苦荞抗逆相关NAC转录因子基因的克隆及其表达分析

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苦荞(Fagopyrum tataricum)属石竹目蓼科荞麦属一年生双子叶草本植物。因其富含以芦丁为代表的黄酮类化合物,苦荞已成为一种保健价值高的药食兼用小杂粮。在我国,苦荞主要种植于四川、云南、贵州和西藏的一些高海拔地区,这得益于其所具有的耐旱、耐盐、耐寒和抗紫外线等优良抗逆栽培性状。植物对不良环境等非生物胁迫的响应,在分子水平上,主要通过充当基因表达分子开关的各种转录因子与其相应顺式作用元件的互作来实现,而转录因子在此过程中扮演着核心角色。NAC转录因子家族是一类新型植物特异性转录因子,其在植物抗逆、发育和形态建成等方面起着至关重要的作用。因此,为挖掘苦荞抗逆相关的转录因子基因资源,本研究基于苦荞花期转录组数据,首次克隆获得了苦荞抗逆相关FtNACs转录因子基因,通过生物信息学方法分析其分子特征,进一步分析了其在非生物胁迫和植物激素处理后的表达特征,为深入鉴定其调控植物抗逆应答的分子机制奠定基础,也有助于加深对苦荞应对非生物胁迫响应机制的理解。主要研究结果如下:
  1.基于苦荞“西荞2号”花期转录组数据进行分析,获得注释为NAC转录因子家族的54个unigenes序列,从中筛选得到具有完整编码NAC转录因子的8条ORF序列,命名为FtNA C2~FtNAC9。系统进化树分析表明,其编码的FtNAC2、FtNAC3、FtNAC4、FtNAC5和FtNAC8与拟南芥ANAC019、ANAC055和ANAC072归为AtNAC3亚家族,可能参与植物抗旱生理过程;FtNAC6和FtNAC7与拟南芥ANAC002等聚为ATAF亚族,可能参与植物抗盐胁迫的调控;FtNAC9与ANAC015、ANAC053和ANAC078等被归为NAC2亚族,可能具有参与植物低温胁迫和光胁迫生理过程的调控。氨基酸多重序列比对和序列logos分析表明,这8条基因均具备编码NAM保守结构域特征,属于NAC转录因子基因家族。
  2.通过RT-PCR和PCR技术,克隆获得上述8条苦荞NAC转录因子基因的cDNA和DNA序列。基于各基因的cDNA和DNA序列对比,分析表明,FtNAC2和FtNAC8基因包含5个内含子,FtNAC4、FtNAC5、FtNAC6和FtNAC7基因包含2个内含子,FtNAC3仅有1个内含子,FtNAC9没有内含子,所有内含子均符合GT-AG剪切规则。
  3.利用RT-qPCR对上述基因的组织表达特异性以及其在非生物胁迫处理下的表达变化进行分析。结果表明,FtNAC7、FtNAC8和FtNAC9等3个基因在各组织部位表达量较其他FtNACs基因相对较高;FtNAC4、FtNAC7、FtNAC8和FtNAC9等4个基因在干旱、高盐和低温等非生物胁迫,以及外源植物激素ABA处理后均出现表达量的极显著上升(P<0.01)。此外,FtNAC4和FtNAC8还对MeJA处理有显著上升(P<0.05),推测其信号转导途径属ABA依赖型且存在JA激素介导。然而,FtNAC5除对PEG和NaCl处理无显著响应外(P>0.05),其在各处理中的表达量均显著下降(P<0.05),且该转录因子NAM保守结构域中存在“LVFY”抑制域,推测其可能参与苦荞抗逆过程的负调控。
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