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Functional genomics of Salvia militiorrhiza Ⅳ——Analysis of ethylene responsive element binding protein gene

丹参功能基因组学研究Ⅳ——丹参乙烯应答因子(ERF)基因的分析



全 文 :丹参功能基因组学研究Ⅳ———丹参乙烯应答因子
(ERF)基因的分析
胥彬1,2,黄璐琦1,崔光红1,毛莹1,张辉2
(1.中国中医科学院 中药研究所,北京 100700;
2.长春中医药大学,吉林 长春 130117)
[摘要] 目的:获得丹参乙烯应答因子结合蛋白基因序列,并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究。方法:利用
cDNA芯片技术,从不同时期毛状根中获得目的基因。利用BLAST进行序列比对,ORFfinder寻找开放读码框,Prosite分析蛋
白质的基本结构域。用半定量RTPCR检测其在丹参组培苗根、茎、叶中的表达情况。结果:得到1个乙烯应答因子结合蛋白
基因全长序列,全长952bp,具有1个699bp的开放读码框和87bp的5′非编码区、166bp的3′非编码区,推测的氨基酸序列
中含有1个高度保守的AP2/ERFDNA结合域,GenBankEF667000,命名为SmERF。半定量RTPCR表明,SmERF基因在丹参
组培苗根、茎、叶中均有转录水平的表达,根中表达量高于茎和叶中的。结论:首次得到丹参乙烯应答因子结合蛋白基因,为
其功能研究提供了基础。
[关键词] 丹参;乙烯应答因子结合蛋白;序列
[收稿日期] 20090302
[基金 项 目]  国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973)项 目
(2006CB504700);国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863)项 目
(2007AA02Z104)
[通信作者] 崔光红,Tel:(010)640144112956,Email:guang
hongcui@163.com
  乙烯应答因子(ethyleneresponsivefactor,ERF)
属于AP2/ERF转录因子家族,是植物所特有的一类
转录因子[1],最早作为烟草中与PR基因启动子中顺
式作用元件GCC盒的结合蛋白分离得到[2],主要参
与调控植物对乙烯、干旱、高盐和低温等胁迫应答反
应[3]。近来的研究表明它不仅调控植物病害相关的
应答,还参与了植物渗透胁迫应答、ABA应答、生长发
育以及不同信号途径间相互作用等的调控[4]。
本研究通过不同时期丹参 Salviamiltiorhiza毛
状根的cDNA芯片杂交试验,得到1个丹参乙烯应
答因子结合蛋白基因的全长 cDNA序列,对其进行
详细的生物信息学和在丹参组培苗根、茎、叶中的表
达分析,为进一步深入研究ERF基因在丹参中的功
能和调控机制奠定基础。
1 材料和方法
1.1 ERF基因的克隆 采用 cDNA芯片技术克隆
ERF基因[56]。流程为 CTAB法提取丹参根总
RNA,采用Pharmacia公司 QuichprepTM MicromRNA
PurifiCationKit分离mRNA后,通过在cDNA分子两
端加上 EcoRⅠ/NotⅠ接头,在 T4多核苷酸激酶的
作用下磷酸化,与表达载体 λZAPExpressPrediges
tedVector连接,然后用包装蛋白在体外包装连接产
物,感染E.coliXL1BlueMRF'构建成 cDNA文库。
挑取分离良好的噬菌斑进行PCR扩增,经过电泳检
测、纯化、再次电泳检测后得到4354个克隆用于芯
片点制。以丹参 actin基因作为阳性对照,不含
DNA的点样液和PolyA为阴性对照。取6,7V固体
培养基上生长 45,60d的丹参毛状根进行芯片杂
交,探针标记采用间接标记法,芯片用 LuxScan1/A
双通道激光扫描仪进行扫描,用 GenePixP40图像
分析软件对芯片图像进行分析,数据用 Lowess方法
进行归一化。采用2倍差异标准结合 Ttest方法来
确定差异表达基因。
1.2 ERF生物信息学分析 差异基因经单侧测序
后,经过gap4软件进行拼接聚类形成 Unigene后进
行BLASTX,BLASTN比对分析,并对不同物种来源
的ERF基因用 DNAMAN进行多序列同源性分析。
采用NCBI的开放读码框寻找程序(ORFfinder)确
定该基因的开放读码框。通过 Prosite数据库(ht
tp://us.expasy.org/prosite/)分析 SmERF蛋白的结
构位点。
1.3 SmERF基因表达分析 用半定量 RTPCR检
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测SmERF基因在丹参组培苗根、茎、叶中的表达情
况。取60d的丹参根、茎、叶,按 TRizol试剂盒(In
vitrogen公司产品)说明书操作提取总RNA,取1μg
总RNA模板按 RT试剂盒(Takara公司)说明书反
转录得到 cDNA。SmERF引物为 ERF111:5′
CGATTCTTCAAATGATGTCC3′, ERF310: 5′
GCGTGTTAAAGGTTCCGAGC3′,扩增 ERF编码区
220bp片段。内参 actin引物根据 NCBI网站上公
布的丹参 actin编码区 mRNA序列(DQ243702)设
计,actin101:5′CTGGCTTACATTGCTTTGG3′,ac
tin488:5′AGGAACCACCGATCCAGACA3′,扩 增
actin编码区内 408bp的片段。反应体系为 2μL
cDNA产物,2μL10×ExBufer,1μLdNTP,05μL
引物,03μLExTaq酶,终体积为20μL。反应条件
为94℃预变性5min,然后进行27个循环94℃ 30
s,54℃ 30s,72℃ 1min,循环结束后72℃延伸5
min。取5μL反应产物在含 EB的15%的琼脂糖
凝胶上电泳,用SYNGENE型凝胶成像系统照像,以
220bp和 408bp条带吸光度之比作为 ERF基因
mRNA的相对表达量。
2 结果
2.1 基因芯片杂交结果 通过cDNA芯片杂交、差
异基因测序、序列拼接及 BLAST比对分析,1个
Unigene被注释为乙烯应答因子结合蛋白基因,该基
因包含4条EST,在60/45d,即在60d材料中的表
达量明显低于45d中的表达量(表1)。由于45d
时为丹参毛状根的快速生长期,而60d时为次生代
谢产物的快速积累期[6],提示该基因可能与丹参的
生长发育相关。
2.2 丹参 ERF基因序列分析 该基因 cDNA全
长952bp,命名为 SmERF,并提交到 GenBank,注
册号为 EF667000。SmERF具有 1个 699bp的
开放读码框和87bp的5′非编码区、166bp的3′
非编码区,编码1个具有 232个氨基酸残基的多
肽,相对分子质量约为 263,等电点为 806。
Prosite在线分析表明在 71~128位氨基酸的 58
个氨基酸为高度保守的 AP2/ERFDNA结合域,
该结合域富含碱性氨基酸,是许多转录因子 DNA
结合域的典型特征[2]。SmERFDNA结合域与马
铃薯 Solanum tuberosum、棉 花 Gossypium barba
dence、拟南芥 Arabidopsisthaliana等植物 ERF结
合域的一致性很高,与马铃薯的相似性最高
(897%)。但全从序列来看,它们之间的一致性
比较低,与棉花的相似性最高503%。
表1 SmERF基因的cDNA芯片杂交
EST
基因表达量
1 2 3 4 5 6 7 8
平均值 标准差
chip25a04 04140 03722 03832 04210 04297 05578 04628 05480 044861) 00701
chip26h08 04245 04749 04218 05205 03973 04091 04228 03565 042841) 00496
chip15c03 03203 03292 03262 03836 04790 04437 04095 04992 039881) 00708
chip05a09 04397 03298 05137 03071 03659 05548 05445 05957 045641) 01114
  注:1~8.60d与45d的芯片杂交结果;1)单样本t检验在99%水平上为极显著差异。
2.3 SmERF在丹参植株不同部位中的表达 以引
物ERF111和 ERF310对丹参组培苗的根、茎、叶
等组织的总 RNA进行半定量 RTPCR分析。结果
表明,SmERF在丹参组培苗根、茎、叶等组织中均有
转录水平的表达(图1)。SmERF与 actin面积的比
值分别为根078,茎056,叶029,可见该基因在根
中的表达量显著高于茎和叶的表达量,暗示 SmERF
在转录水平具有组织特异性。
3 讨论
植物体内存在大量的转录因子[2]。根据 DNA
结合域的不同,其被划分成很多家族,如参与植物防
卫与胁迫反应的转录因子家族主要有 AP2/ERF,
  
1.根;2.茎;3.叶。
图1 SmERF在丹参不同组织中的表达情况
bZIP,MYB/MYC和 WRKY家族等[7]。植物 AP2/
ERF超家族根据 AP2/ERF结构域的不同可分为3
个家族,AP2家族含有 2个重复的 AP2/EFR结构
域,ERF家族含有1个 AP2/ERF结构域,RAV家族
除含有1个AP2/ERF结构域外,还含有1个 B3结
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构域[8]。本研究克隆的丹参 ERF基因具有1个由
60个左右氨基酸残基组成的非常保守的 AP2/ERF
结合域,属于AP2/ERF超家族中的ERF家族基因。
SmERF在丹参不同生长阶段的表达量具有显著的
差异,表明其可能在丹参的生长发育中起着重要的
作用,在植株中的表达分析表明它具有组织表达特
异性,该基因的克隆对于研究丹参的生长发育和对
各种胁迫反应的应答机制具有重要的意义。
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FunctionalgenomicsofSalviamilitiorrhizaⅣ———Analysisof
ethyleneresponsiveelementbindingproteingene
XUBin1,2,HUANGLuqi1,CUIGuanghong1,MAOYing1,ZHANGHui2
(1.InstituteofChineseMateriaMedical,ChinaAcademyofChineseMedicinalSciences,Beijing100700,China;
2.ChangchunUniversityofTraditionalChineseMedicine,Changchun130117,China)
[Abstract] Objective:TostudytheethyleneresponsiveelementbindingproteingenesofSalviamiltiorhizathroughbioinfor
maticsandcharacterizationofitstissueexpressioninregeneratedplantlets.Method:Theethyleneresponsiveelementbindingprotein
geneswereobtainedbycDNAmicroarayanalyze.BLASTwasusedforalignment,ORFfindersoftwarewasusedtofindopenreading
frame,Prositedatabasewasusedtoanalyzetheprotein.SemiquantitativeRTPCRmethodwasusedtodetectthegeneexpressionlev
el.Result:Oneethyleneresponsiveelementbindingproteinwasobtained,namedasSmERF.SmERFhadanopenreadingframeof
699bpwith5′URT87bpand3′URT166bp.TheputativeproteinSmERFcontainsahighlyconservedERF/AP2domain.Semi
quantitativeRTPCRilustratedthatSmERFwasexpressedinaltissuessuchasroot,stemandleafinregeneratedshoots,whilethe
expressionlevelwashigherinrootthaninstemandleaf.Conclusion:ItwasthefirsttimetoobtainERFgeneinS.miltiorhizaand
setagoodfoundationforitsfurtherfunctionalstudy.
[Keywords] Salviamilitiorhiza;ethyleneresponsiveelementbindingprotein;sequence
[责任编辑 吕冬梅]
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