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PIFs 因子(phytochrome interacting factors)或称 PILs 因子(phytochrome interacting factor-like),属于bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子家族的第15亚族,在植物信号调控网络中发挥着重要的作用。近年来对环境信号和激素信号分子水平上的交叉作用及协同调控研究中,PIFs亚家族被认为起到“枢纽”的作用。目前针对PIFs的研究主要依赖于模式植物拟南芥,而在其他作物(水稻、小麦、玉米等)中的研究还非常少。根据拟南芥PIFs转录因子的序列,通过序列比对从PlantTFDB数据库的308个玉米bHLH转录因子中鉴定出了 6个PIFs类转录因子,分别命名为ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3、ZmPIF4、ZmPIF5和ZmPIF6。利用生物信息学方法对ZmPIFs家族的基因结构、蛋白质保守结构域和系统发生进行了分析,序列比对发现6个ZmPIFs转录因子都具有bHLH结构域和APB结构区域,其中ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3还具有APA结构区域。进化树分析发现,ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3 和 AtPIF3、AtPIF1,OsPIL15、OsPIL16 同源关系较近,并且都具有APA结构域。酵母双杂交实验结果表明ZmPIF1、ZmPIF2、ZmPIF3、ZmPIF4、ZmPIF5 和 ZmPIF6 均与 ZmPhyB1 互作,其中 ZmPIF1、ZmPIF2 和 ZmPIF3 还能与ZmPhyA1互作,说明ZmPIFs能作为光敏色素互作因子发挥作用。利用实时荧光定量PCR技术,研究了这6个ZmPIFs家族基因在玉米不同发育期的表达特性,结果显示基因在玉米的根、茎、叶、雄蕊、雌蕊、籽粒中均有表达,且具有一定的组织表达特异性。分析玉米6个ZmPIFs基因在一天中不同时间点的表达情况发现均具有节律性。干旱、高盐、高温、低温等非生物胁迫处理后,ZmPIFs基因对非生物胁迫有不同的反应,推测它们可能参与玉米应答非生物胁迫的过程。为了进一步探究它们可能参与的激素信号路径,用ABA、GA、JA、BR、IAA、ETH等6种植物激素处理玉米,结果发现6种ZmPIFs基因的表达对6种植物激素响应各不相同,说明ZmPIFs与GAs、ABA、BRs、JA、生长素及乙烯多种激素信号相关联,推测PIFs是整合植物生长发育外部信号与内部信号的关键节点。6个ZmPIFs的表达均受PEG模拟的干旱胁迫诱导,为了进一步验证PIFs转录因子的耐旱性及耐盐性功能,本研究分别构建了ZmPIF1、ZmPIF3、AtPIF1、AtPIF3的表达载体,通过蘸花侵染的方式转化拟南芥,经过抗性筛选,获得T3代纯系。PCR及qRT-PCR结果表明基因已经整合入拟南芥的基因组中,并在转录水平得到表达。通过拟南芥pif1及pif3突变体的杂交获得PIF1及PIF3双突变。对野生型、PIFi、PIF3的过表达和突变体以及pif1pif3双突变体进行蒸腾表型的观察发现,突变体的蒸腾速率明显低于野生型,而PIF1与PIF3过表达材料的蒸腾速率明显高于野生型;同样的结果也出现在ZmPIF1、ZmPIF3转基因拟南芥中。为进一步验证蒸腾速率的差别,测定了它们的离体叶片失水率,结果显示,转基因株系离体叶片失水率明显低于野生型,而突变体的离体叶片失水率明显高于野生型。因此PIFs能通过减少蒸腾来来达到节水耐旱的目的。以上研究结果揭示了 PIFs基因在非生物胁迫应答中的作用,为进一步建立PIFs基因参与的耐旱调控网络模型奠定基础。