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虚局阙
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1 中国农业科技导报 ꎬ 2015ꎬ 17(1):32-41 Journal of Agricultural Science and Technology 摘玉米 YABBY 转录因子家族的特征及表达分析曹宇 ꎬ 郎志宏 ꎬ 王磊 ( 中国农业科学院生物技术研究所 ꎬ 北京 ) 要 :YABBY 基因家族是广泛存在于种子植物中的一类转录因子 ꎬ 参与植物的胚胎发育侧生器官分化与逆境应答等生物学过程 ꎮ 玉米 YABBY 转录因子家族含有 13 个成员 ꎬ 其 N 端均为锌指结构域 ꎬC 端为螺旋 - 转角 - 螺旋结构域 ꎮ qrt PCR 表明 YABBY 家族具有明显的组织特异性 ꎬ 除了 ZmYAB1 不在雌穗表达外 ꎬ 其余成员在生殖器官中的表达量均明显高于营养器官 ꎮ ZmYAB5 ZmYAB7 ZmYAB9 ZmYAB13 基因整体表达水平比较高 ꎬ 而 ZmYAB3 ZmYAB4 ZmYAB8 基因则几乎不表达 ꎮ 同时对玉米 YABBY 基因家族逆境应答反应分析发现 : 在 4 环境中 ꎬZmYAB1 ZmYAB5 ZmYAB13 在处理 3 h 内下调幅度较大 ꎬZmYAB9 在处理 24 h 时表达量上调 ꎻ 在 NaCl 处理中 ꎬ 整个家族呈现先上调 ꎬ 然后逐渐下调的趋势 ꎬ 在 PEG 处理中 ꎬ 整个家族表达量下调 ꎮ 在水杨酸处理中 ꎬZmYAB5 ZmYAB13 显著上调 ꎬZmYAB1 ZmYAB6 ZmYAB7 ZmYAB9 在处理 3 h 内上调幅度明显 ꎬ 并随后回落 ꎻZmYAB9 在处理超过 12 h 后出现下调 ꎮ ABA 处理中 ꎬZmYAB1 ZmYAB2 ZmYAB6 ZmYAB9 有不同程度的上调 ꎬZmYAB7 ZmYAB10 在处理超过 6 h 后出现明显下调趋势 ꎬZmYAB5 ZmYAB13 整体为上调的趋势 ꎮ 研究结果为进一步明确该家族成员的功能奠定了基础 ꎮ 关键词 : 玉米 ꎻYABBY 家族 ꎻ 发育 ꎻ 逆境 doi: / j.nykjdb 中图分类号 :S513 文献标识码 :A 文章编号 : (2015) Characteristics and Expression Analysis of Transcription Factor YABBY Family in Maize CAO Yuꎬ LANG Zhi hong ꎬ WANG Lei ( Biotechnology Research Instituteꎬ Chinese Academy of Agricultural Sciencesꎬ Beijing ꎬ China) Abstract:YABBY gene family is a class of transcription factors widely existed in spermatophyteꎬ and involved in plant embryonic developmentꎬ lateral organ differentiationꎬ and stress responseꎬ and other biological processes. Maize YABBY family transcription factors consisted of 13 membersꎬ containing a zinc finger like domain in N terminal and a helix loop helix domain in C terminal. qrt PCR showed that the expression of YABBY family presented obvious tissue specificity and was higher in reproductive organ than that in nutritive organs except ZmYAB1. ZmYAB5ꎬ ZmYAB7ꎬ ZmYAB9 and ZmYAB13 had a relatively high overall expression levelꎬ whereas ZmYAB3ꎬ ZmYAB4 and ZmYAB8 were barely. When we analyzed maize YABBY family s response reaction to stressꎬ we discovered that in 4 environmentꎬ the expression of ZmYAB1ꎬ ZmYAB5 and ZmYAB13 decreased sharply within 3 h treatmentꎬ whereas that of ZmYAB9 increased during 24 h treatment. For NaCl treatmentꎬ the expression of whole YABBY family increased firstly and then decreased gradually. For PEG treatmentꎬ expression of the whole YABBY family decreased. For SA treatmentꎬ the expression of ZmYAB5 and ZmYAB13 increased remarkablyꎬ that of ZmYAB1ꎬ ZmYAB6ꎬ ZmYAB7 and ZmYAB9 increased significantly within 3h treatmentꎬ and then fall backꎬ whereas that of ZmYAB9 decreased when treated over 12 h. For ABA treatmentꎬ expression of ZmYAB1ꎬ ZmYAB2ꎬ ZmYAB6 and ZmYAB9 increased with different degreesꎬ whereas that of ZmYAB7 and ZmYAB10 showed obvious cut trend when treated over 6 h. Expression of ZmYAB5 and ZmYAB13 increased for the overall trend. All these data confirm the function of all YABBY family members in maize. Key words:maizeꎻ YABBY familyꎻ developmentꎻ stress 收稿日期 : ꎻ 接受日期 : 基金项目 : 国家转基因生物新品种培育重大专项 (2010ZX ) 资助 ꎮ 作者简介 : 曹宇 ꎬ 硕士研究生 ꎬ 主要从事玉米转录因子研究 ꎮ E mail: @ qq.comꎮ 通信作者 : 王磊 ꎬ 研究员 ꎬ 博士 ꎬ 主要从事小 RNA 与基因表达调控研究 ꎮ E mail:wanglei01@ caas.cnꎻ 郎志宏 ꎬ 研究员 ꎬ 博士 ꎬ 主要从事植物抗逆分子生物学研究 ꎮ E mail:langzhihong@ caas.cn

2 1 期曹宇等 : 玉米 YABBY 转录因子家族的特征及表达分析 33 转录因子 (transcription factorꎬ TF) 又称反式作用因子 ꎬ 能够与顺式作用元件发生特异性相互作用激活或抑制下游基因的表达 ꎬ 从而对干旱高盐低温激素等环境胁迫因子产生应答反应 ꎬ 并影响植物的生长发育 ꎮ 依据 DNA 结合域的不同 ꎬ 转录因子可分为 MIKC WRKY AP2 / EREB YABBY 等 50 多个家族 ꎮ YABBY 转录因子家族仅存在于种子植物中 [1] ꎬ 它在植物早期的胚胎发育至后期侧生器官的分化 ꎬ 尤其是植物组织背腹极性的建立过程中发挥着重要作用 [2] ꎮ 该家族蛋白在 N 端含有 C2C2 锌指结构域 ꎬC 端含有 YABBY 结构域 [3ꎬ4] ꎮ 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 中含有 6 个 YABBY 基因 :CRC FIL YAB2 YAB3 YAB5 以及 INOꎮ 其中 ꎬFIL YAB2 和 YAB3 能在植株整个地上部分的远轴区域特异性表达 ꎻFIL 涉及花与叶的发育 ꎬ 并与 YAB3 基因发生冗余现象 [5] ꎻ 而 CRC 与 INO 则有一定的特异性 ꎬ 前者在蜜腺及心皮的远轴端表 [6~ 达 ꎬ 后者则在胚珠发育期的外侧表达 8] ꎻYAB5 的表达模式尚待研究 ꎮ 水稻 ( Oryza sativa) 中有 8 个 YABBY 基因 ꎮ 其中 OsYAB1 基因对赤霉素 (GA) 的合成起反馈调节作用 ꎬ 主要调控赤霉素合成途径中 GA3ox2 和 GA20ox2 两个关键基 [9~ 因 11] ꎮ 落粒基因 OsYAB2 由于其启动子区和外显子区的两个缺失突变导致了该基因表达量的下降 ꎬ 最终使得野生种落粒性状消失 ꎬ 成为驯化种 [12] ꎮ OsYAB3(TOB1) 在侧面器官形成和分生组织功能方面发挥重要作用 ꎬ 它受 WOX3 基因抑制 ꎬ 且抑制 KNOX 基因的表达 [13] ꎮ OsYAB4 基因表达区域主要分布在分生组织及正在发育的维管组织中 ꎬ 尤其是在韧皮部 ꎬ 对于叶片极性建成有重要调节功能 [14] ꎮ 披叶基因 DROOPING LEAF ( OsDL) 能够促进叶中脉形成以及调节心皮的发育 [15] ꎮ YABBY 家族在拟南芥和水稻中的研究相对较多 [5ꎬ16] ꎬ 但在玉米 ( Zea mays L.) 中的研究还非常有限 ꎮ 本研究对玉米的 YABBY 家族的 13 个成员的特征及同源性进行了比较分析 ꎬ 通过 qrt PCR 对该家族成员在玉米抽穗期的组织特异性以及在 3 叶期对非生物胁迫的应答模式进行了较为系统的研究 ꎬ 以期进一步了解植物发育过程中的调控机理 ꎬ 对于揭示环境基因与植物形态三者之间的关系具有重要的意义 ꎮ 1 材料与方法 1.1 实验材料玉米自交品种综 31 为中国农业科学院生物技术研究所保存 ꎮ 本研究中使用的 NaCl PEG 购自国药集团化学试剂有限公司 ꎻ ABA 与 SA 购自 SIGMA 公司 ( 美国 )ꎻTrizol 试剂购自 Ambion 公司 ( 美国 )ꎻMS 固体粉末购自 PhytoTech 公司 ( 美国 )ꎻ 反转录试剂盒 5 All In One RT Master Mix 购自 ABM 公司 ( 加拿大 )ꎻ 实时定量 2 qrt PCR MIX 购自 TOYOBO 公司 ( 日本 )ꎮ 1.2 方法玉米 YABBY 家族组织表达特异性模板 cdna 的制备 : 取抽穗期玉米植株 ( 未散粉 ) 的根茎叶基部叶尖雄苞叶雄穗雌苞叶雌穗 ( 未授粉 ) 8 个部分 ꎬ 液氮速冻后研磨成粉末 ꎬ 用 [17] Trizol 法分别提取 RNA 并反转录为 cdnaꎬ -20 保存待用 ꎮ 使用 5 All In One RT Master Mix 进行反转录 ꎬ 反应体系为 : 反转录 Mix 2 μlꎬ RNA 模板 4 μlꎬddh 2 O 4 μlꎮ 反应条件为 :25 10 minꎬ42 15 minꎬ85 5 minꎮ 玉米 YABBY 家族 3 叶期胁迫处理表达模式模板 cdna 的制备玉米种子栽种到装满蛭石的小花盆中 ꎬ 室温培养 ꎮ 定期定量浇灌 1 / 10 MS 营养液 ꎮ 幼苗生长至三叶一芯 ꎬ 挑选长势相同的苗 ꎬ 准备逆境处理实验 ꎮ 处理条件分为以下 6 种 : 水处理 ꎻ250 mmol / L NaClꎻ20% PEGꎻ100 μmol / L ABAꎻ100 μmol / L SAꎻ4 ꎮ 每种处理需准备幼苗至少 18 棵 ꎮ 处理前 2 d 暂停浇水 ꎬ 使蛭石相对干燥 ꎮ 处理时 ꎬ 将幼苗连同小花盆一同浸入相应的处理液中 ꎬ 并开始计时 ꎮ 分别在处理后 0. 5 h 1 h 3 h 6 h 12 h 和 24 h 共 6 个时间点取 3 棵幼苗的地上部分 ꎬ 液氮速冻后提取 RNAꎬ 并反转录为 cdna ( 方法同 )ꎬ cdna 用于 qrt RNA 分析 ꎮ 荧光实时定量引物设计及反应程序参考 PlantTFDB 数据库中玉米 YABBY 家族基因 cdna 序列数据 ꎬ 利用 Oligo7.0 软件在靠近 3 端设计荧光实时定量引物 ( 表 1)ꎬT m 值控制在 60 左右 ꎬ 扩增目的片段长在 80 ~ 250 bp 之间 ꎮ 以玉米基因组 DNA 为模板 ꎬ 检验引物是否有效 ꎮ 本研究

3 34 中国农业科技导报 17 卷使用 2 qrt PCR MIX 试剂盒配置 qrt PCR 反应体系 ꎬ 并使用 ABI 公司的 7500 型实时定量仪进行荧光实时定量 PCRꎬ 每个样品平行 3 次 ꎮ 反应体系为 :2 MIX 10 μlꎬ 上下游引物各 0.4 μlꎬ 模板 0.8 μlꎬddh μlꎮ 荧光实时定量程序为 : 95 5 minꎻ sꎬ 60 1 minꎬ 40 个循环 ꎻ minꎮ 各基因引物序列见表 1ꎮ 1.3 分析方法本研究使用的数据库 : PlantTFDB ( http: / / planttfdb. cbi. pku. edu. cn / ) phytozome ( http: / / www. phytozome. net / ) MaizeGDB ( http: / / www. maizegdb. org / ) NCBI ( http: / / www. ncbi. nlm. nih. gov / )ꎻ 引物设计采用 Oligo7. 0 Primer Premier 5 软件 ꎻ 生物信息学分析采用 MEGA 5.05 DNAMAN 6ꎻ 数据分析采用 SPSS 软件 ꎮ 用 DNAMAN 对拟南芥水稻和玉米 YABBY 基因的氨基酸序列进行比对 ꎬ 用 MEGA5 软件建立了系统发育树 ( NJ 法 ꎬ1 000 次自展检测 ) [18] ꎮ 组织特异性实验中数据为相对表达量 ꎬ 以各组织中玉米肌动蛋白基因 actin1 的表达量为 1ꎮ 胁迫处理实验中以玉米肌动蛋白基因 actin1 作为内部参比基因 ꎬ 使用 ΔΔC T 法进行数据统计分析 ꎬ 使用 SPSS 软件进行显著性分析 ꎮ Table 1 表 1 qrt PCR 所用的引物序列 Primers sequence for qrt PCR amplification. 引物名称 Primer name 引物序列 Primer sequence 退火温度 ( )T m ( ) ZmYAB1 rtf 5 GTTCGATGCCGCTGTTGTAG ZmYAB1 rtr 5 ATGGGGATGCATGATTGCGA ZmYAB2 rtf 5 GGCCGGGTGTGGAAGAATT ZmYAB2 rtr 5 GCCCACCATGCCAGTAGTAA ZmYAB3 rtf 5 ATGTCTGTGCTCACCTGCAC ZmYAB3 rtr 5 TTTGGTTCGTTTCGCAGTGG ZmYAB5 rtf 5 CCTCTGTGTATCCCGGTTGC ZmYAB5 rtr 5 ACATCCAGCTCGAAATTATGTCC ZmYAB6 rtf 5 GTGATTGCCTGCGTGAGAAC ZmYAB6 rtr 5 CGGAACCTTGACGACGAAG ZmYAB7 rtf 5 GCCATCCCCAGAAAGTCCAAG ZmYAB7 rtr 5 ACCTAGGGGCATGTTCATCTCGTAC ZmYAB8 rtf 5 TAATCCCGCCGTCAACAGAC ZmYAB8 rtr 5 GGTAGCAGGCTTGTCGTCTT ZmYAB9 rtf 5 AGTTAGAGCGCGCATCAAGTAG ZmYAB9 rtr 5 TGGGATTGGAGAGGCACAAC ZmYAB10 rtf 5 TTACGGATCGAGCTCTTCGC ZmYAB10 rtr 5 GCACGCAATGCAGGATTCAT ZmYAB11 rtf 5 GGCTCACTTACCTAGGATCC ZmYAB11 rtr 5 CATCTGAAGCTAACAACGTGG ZmYAB12 rtf 5 TGTTGGATTGTACGCACCCT ZmYAB12 rtr 5 TGCAAATTATTGCACACACTACAT ZmYAB13 rtf 5 AGTTCCCTCGTTATCTCCCG ZmYAB13 rtr 5 AATATCCAGCTCGAATTATGTCC actin F 5 ACCTCACCGACCACCTAATG actin R 5 CTGAACCTTTCTGACCCAAT

4 1 期曹宇等 : 玉米 YABBY 转录因子家族的特征及表达分析 35 2 结果与分析 2.1 玉米 YABBY 家族转录因子命名对玉米水稻及拟南芥的 YABBY 家族进行了分析 ꎬ 玉米含有 13 个成员 ꎬ 水稻为 8 个成员 ꎬ 拟南芥为 6 个成员 ꎮ 根据基因通常的命名原则对玉米的 YABBY 家族成员进行了命名 ꎬ 按照 13 个成员所处的染色体号及位置从小到大排列 ꎬ 并以 ZmYAB1 至 ZmYAB13 依次命名 ( 表 2)ꎮ 2.2 生物信息学分析玉米 YABBY 家族 YABBY 家族成员在 N 端均有一个锌指结构域 ꎬ 在 C 端有一个 YABBY 结构域 ( 图 1)ꎮ 这两个结构域为 YABBY 家族的保守区域 ꎬ 且都已被证明参与 YABBY 转录因子与 DNA 的结合过程 [7ꎬ8] ꎮ ZmYAB1 与 ZmYAB12 的保守区域序列几乎完全相同 ꎬ 说明二者调控的靶序列可能具有很高的相似性 ꎮ ZmYAB4 和 ZmYAB9 的锌指结构域各有一段缺失 ꎮ ZmYAB8 在锌指结构域中有一段肽链插入 ꎬ 此段以疏水残基居多 ꎬ 可能位于蛋白质内部 ꎮ 拟南芥水稻玉米 YABBY 家族基因的进化分析表明 ( 图 2A): 双子叶植物 ( 拟南芥 ) YABBY 基因与单子叶植物 ( 玉米和水稻 ) 基因相似性较低 ꎬ 仅 AtCRC 与水稻及玉米的披叶基因 (DL) 有较高的相似性 ꎬ 而水稻和玉米的成员间却有明显的同源对应关系 ꎮ 随后比较了玉米 YABBY 成员 Table 2 表 2 YABBY 家族转录因子的命名 The nomenclature of YABBY transcription factors. 物种名 Species name 水稻 Oryza sativa 拟南芥 Arabidopsis thaliana 玉米 Zea mays L. NCBI 登录号 Accession No. in NCBI Plant TFDB 基因名 ID in Plant TFDB 基因名 Gene name NM_ BGIOSGA PA OsDL( drooping leaf 1) NM_ BGIOSGA PA OsYAB1 NM_ BGIOSGA PA OsYAB2( Shattering1) NM_ BGIOSGA PA OsYAB3( TOB1) NM_ BGIOSGA PA OsYAB4 NM_ BGIOSGA PA OsYAB5 NM_ BGIOSGA PA OsYAB6 AK BGIOSGA PA OsYAB7 NM_ AT1G AtCRC NM_ AT2G AtYAB1( FIL) NM_ AT1G AtYAB2 NM_ AT4G AtYAB3 NM_ AT1G AtYAB4( INO) NM_ AT2G AtYAB5 NM_ GRMZM2G088309_P02 ZmYAB1( DL1) NM_ GRMZM2G141955_P03 ZmYAB2 NM_ GRMZM2G167824_P01 ZmYAB3 - GRMZM2G085873_P01 ZmYAB4 NM_ GRMZM2G054795_P01 ZmYAB5 NM_ GRMZM2G116646_P02 ZmYAB6 NM_ GRMZM2G074124_P04 ZmYAB7 NM_ GRMZM2G074543_P04 ZmYAB8 BT GRMZM2G529859_P02 ZmYAB9 NM_ GRMZM2G106204_P01 ZmYAB10 NM_ GRMZM2G046829_P01 ZmYAB11 NM_ GRMZM2G102218_P01 ZmYAB12 NM_ GRMZM2G005353_P01 ZmYAB13

5 ３６中国农业科技导报１７卷图１拟南芥水稻和玉米ＹＡＢＢＹ家族成员比对Ｆｉｇ.１ＡｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅＹＡＢＢＹｆａｍｉｌｙｇｅｎｅｓｆｒｏｍＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓꎬ ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａａｎｄＺｅａｍａｙｓ. 起始密码子上游１. ５ｋｂ的序列( 图２Ｂ) ꎮ 其中ꎬ 片段的重复和易位ꎮ 图３中ꎬ１号染色体上分布ＺｍＹＡＢ３与ＺｍＹＡＢ８三对基因的相似性很高ꎬ亲其他染色体上ꎬＺｍＹＡＢ１的同源基因ＺｍＹＡＢ１２位ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３ＺｍＹＡＢ１与ＺｍＹＡＢ１２缘关系很近ꎬ表达模式可能具有一定的相似性ꎻ ＺｍＹＡＢ２与ＺｍＹＡＢ６则亲缘关系较远ꎮ 玉米与水稻中ＹＡＢＢＹ基因的同线性分析表明( 图３) :玉米与水稻ＹＡＢＢＹ成员在染色体位置分布上差异明显ꎮ 在染色体进化的过程中ꎬ染色体断裂的片段重连在其他染色体的末端ꎬ会导致有４个ＹＡＢＢＹ成员ꎬ它们都有同源基因分布在于９号染色体的末端ꎬ ＺｍＹＡＢ２的同源基因ＺｍＹＡＢ６位于３号染色体的末端ꎬ ＺｍＹＡＢ３与ＺｍＹＡＢ４的同源基因位于５号染色体的末端ꎬ推测玉米染色体在进化过程中存在着多次的重复及易位ꎬ使得ＹＡＢＢＹ家族的成员从数量到分布都有了较大的变化ꎮ

6 １期曹宇等:玉米ＹＡＢＢＹ转录因子家族的特征及表达分析３７图２拟南芥水稻玉米ＹＡＢＢＹ家族基因的进化树( Ａ) 及玉米ＹＡＢＢＹ家族启动子区序列比较( Ｂ) Ｆｉｇ.２ＰｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｏｆＹＡＢＢＹｆａｍｉｌｙｍｅｍｂｅｒｓｆｒｏｍＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓꎬ ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａａｎｄＺｅａｍａｙｓ ( Ａ) ａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｒｓａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆｍａｉｚｅＹＡＢＢＹｆａｍｉｌｙｍｅｍｂｅｒｓ ( Ｂ) 图３玉米与水稻中ＹＡＢＢＹ基因的同线性分析Ｆｉｇ.３ＳｙｎｔｅｎｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆＹＡＢＢＹｇｅｎｅｓｂｅｔｗｅｅｎｍａｉｚｅａｎｄｒｉｃｅ. 水稻８个ＹＡＢＢＹ家族成员中ꎬ目前有功能馈调节功能ꎬ 初步推测ＺｍＹＡＢ１０也具有相同 ( Ｓｈａｔｔｅｒｉｎｇ１落粒基因) ＯｓＹＡＢ３( ＴＯＢ１) ＯｓＹＡＢ４２.３玉米ＹＡＢＢＹ家族成员表达的组织特异性ＺｍＹＡＢ１ＺｍＹＡＢ１２相似性非常高ꎮ 前两者都有其组织特异性表达进行了分析 ( 图４ ) ꎬ 尽管研究的成员有５个ꎬ 分别为ＯｓＹＡＢ１ＯｓＹＡＢ２以及ＯｓＤＬ ( 披叶基因) ꎮ 其中ꎬ ＡｔＣＲＣＯｓＤＬ与影响叶脉形成的功能 [６ꎬ１５] ꎬ 推测ＺｍＹＡＢ１ＺｍＹＡＢ１２也具有相似功能ꎮ ＯｓＹＡＢ１与ＺｍＹＡＢ１０有非常高的相似性ꎬ前者对ＧＡ合成途径具有反功能ꎮ 为了研究ＹＡＢＢＹ家族基因的功能ꎬ首先对ＺｍＹＡＢ１与ＺｍＹＡＢ１２序列比较相似ꎬ推测为同源基因ꎬ 但是它们的表达模式却有很大差异ꎮ ＺｍＹＡＢ１２在雌穗中表达量很高ꎬ而ＺｍＹＡＢ１则在

7 ３８中国农业科技导报雌穗中不表达ꎬ 主要集中在叶基及雄穗中ꎮ ＺｍＹＡＢ２与ＺｍＹＡＢ６是一对同源基因ꎬ它们都主要集中在生殖器官中ꎮ 但是前者在雌穗中表达ꎬ 在雄穗中不表达ꎬ后者则刚好相反ꎮ ＺｍＹＡＢ５与１７卷达量比在叶尖高近１０倍ꎮ ＺｍＹＡＢ１０在全植株都有表达ꎬ但是在雌穗中表达量非常高( 是对照基因ａｃｔｉｎ１的１０倍以上 ) ꎮ ＺｍＹＡＢ７ＺｍＹＡＢ８和ＺｍＹＡＢ１１均主要在生殖器官中表达ꎬ但是表达量ＺｍＹＡＢ１３为同源基因ꎬ 它们的表达模式极其相差异很大ꎮ ＺｍＹＡＢ７与ＺｍＹＡＢ４的氨基酸序列有似ꎬ主要在雌穗与雄穗中表达ꎬ在根部及雌苞叶中较高的相似性ꎬ 但未检测到ＺｍＹＡＢ４的表达ꎮ 不表达ꎮ ＺｍＹＡＢ９在整个植株中都有表达ꎬ但主ＺｍＹＡＢ８与ＺｍＹＡＢ３同源ꎬＺｍＹＡＢ８表达非常低ꎬ 要集中在雌雄穗以及根部ꎬ此外ꎬ它在叶基的表ＺｍＹＡＢ３未检测到表达ꎮ 图４玉米ＹＡＢ家族基因在玉米不同组织的相对表达量( 以玉米肌动蛋白基因ａｃｔｉｎ１表达量为１) Ｆｉｇ.４ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｅｖｅｌｏｆｍａｉｚｅＹＡＢＢＹｆａｍｉｌｙｇｅｎｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｓ (ｌｅｖｅｌｏｆａｃｔｉｎ１ｗａｓｔａｋｅｎａｓ１). ２. ４玉米ＹＡＢＢＹ家族在逆境条件下的表达模式在水处理条件下ꎬ ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３在１ ~ ３ｈ有显著的下调ꎬ其余ＹＡＢ成员表达量基本不变 ( 变化差异不显著 ) ꎻ ４处理条件下ꎬ ＺｍＹＡＢ１ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３在１ ~ ３ｈ有显著的下调ꎬＺｍＹＡＢ９在处理２４ｈ后显著上调ꎮ 其余基因都有下调趋势但幅度不大ꎻ２５０ｍｍｏｌ / ＬＮａＣｌ处理条件下ꎬ家族成员在处理１ｈ时有显著的上调ꎬ随后逐渐下调ꎮ 其中ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３在３ｈ下调了１０余倍ꎬ并随后回升ꎻ２０ＰＥＧ处理条件下ꎬ家族成员表达量都有显著下调的趋势ꎬ推测主要由植物在ＰＥＧ处理过程中逐渐失水而生理活动减弱导致ꎬ说明ＹＡＢ家族成员受干旱条件抑制ꎬ 没有明显的干旱诱导现象ꎮ ＺｍＹＡＢ５ＺｍＹＡＢ１３和ＺｍＹＡＢ９３个基因随着处理时间的延长ꎬ表达量显著下调且下调幅度逐渐加大ꎬ推测它们的表达量可能与植株整体生理活动的强弱关系比较密切ꎻ１００ μｍｏｌ / ＬＳＡ处理条件下ꎬ ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３表达量上调近１０倍ꎬ ＺｍＹＡＢ１ꎬ ＺｍＹＡＢ７和ＺｍＹＡＢ９在１ ~ ６ｈ有２倍左右的显著上调ꎬ随后表达量回落ꎮ ＺｍＹＡＢ１０在处理２４ｈ时有下调表达的趋势ꎻ１００ μｍｏｌ / ＬＡＢＡ处理条件下ꎬＺｍＹＡＢ２与ＺｍＹＡＢ９随处理时间的延长表达量显著上调ꎮ ＺｍＹＡＢ１０在处理１２ｈ后表达量显著下调ꎮ ＺｍＹＡＢ１整体为上调趋势ꎬ并在６ｈ达到最大ꎮ ＺｍＹＡＢ５与ＺｍＹＡＢ１３表达量变化很剧烈ꎬ 在３ｈ内上调３倍以上ꎬ但在６ｈ下调４倍ꎬ并随后恢复到上调状态ꎮ ３讨论ＺｍＹＡＢ１与ＺｍＹＡＢ１２都是水稻披叶基因 ( ｄｒｏｐｐｉｎｇｌｅａｆ１ꎬＯｓＤＬ１) 的同源基因ꎬＺｍＹＡＢ１由于与ＯｓＤＬ１相似性更高ꎬ 所以也被命名为ＺｍＤＬ１ꎮ 在水稻中ꎬＯｓＤＬ１拥有控制叶中脉形成

8 １期曹宇等:玉米ＹＡＢＢＹ转录因子家族的特征及表达分析３９图５玉米ＹＡＢＢＹ家族转录因子成员在不同处理下的表达特性分析Ｆｉｇ.５ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＹＡＢＢＹｆａｍｉｌｙｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｕｎｄｅｒｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ. Ａ.水处理ꎻＢ.４处理ꎻＣ.ＮａＣｌ处理ꎻＤ.ＰＥＧ处理ꎻＥ.ＳＡ处理ꎻＦ.ＡＢＡ处理ꎮ 以玉米肌动蛋白基因Ａｃｔｉｎ１为内参ꎬ处理０.５ｈ时目标基因的表达量为１ꎮ 图中显示的数据为三次重复的平均值ꎬ误差线为标准差( ±ＳＤ) ꎮ Ａ. Ｈ２Ｏｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻ Ｂ. ４ｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻ Ｃ. ＮａＣｌｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻ Ｄ. ＰＥＧｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻ Ｅ. ＳＡｔｒｅａｔｍｅｎｔꎻ Ｆ. ＡＢＡｔｒｅａｔｍｅｎｔ. ＴｈｅｍａｉｚｅＡｃｔｉｎ１ｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｇｅｎｅꎬ ａｎｄｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔａｒｇｅｔｇｅｎｅｓｕｎｄｅｒ０. ５ｈｔｒｅａｔｍｅｎｔｗａｓｔｒｅａｔｅｄａｓ１. Ｅｒｒｏｒｂａｒｓ ( ± ＳＤ) ｗｅｒｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ. 以及控制花形态发育两个主要功能 [１５] ꎮ 但是ꎬ玉雌花发育的部分功能ꎮ 有趣的是ꎬＺｍＹＡＢ１２在雌米ＺｍＹＡＢ１并不在雌性生殖器官中表达ꎬ而主要穗中表达量很高ꎬ可能正是因为这对同源基因在集中在叶基部与雄穗中ꎬ推测其可能丧失了调控进化过程中表达模式的变化导致了功能的分离ꎬ

9 40 中国农业科技导报 17 卷从而使得同源基因的功能发生分化 ꎮ 此外 ꎬ ZmYAB12 在叶基也有一定的表达量 ꎬ 推测它在叶片发育过程中很可能与 ZmYAB1 基因存在功能上的冗余 ꎮ 在逆境处理实验中 ꎬ ZmYAB1 与 ZmYAB12 在 SA 处理下的表达都显示出先上调再回落的趋势 ꎬ 且 ZmYAB1 峰值早于 ZmYAB12ꎮ 在 ABA 处理中 ꎬZmYAB1 上调 ꎬ 而 ZmYAB12 表达量基本不变 ꎬ 推测 SA 与 ABA 等激素对叶片发育过程的影响比对雌花发育明显 ꎮ ZmYAB3 在本研究中并未检测到表达 ꎬ MaizeGDB 网站数据显示 ZmYAB3 主要在生殖器官中表达 ꎬ 是否由于品种差异导致还需进一步验证 ꎮ 其同源基因 ZmYAB8 仅在生殖器官中有少量表达 ꎮ 二者的氨基酸序列以及启动子上游序列的相似性都很高 ꎬ 说明功能上很可能是冗余的 ꎮ 他们与水稻中的同源基因 OsYAB3 亲缘关系比较远 ꎬ 表达模式以及功能可能会有一定的不同 ꎮ ZmYAB5 与 ZmYAB13 表达模式极其相似 ꎬ 证明二者由共同祖基因进化而来 ꎮ 它们在多种逆境处理的初期 (3h 内 ) 表达量变化显著 ꎬ 甚至在水处理条件下都有数倍的下调 ꎬ 说明二者对于环境的变化比较敏感 ꎬ 推测它们可能参与植株在环境变化初期的应答过程 ꎮ ZmYAB5 与 ZmYAB13 在 ABA 处理 6h 时发生了反常的下调现象 ꎬ 其原因有待进一步研究 ꎮ ZmYAB7 ZmYAB4 与水稻中的 OsYAB2 同源 ꎬ 其中 OsYAB2 为落粒基因 ꎮ 在高粱中 ꎬ 它们的直系同源基因 Sh1 由于突变导致表达量下降 ꎬ 最终使得野生种成为驯养种丧失落粒性状 [12] ꎮ ZmYAB7 主要在生殖器官中表达 ꎬ 但与 OsYAB2 的亲缘关系较远 ꎬ 功能可能有所不同 ꎮ 虽然 ZmYAB4 几乎丧失了表达活性 ꎬ 但参考 ZmYAB7 的表达模式以及图 2B 中的比对结果可以猜测 ZmYAB4 的祖基因可能也主要在生殖器官中表达 ꎮ 因此 ZmYAB4 很有可能行使着落粒基因的功能 : 该基因表达活性的丧失会导致玉米落粒性状的消失 ꎮ ZmYAB9 与水稻 OsYAB4 同源 ꎬ 其中 OsYAB4 对维管组织及花的发育有重要影响 ꎬ 控制侧生器官的极性建立 [14] ꎬ 这与 ZmYAB9 在组织中情况的分布一致 ꎮ 另外 ꎬZmYAB9 在根中也有一定量的表达 ꎬ 但是否会对根系发育产生影响还需要进一步研究 ꎮ 逆境处理实验中 ꎬ ZmYAB9 在 NaCl 与 PEG 处理中表达量下调 ꎬ 在 ABA 与 SA 处理下表达量上调 ꎮ 在 4 处理 24 h 基因表达量上调显著 ꎬ 这可能与此时玉米幼苗已发生冻伤有关 ꎮ ZmYAB10 与 OsYAB1 相似性很高 ꎬ 而后者对赤霉素 ( GA ) 的合成起反馈调节的作用 ꎮ ZmYAB10 在全株表达 ꎬ 在雌穗中表达量特别高 ꎬ 推测 ZmYAB10 也起着与 OsYAB1 相同的功能 ꎬ 即在花形成过程中大量表达以抑制 GA 合成 ꎬ 从而抑制营养器官的生长 ꎮ 逆境处理实验中 ꎬ 在 ABA 与 SA 处理 12h 后 ZmYAB10 开始出现下调现象 ꎬ 推测 ZmYAB10 并不受 ABA 与 SA 的直接诱导 ꎮ 可能由于 GA 与 ABA 以及 SA 有一定的拮抗作用 ꎬ 外源施加 ABA 或 SA 后 ꎬ 植物体为了维持稳态 ꎬ 内源 GA 合成量在处理一段时间后开始回升 ꎬ 因此 ZmYAB10 表现为下调 ꎮ 通过对玉米 YABBY 家族成员的组织特异性和逆境应答分析发现 ꎬ 玉米 YABBY 家族既保持了进化上的保守性 ꎬ 又具有其独特的功能 ꎬ 调控着玉米的生长发育 ꎬ 对玉米 YABBY 转录因子家族的整体分析将会对全面解析 YABBY 家族成员功能打下基础 ꎮ 参考文献 [1] Floyd S Kꎬ Bowman J L. The ancestral developmental tool kit of land plants[j]. Int. J. Plant Sci.ꎬ 2007ꎬ 168(1): [2] Bowman J L. The YABBY gene family and abaxial cell fate [J]. Curr. Opin. Plant Biol.ꎬ 2000ꎬ 3(1): [3] Kanaya Eꎬ Nakajima Nꎬ Okada K. Non sequence specific DNA binding by the FILAMENTOUS FLOWER protein from Arabidopsis thaliana is reduced by EDTA[ J]. J. Biol. Chem.ꎬ 2002ꎬ 277(14): [4] Sieber Pꎬ Petrascheck Mꎬ Barberis Aꎬ et al.. Organ polarity in Arabidopsis NOZZLE physically interacts with members of the YABBY family [ J]. Plant Physiol.ꎬ 2004ꎬ 135 ( 4 ): [5] Stahle M Iꎬ Kuehlich Jꎬ Staron Lꎬ et al.. YABBYs and the transcriptional corepressors LEUNIG and LEUNIG_HOMOLOG maintain leaf polarity and meristem activity in Arabidopsis[ J]. Plant Cellꎬ 2009ꎬ 21(10): [6] Zhang X Lꎬ Yang Z Pꎬ Zhang Jꎬ et al.. Ectopic expression of BraYAB1 702ꎬ a member of YABBY gene family in Chinese cabbageꎬ causes leaf curlingꎬ inhibition of development of shoot apical meristem and flowering stage delaying in Arabidopsis thaliana[ J]. J. Mol. Sci.ꎬ2013ꎬ 14(7) ꎬ : [7] Ha C Mꎬ Jun J Hꎬ Fletcher J C. Control of Arabidopsis leaf morphogenesis through regulation of the YABBY and KNOX families of transcription factors[ J]. Geneticsꎬ 2010ꎬ 186( 1): [8] Shamimuzzaman Mꎬ Vodkin L. Genome wide identification of

10 1 期曹宇等 : 玉米 YABBY 转录因子家族的特征及表达分析 41 binding sites for NAC and YABBY transcription factors and co regulated genes during soybean seedling development by ChIP Seq and RNA Seq[J]. BMC Genomicsꎬ 2013ꎬ 14(1): 477. [9] Toriba Tꎬ Harada Kꎬ Takamura Aꎬ et al.. Molecular characterization the YABBY gene family in Oryza sativa and expression analysis of OsYABBY1[ J]. Mol. Genet. Genomics.ꎬ 2007ꎬ 277(5): [10] Jang Sꎬ Hur Jꎬ Kim S Jꎬ et al.. Ectopic expression of OsYAB1 causes extra stamens and carpels in rice[j]. Plant Mol. Biol.ꎬ 2004ꎬ 56(1): [11] Dai Mꎬ Zhao Yꎬ Ma Qꎬ et al.. The rice YABBY1 gene is involved in the feedback regulation of gibberellin metabolism [J]. Plant Physiol.ꎬ 2007ꎬ 144(1): [12] Lin Zꎬ Li Xꎬ Shannon L Mꎬ et al.. Parallel domestication of the Shattering1 genes in cereals[ J]. Nat. Genet.ꎬ 2012ꎬ 44 (6): [13] Dai Mꎬ Hu Yꎬ Zhao Yꎬ et al.. A WUSCHEL LIKE HOMEOBOX gene represses a YABBY gene expression required for rice leaf development[ J]. Plant Physiol.ꎬ 2007ꎬ 144(1): [14] Liu Hꎬ Xu Y Yꎬ Xu Z Hꎬ et al.. A rice YABBY geneꎬ OsYABBY4ꎬ preferentially expresses in developing vascular tissue[j]. Dev. Genes Evol.ꎬ 2007ꎬ 217(9): [15] Ohmori Yꎬ Toriba Tꎬ Nakamura Hꎬ et al.. Temporal and spatial regulation of DROOPING LEAF gene expression that promotes midrib formation in rice[j]. Plant J.ꎬ 2011ꎬ 65(1): [16] Juarez M Tꎬ Twigg R Wꎬ Timmermans M C P. Specification of adaxial cell fate during maize leaf development [ J ]. Developmentꎬ 2004ꎬ 131(18): [17] Rio D Cꎬ Ares Mꎬ Hannon G Jꎬ et al.. Purification of RNA using TRIzol (TRI reagent)[j]. Cold Spring Harbor Protocolsꎬ 2010ꎬ 6: [18] Tamura Kꎬ Peterson Dꎬ Peterson Nꎬ et al.. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihoodꎬ evolutionary distanceꎬ and maximum parsimony methods[ J]. Mol. Biol. Evol.ꎬ 2011ꎬ28(10): 课题介绍课题名称 : 食品非热加工装备开发与新技术研究课题编号 :2011AA 课题内容目标 : 针对传统热加工导致食品颜色改变香气逸散口味破坏营养损失形态变化等品质劣变问题 ꎬ 以及目前非热加工装备技术滞后杀菌理论不明确杀菌后食品品质评价研究薄弱以及杀菌技术体系不完善等问题 ꎬ 开展非热加工装备开发与关键技术研究 ꎮ 重点研发超高压二氧化碳设备与技术高压脉冲电场设备与技术温度传感器及监测技术等一系列非热加工设备与高新技术 ꎬ 同时研究食品安全控制以及食品表征属性与品质识别等高新技术 ꎮ 促进非热加工技术在水产品加工罐头食品加工发酵肉制品加工及膳食纤维加工方面广泛应用 ꎬ 提高我国食品工程技术的研发能力和工程装备的制造能力 ꎮ

标题

吉林农业大学学报２０１６３８１８７９１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｈｔｔｐｘｕｅｂａｏｊｌａｕｅｄｕｃｎＥｍａｉｌｊｌｎｄｘｂｖｉｐｓｉｎａｃｏｍ神经生长因子ｍｒｎａ在鹅等级前卵泡中的表达刘璐璐隋玉健朱海洋武惠岩杨辉孙永峰吉林农业大学动物科学技术学院长春１３０１１８