGCAA
MdARF14 TGGAGAAAGCAGCGGATGTA CAGAGGATCTTGGGAGGCAA
MdARF15 TCGGAGAAAAGCTTGGATCCT TCTGCAGAGAACCAGCGAG
MdARF16 AACCATGCAGTGAGTGAGGT GAGTGAGATGAGAGGGCCAG
MdARF17 CCAGTCTGTTGAAGGTGGTT CCACCAGCACAGTTCACAAA
MdARF18 AGGCTCTCTTCTGCTGGTTT GGCAAGCTTGGATGGTTAGG
MdARF19 AAACTGAAGAAGGGCACAGC CACTGATCGTTCAACCGTCC
MdARF20 AGGGTGGGTGTGAAAGTTGA AATGTCCGTTATGCCCCTCA
MdARF21 GCGAACTTCCATTGTCGTCA GTCCTCTTGTCCTCCTGCTT
MdARF22 AGGCTCTCATCTGCTGCTTT CTGTTCGCTGTGACCTTGAG
MdARF23 GTGGAAGTTTGTGGCGGATT GGGTTGCCGCAATTATCCTT
MdARF24 GACCCTCAGAGATCAGGCTG GGACAGAAGCCACACTGTTG
MdARF25 GGGAGGTGGAGAAGAATGCT GAGTGAGATGAGAGGGCCAG
MdARF26 TGAGAGCAGGAAGAAAAGGGT CATTCACCGGTGGCATTTGA
MdARF27 AGCTTGGATGGAGATCTCGG GCTCACAGTTGCAAACCAGA
MdARF28 AGAAGAGCCACACAGAACGG TGCATTTCCACTGGCAGTTC
MdARF29 AGTAAAGAGGTTGTCGCCCA TGTGACGGTCAAGTTCCATC
MdACTIN TGACCGAATGAGCAAGGAAATTACT TACTCAGCTTTGGCAATCCACATC
李慧峰等: 苹果生长素响应因子(ARF)基因家族全基因组鉴定及表达分析 1047
材料与方法
1 植物材料
2014年10月份, 在国家苹果工程技术研究中
心和作物生物学国家重点实验室(山东农业大学)
进行组织表达分析。供试材料为山东省果树研究
所天平湖苹果育种基地(山东泰安) 4年生‘泰山嘎
拉’苹果树(Malus domestica Borkh. cv. Taishan
Gala), 取新生根系(砧木八棱海棠, Malus robusta
Rehd., 2014年4月中旬)、一年生枝(2014年4月中
旬)、新叶(刚展开叶, 2014年4月中旬)、花(盛花
期, 2014年4月中旬)和果实(花后110 d, 2014年8月
上旬)于液氮中速冻, −80 ℃保存备用, 以便提取
RNA进行组织表达分析。
2 苹果ARF基因的组织表达
RNA的提取采用QIAGEN公司RNeasy Plant
Mini Kit, 用反转录试剂盒PrimeScriptTM 1ST Strand
cDNA Synthesis Kit合成cDNA。采用MdACTIN
(GenBank登录号CN938023)作为内参基因。参照
Tian等(2015)的方法, RT-PCR反应体系为25 μL。
循环参数为: 94 ℃ 5 min; 94 ℃ 25 s, 58 ℃ 25 s,
72 ℃ 30 s; 目的基因为36个循环, 内参基因为28个
循环。每一基因的RT-PCR反应均为3次重复, 引物
设计避开其保守结构域, 所用引物序列详见表1。
3 苹果生长素响应因子基因鉴定
根据拟南芥已鉴定出的生长素响应因子氨基
酸序列, 利用BlastP程序(http://www.rosaceae.org/
tools/ncbi_blast)检索苹果基因组功能数据库(http://
表2 苹果候选ARF基因
Table 2 The candidate MdARF genes in apple
基因名称 苹果基因ID 染色体定位 开放阅 氨基酸/aa 分子量/Da 等电点 分组 拟南芥同源基因
读框/bp
MdARF1 MDP0000123466 chr3:31,900,678..31,906,822 2 595 864 96 013.0 7.6975 III AT5G6200.3
MdARF2 MDP0000131481 chr3:10,472,257..10,476,185 2 322 773 85 244.0 8.5235 II AT4G30080.1
MdARF3 MDP0000134824 chr16:19,215,127..19,221,178 3 405 1 134 124 962.0 6.8811 IV AT1G19220.1
MdARF4 MDP0000138853 chr3:31,920,956..31,924,743 816 271 30 263.2 5.6183 III AT5G62000.3
MdARF5 MDP0000138860 chr11:33,860,711..33,865,642 1 998 665 74 563.0 6.9548 III AT5G62000.3
MdARF6 MDP0000139073 chr2:18,996,607..19,000,351 2 169 722 79 965.3 6.4310 III AT4G23980.1
MdARF7 MDP0000143749 chr12:21,353,929..21,358,021 2 691 896 98 043.3 5.1934 IV AT1G19850.1
MdARF8 MDP0000153538 chr17:11,147,966..11,154,299 2 664 887 97 317.8 6.4757 V AT1G30330.1
MdARF9 MDP0000173151 chr5:4,743,628..4,747,532 2 127 708 76 990.2 6.6598 I AT2G33860.1
MdARF10 MDP0000179650 chr10:27,962,459..27,966,501 2 139 712 77 566.3 6.6452 I AT2G33860.1
MdARF11 MDP0000185253 chr13:31,009,456..31,015,086 3 345 1 114 123 453.0 6.8413 IV AT1G19220.1
MdARF12 MDP0000194603 chr7:17,537,721..17,541,545 2 109 702 78 388.8 7.4043 III AT4G23980.1
MdARF13 MDP0000211459 chr8:1,177,648..1,181,653 2 694 897 98 618.1 5.7457 IV AT1G19850.1
MdARF14 MDP0000214352 chr11:33,895,360..33,900,291 1 926 641 71 655.0 6.9185 III AT5G62000.3
MdARF15 MDP0000221322 chr3:10,462,982..10,466,915 2 412 803 88 662.0 8.0965 II AT4G30080.1
MdARF16 MDP0000225980 chr15:25,040,483..25,044,882 2 400 799 88 445.6 6.2126 I AT5G60450.1
MdARF17 MDP0000232116 chr15:36,502,038..36,504,807 1 764 587 64 643.8 6.0040 II AT1G77850.1
MdARF18 MDP0000232417 chr5:7,677,357..7,682,854 2 688 895 99 139.5 6.5671 V AT1G30330.1
MdARF19 MDP0000256621 chr8:22,707,828..22,720,664 2 874 957 106 507.0 8.6839 II AT1G77850.1
MdARF20 MDP0000258032 chr14:20,297,182..20,301,305 2 532 843 93 997.0 6.9200 III AT5G62000.3
MdARF21 MDP0000259062 chr15:13,265,722..13,273,664 2 472 823 91 309.9 8.2243 III AT4G23980.2
MdARF22 MDP0000268306 chr5:7,058,116..7,063,091 2 682 893 99 090.5 6.7171 V AT1G30330.1
MdARF23 MDP0000310875 chr6:16,525,095..16,529,277 2 550 849 94 622.2 6.7957 III AT5G62000.3
MdARF24 MDP0000319957 chr17:11,143,176..11,154,531 2 928 975 105 620.0 7.4026 V AT1G30330.2
MdARF25 MDP0000412781 chr11:10,937,100..10,941,794 2 475 824 91 316.1 6.8658 I AT5G60450.1
MdARF26 MDP0000750392 chr4:8,274,004..8,278,242 2 526 841 92 815.1 7.7072 II AT4G30080.1
MdARF27 MDP0000876321 chr15:15,832,794..15,838,475 3 450 1149 129 483.0 6.8330 IV AT1G19220.1
MdARF28 MDP0000886637 chr2:7,275,029..7,280,110 3 450 1149 128 533.0 6.8314 IV AT1G19220.1
MdARF29 MDP0000929655 chr8:29,301,835..29,306,087 1 695 564 62 812.3 6.2077 III AT1G59750.4
植物生理学报1048
www.rosaceae.org/gb/gbrowse/malus_x_domestica/),
下载目的氨基酸序列。利用Pfam (http://pfam.
sanger.ac.uk/)和SMART (http://smart.embl-heidel-
berg.de/)确认DBD和ARF保守结构域存在, 最后得
到29个苹果候选ARF基因(Tian等2015)。
4 苹果生长素响应因子保守域分析
利用序列分析软件DNAMAN 6.0和在线软件
WebLogo 3 (http://weblogo.threeplusone.com/)分析
MdARF基因家族的DBD和ARF保守序列。利用在
线软件MEME (ht tp: / /meme.sdsc.edu/meme/
meme-intro.html)对MdARF保守结构域进行分析
(董庆龙等2014)。
5 苹果生长素响应因子进化分析
利用MEGA 5.0 (http://www.megasoftware.net)
根据邻接法(Neighbor-Joining) (校验参数bootstrap,
重复1 000次)对苹果ARF氨基酸序列进行进化分
析。引入拟南芥、水稻、玉米、番茄和葡萄ARF
蛋白对MdARF进行亚组分类。葡萄(http://www.
phytozome.net/cgi-bin/gbrowse/grape/)、水稻
(http://rice.plantbiology.msu.edu/)、番茄(http://
图1 MdARF蛋白B3 domain、ARF domain、motif III和motif IV的序列分析
Fig.1 Sequence analysis of the B3 domain、ARF domain、motif III and motif IV in MdARF proteins
李慧峰等: 苹果生长素响应因子(ARF)基因家族全基因组鉴定及表达分析 1049
www.phytozome.net/cgi-bin/gbrowse/tomato/)、拟
南芥(http://www.arabidopsis.org/)和玉米(http://
www.phytozome.net/cgi-bin/gbrowse/maize/) ARF氨
基酸序列下载于相应网站(董庆龙等2014)。
6 苹果生长素响应因子的内含子、外显子和基因
组定位分析
MdARF的内含子、外显子和基因组定位信
息均下载于苹果功能基因组数据库(http://www.ro-
saceae.org/apple/genome)。MdARF基因组定位利
用软件MapInspect制作而成(http://www.plant-
breeding.wur.nl/UK/software_mapinspect.html) (董
庆龙等2014)。串联重复和片段重复定义参考Tian
等(2015)方法。
实验结果
1 苹果ARF基因家族的鉴定
利用拟南芥ARF基因家族的23个氨基酸序列
在苹果基因组网站进行BlastP分析, 得到了30个苹
果候选ARF基因。利用保守域预测软件Pfam和
SMART验证DBD和ARF保守域存在, 最终确定29
图2 苹果、拟南芥、水稻、番茄、玉米和葡萄ARF蛋白的进化关系和亚组分类
Fig.2 Phylogenetic relationships and subgroup designations from ARF proteins of apple, Arabidopsis, rice, tomato, maize and grape
植物生理学报1050
个苹果候选ARF基因(表2)。
2 苹果ARF基因家族的DBD和ARF保守结构域
分析
利用DNAMAN 6.0软件对MdARF基因家族
DBD保守域中的B3 domain、ARF保守域、motif
III和motif IV进行分析, 结果发现, MdARF基因家
族B3 domain、ARF domain、motif III和motif IV是
高度保守的(图1)。同时, WebLogo 3分析发现, 多
个氨基酸位点是保守不变的(图1)。
3 苹果ARF基因家族进化分析
利用MEGA 5软件对29个苹果ARF、23个拟
南芥ARF、25个水稻ARF、21个番茄ARF、31个
玉米ARF和19个葡萄ARF氨基酸序列进行进化分
析。结果(图2)显示, 148个ARF成员被清楚地分为
5组: Class I (AtARF3/4-like)、Class II (AtAR-
F10/16/17-like)、Class III (AtARF1/2-like)、Class
IV (AtARF5/7/19-like)和 Class V (AtARF6/8-like),
其中Class I中包含MdARF成员9、10、16和25;
Class II中包含MdARF成员2、15、17、19和26;
Class III中包含MdARF成员1、4、5、6、12、
14、20、21、23和29; Class IV中包含MdARF成员
3、7、11、13、27和28; Class V中包含MdARF成
员8、18、22和24 (表2和图2)。
4 苹果ARF基因家族内含子和外显子结构分析
通过苹果功能基因组数据库(http://www.rosa-
ceae.org/apple/genome)下载内含子和外显子结构
图3 MdARF基因家族内含子和外显子结构图
Fig.3 Intron-exon structures of MdARF gene family
李慧峰等: 苹果生长素响应因子(ARF)基因家族全基因组鉴定及表达分析 1051
分布图(图3)。从图3中可以看出MdARF基因家族
成员是由多个外显子(2~15个)组成, 但Class II外显
子数量明显少于其他组。同时, 利用MEGA 5软件
对29个苹果ARF蛋白进行进化分析, 发现苹果ARF
蛋白分为5组, 这与图2结果一致。
5 苹果ARF基因家族染色体定位分析
通过苹果功能基因组数据库下载MdARF基因
染色体定位信息, 利用软件MapInspect制作染色体
定位分布图。从图4中可以看出, MdARF基因分布
在染色体上不均匀, Chr 3和Chr 15上分布最多达到
4个; 其次是Chr 5、Chr 8和Chr 11各为3个; Chr 2
和Chr 17为2个; Chr 4、Chr 6、Chr 7、Chr 10、
Chr 12、Chr 13、Chr 14和Chr16只有1个; Chr 01
和Chr 9则没有。根据MdARF在染色体的定位分
布信息和序列比对分析发现 , M d A R F 2 / 1 5、
MdARF5/14、MdARF18/22和MdARF8/24经历了串
联复制, MdARF3/11和MdARF20/23经历了片段复
制, 14个MdARF基因经历了全基因组复制(图4)。
6 苹果ARF基因家族保守域结构分析
利用在线软件MEME鉴定MdARF基因家族
的保守结构域。结果显示, MdARF基因家族包含
20个保守元件: 元件1、2、3、4、5、6、11和13
属于DBD区域; 元件8和10属于ARF区域; 元件9和
14是motif III; 元件7和12是motif IV; 元件15、16、
17、18、19和20是未知蛋白(图5)。所有MdARF
蛋白均包含DBD区域和ARF区域; Class II不含
图4 MdARF基因家族染色体定位
Fig.4 Chromosomal locations for MdARF gene family
正体加粗代表串联复制; 斜体加粗代表片段复制; 灰色区域代表基因组复制事件
植物生理学报1052
motif III和motif IV (除MdARF4、MdARF9和
MdARF10外)。元件15和17只在Class V组出现; 元
件16只在Class IV组中; 元件19和20只在Class III组
中(图5)。
7 苹果ARF基因家族组织表达分析
利用半定量技术(RT-PCR)分析苹果ARF家族
基因组织表达情况。结果显示, Class I、IV和V组
ARF在被检测组织中均有表达, 但各个基因间的表
达模式存在差异(图6); Class III组基因表达情况主
要分为3种: MdARF1在茎、叶和花中有微弱表达,
MdARF4、5和16在根、茎、叶和花中有表达, 其
他成员在根、茎、叶、花和果中均有表达; Class
II组基因(除了MdARF15)在各组织中均有表达; 此
外, MdARF8和17在上述被检测组织中未检测到信
号(图6)。
讨　　论
近年来, 随着多种植物全基因组测序工作不
断完成, 为在基因组层面研究相关基因家族提供
了极大的便利。目前, 已有多个物种的ARF基因家
族成员被鉴定出来。不同物种的ARF基因家族成
员的数量存在较大差异, 其中, 大豆ARF基因家族
成员最多, 为51个; 毛果杨(Kalluri等2007)、玉米
(Xing等2011)、水稻 (Wang等2007)、拟南芥
(Okushima等2005)、番茄(Wu等2011)和葡萄(Wan
等2014)基因家族成员分别为39、31、25、23、21
和19个; 黄瓜ARF基因家族成员最少, 为18个。最
近研究提出基因复制(包括串联复制、片段复制和
全基因组复制)不仅作用于基因组重排和扩张过
程中, 而且在基因功能的多样化和基因家族的大
量产生等过程中都起到重要的作用(Cannon等
2004)。Velasco等(2010)发现60~65百万年前苹果
基因组发生了全基因组复制事件, 导致从起初的9
条祖先染色体形成了17条新染色体。本研究第一
次通过生物信息学方法系统鉴定了29个苹果ARF
基因(表2), 其中8个MdARF基因经历了串联复制, 4
个MdARF基因经历了片段复制, 14个MdARF基因
经历了全基因组复制(图4)。这些结果表明, 串联
图5 MdARF基因家族保守元件分布
Fig.5 Distribution of the identified motifs in MdARF gene family
李慧峰等: 苹果生长素响应因子(ARF)基因家族全基因组鉴定及表达分析 1053
复制、片段复制和全基因组复制对于苹果ARF基
因家族的扩展起到了重要的作用。
基于进化分析, ARF基因家族可被分为四组或
者五组(Okushima等2005; Wu等2011; Wan等2014),
但之前的研究多关注单个物种中的ARF蛋白组成,
没有分析和比较不同物种间ARF基因家族的分组
情况。本研究通过在全基因水平比较组拟南芥、
水稻、番茄、玉米和葡萄ARF蛋白, 第一次将多物
种ARF基因家族分为5组, 并对苹果ARF蛋白进行
鉴定分类(图2和图3)。此外, 通过分析苹果ARF基
因家族DBD区域、ARF区域、元件III和元件IV发
现, 这些区域和元件是高度保守的, 这与拟南芥
(Okushima等2005)、水稻(Wang等2007)和杨树
(Kalluri等2007)中的ARF基因家族类似。通常, 内
含子和外显子在基因组的定位模式能为其进化关
系提供重要的证据(Tian等2015)。本研究中, 系统
分析了苹果ARF基因家族成员的外显子和内含子
结构分布和长度大小, 苹果ARF基因家族成员是由
2~15个外显子构成, 拟南芥(Okushima等2005)、水
稻(Wang等2007)、番茄(Wu等2011) ARF基因家族
中均有类似结果。通过以上结果表明, 植物ARF基
因家族在结构上是高度保守的。
研究表明, ARF基因在植物的维管组织正常形
成、子叶发育、叶片的衰老、花发育和果实成熟
等生长发育过程中具有重要作用(刘振华等2011;
Yang等2013)。本研究利用RT-PCR技术检测了29
个MdARF的组织表达情况, 发现23个MdARF在
根、茎、叶、花和果中均有表达(图6)。相似的表
达模式也在黄瓜(Liu和Hu 2014)和番茄(Wu等
2011)中发现, 15个CsARF中有13个基因均在根、
茎、叶、花和果中表达; 17个SlARF均在根、茎、
叶、花芽和子房中表达。同时, 拟南芥ARF在上述
组织和器官中也多有表达(刘振华等2011)。此外,
通过拟南芥ARF突变体实验发现 , AtARF1/At-
ARF2主要调控叶片衰老、开花时间和种子体积的
大小(Ellis等2004)。AtARF3/AtARF4决定侧生器
官背腹结构(Pekker等2005)。AtARF10/AtARF16/
AtARF17在根冠发育及根向重力性起到重要调控
作用(Yang等2013)。AtARF7/ AtARF19在侧根发
育和形成过程起到重要作用(Hardtke和Berleth
1998; Wang等2005; Guilfoyle和Hagen 2007; 刘振
华等2011)。AtARF6/AtARF8调控花成熟、下胚轴
延伸和果实起始发育等过程中具有重要作用
(Hardtke和Berleth 1998; Guilfoyle和Hagen 2007; 刘
振华等2011)。在进化分析中, 聚类关系越近, 说明
其功能相似的可能性越大。因此, 各组中的苹果
ARF极有可能与组内的拟南芥ARF蛋白具有类似
功能。下一步我们的研究重点是对苹果ARF的生
物学功能进行验证和发现。
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图6 MdARF基因在不同组织中的表达模式
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植物生理学报1054
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