生物学

转录因子调节黄麻的应力抗性

黑暗的黄色是一种越来越有价值的韧皮纤维产量,具有多样性的用途。然而,需要品种可以耐受挑战性环境条件。孟加拉国黄麻研究所的黄麻工程基础和应用研究科学家使用分子遗传方法研究转录因子超家族的作用AP2 / ERF.在黄麻改编环境压力(涝,干旱,盐度和真菌感染)朝向显影应力的品种。他们还发现了系统发育关系,进化和基因表达AP2 / ERF.在黑暗的黄麻基因家庭。

原产于印度次大陆,黄麻是世界上最有价值的巴斯特(Stew)纤维生产植物,棉花后第二次最广泛种植和使用的天然纤维。两种栽培的黄麻 - 白色黄麻(Corchorus capsularis.)和黑暗的黄色(C. olitorius) - 黑暗的黄色是优选的,更强大,更柔软和丝线。直到最近,黄麻纤维大多用于包装,而且随着黄麻产品的多样化,对其的需求已经成长。它也越来越受到生态友好,可生物降解和可再生产品的重视。

然而,通过生物因子严重减少了舌根(土壤 - 传播的真菌病原体〜30%)Macrophomina phaseolina通过非生物胁迫(如涝,干旱和盐度)。随着适合粮食作物的土地需求不断增加,黄麻培养正在推向边缘土地。因此需要能够存活恶劣生长条件的品种。

黄麻植物上的麦科米玛娜phapolina。snehalata / shutterstock.com.
黑暗的黄麻(C. olitorius

由于植物不同群体之间的交叉不相容,传统杂种繁殖的顽固品种的发展是有限的。虽然基因工程方法提供替代育种方法,但了解有用基因家族的特定作用以及对黄麻的环境压力的调节至上。在孟加拉国黄麻研究所的Maqsudul Alam团队教授领导下的彭塞(BARJ)项目的基本和应用研究的研究人员旨在检测,表征和对转录因子超家族的功能分析,看看它是否有承诺。

植物压力反应中的转录因子
几种转录因子(TFS) - 参与植物应激反应的蛋白质 - 表征着。它们通过对其靶基因的启动子的特异性结合通过与顺式作用元件(非编码DNA区域)的特异性结合来调节基因表达。通过这种方式,TFS打开和关闭基因,以便在正确的时间和植物的寿命中以正确的方式表达它们。TFS集团以协调的方式工作,以指导植物的增长,发展和应力反应。

进化模式表明,黑暗的黄色与可可和棉花14和2200万年前分离。

转录因子超家族AP2 / ERF.已经在各种植物物种中进行了研究。它首先被确定为Apetala2.AP2)实验植物拟南芥和烟草乙烯响应因子(ERF.)。这个超级家族有四个亚属:AP2rav.ERF.Dreb.。蛋白质在Dreb.ERF.已知亚属可参与脱水或乙烯反应。然而,缺乏对这种超家族的系统调查。

转录因子通过确定基因的DNA是否转录成RNA来控制基因的活性。

研究人员首先将黄麻的基因组和蛋白质序列与研究充分的拟南芥AP2/ERF超家族基因序列及其相应的蛋白质序列进行比较。由此,119个基因(COAP2 / ERF.)的黑黄麻被认为是成员AP2 / ERF.超家庭。

仔细看看转录因子超家族AP2 / ERF.在黄麻
每个基因(基因组细胞)的现有知识表明由此产生的119种蛋白质COAP2 / ERF.基因参与了几种生物过程,包括转录调节(来自DNA的合成信使RNA)。暗黄色和拟南芥中蛋白质相互作用的研究表明,这些蛋白质主要参与了寒冷的调节途径,也可能参与耐旱性。

效果AP2 / ERF.分析了对环境压力的黄麻适应基因,以提高我们对机制的理解。

将三周大的黄麻幼苗进行涝,真菌,干旱和盐胁迫,然后使用45天的植物用于感兴趣的基因的组织特异性表达分析。表达式AP2 / ERF.在开发过程中的基因及其在应激中的作用是使用RNA-SEQ,一种用于基因表达研究的测序技术的表征。使用热图技术可视化来自植物(叶,韧皮纤维和茎)和生殖(花卉和水果)的生殖(花和水果)开发阶段的RNA-SEQ数据。

表达谱分析(测量基因的活性以获得其细胞功能的全局图)揭示了119个基因中的78个COAP2 / ERF.鉴定的基因在至少一个植物器官的应激期间被激活。通过定量实时PCR分析证实了它们的表达,一种监测靶向DNA分子的扩增的技术。这表明,在78个活化基因中,3显示出伴随着涝渍的增加的活性,并且在盐度和干旱胁迫下的植物中存在阳性作用。

棉花(棉花型草本植物)。

使用计算机仿真构造一个模型COAP2 / ERF.蛋白质由其氨基酸序列和一个相关蛋白质的实验三维结构(同源建模),预测结构COAP2 / ERF.被发现是一致的。随着蛋白质 - 蛋白质相互作用网络(细胞中蛋白质之间的物理接触的数学表示),这为研究这些蛋白质的分子调节提供了基础。

在启动子区内的基因上游发现的顺式调节元件并用作TFS的结合位点具有重点作用,用于确定组织特异性和应激响应性基因表达。Dreb.基因更有可能调节压力反应,而ERF亚家族通常与植物激素调节有关。在黄麻,三种干旱应激,冷应力,热应激,盐胁迫和伤口应激性CIS调节元素中发现于启动子区CODREB.基因。

可以探讨在提高植物抵抗力的情况下探索用于涝渍,盐度和干旱胁迫的基因。

演变AP2 / ERF.黄麻的基因
的保守域(一个重复出现的单位)的系统发育重建AP2 / ERF.帮助确定了进化关系COAP2 / ERF.基因。用来自黄麻和147的119个基因构建系统发育树AP2 / ERF.拟南芥的基因。这些被聚集成具有共同祖先的片状或分组。进一步的分析将ERF型型材分成十个亚洲亚洲拟南芥中的基因分类。这些亚克士中的四个亚家族和ERF亚家族中的六个。

可可植物。

生物体中的基因重复产生遗传多样性,也可能导致功能性分歧。串联复制使基因簇和节段性重复使得最终扩大基因家族的同源基因。重复基因的表达分析可以提供有关其功能的信息。在这项关于黄麻的研究中,重复分析发现了三个串联和八个分段重复产生的古代复制事件。显然,这些超家族基因的功能已经扩大和增强。

识别进化模式COAP2 / ERF.基因,比较正交分析(在物种事件发生后发现的基因)是在麦芽糖的三种物种中进行的,棉花暗黄色黄色黄齿(G. Raimondii.)和可可(Theobroma Cacao.)。结果表明,分别与可可和棉花14至2200万年以上的黑暗。

总之,这些结果有助于对这一潜在有用的基因家族进行分类,并对进展的演变提供洞察力AP2 / ERF.基因。研究人员还鉴定了一些候选基因,用于在改善植物阻力方面探讨的黄麻中的待涝,盐度和干旱胁迫。

爱摇滚/ Shutterstock.com

个人反应

你想在黄麻中添加这个超级家庭的激素响应吗?

AP2 / ERF.转录因子参与激素信号和激素介导的应激反应。非生物胁迫通常由植物激素引发,其激活各种生理过程。脱落酸和乙烯是响应非生物胁迫和调节而产生的重要胁迫激素AP2 / ERF.介断的应力响应。同样有些AP2 / ERF.S与胃纤维素,细胞素素和芸苔类化合物激素介导的生长和发育过程相关。就这样AP2 / ERF.转录因子家族被出现为几种非生物胁迫的关键调节因子,并响应多种激素。但是,角色AP2 / ERF.在黑暗中调节植物激素信号传导的基因仍然未知,是未来研究的关键领域。

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