ERF转录因子调控杨树叶片形态构建的功能分析

作者：王升级; 周猎鼎; 胡佳; 金霞; 党慧; 赵凯; 韩有志^*

来源：植物生理学报, 2023, 59(06): 1157-1168.

DOI：10.13592/j.cnki.ppj.100514

• ERF转录因子
• 杨树
• 叶片发育
• 组织特异性表达
• ERF194

ERF转录因子在植物生长发育及逆境胁迫应答过程中发挥着重要的调控功能,但关于ERF转录因子调控杨树叶片大小发育的功能及作用机制尚不清楚。本研究通过生物信息学筛选获得杨树ERF＿II亚族转录因子15个,根据其氨基酸序列特征进一步分为A和B两组, A组成员第77位为丙氨酸-A,含有Motif 4、Motif 6元件及2个UTR区域;而B组成员第77位为苏氨酸-T或者异亮氨酸-I并含有特异的Motif 5。基因片段重复分析表明杨树ERF＿II亚族存在7对基因片段重复;基因共线性分析结果显示8个ERF＿II亚族转录因子与11个拟南芥基因存在21对片段重复,说明ERF＿II亚族转录因子之间存在基因功能冗余。基因组织特异性表达模式分析表明Potri.002G085600、Potri.005G176000、Potri.006G138700、Potri.018G047300和Potri.006G138800等5个基因在根中表达量最高; Potri.018G038100 (ERF194)在叶中表达量最高; Potri.014-G025200和Potri.002G124000在茎中表达量最低。表达相关性分析结果显示Potri.006G138700、Potri.006G138800、Potri.006G218200和Potri.018G047300等4个基因以Potri.006G138700为中枢存在显著相关性, Potri.002G085600与Potri.005G176000表达存在相关性。基因功能注释分析显示15个ERF＿II亚族转录因子基因均在细胞组成中发挥着作用,说明其具有组织特异性。叶片大小及生理指标分析结果显示OX株系叶片明显小于非转基因对照, OX叶片鲜重和干重亦小于WT,但并未达到显著差异,而OX比叶重大于WT,说明OX的叶片厚度的增加弥补了面积减小对其重量的影响; OX株系叶片颜色更深,叶绿素含量明显大于WT;而RNAi与WT差异不明显。说明ERF194的抑制表达对于杨树片叶的发育并无明显影响,其功能可能与ERF＿II亚族其他转录因子存在冗余或互补。本研究揭示了ERF＿II亚族转录因子成员之间存在基因功能冗余,并且在调控杨树叶片大小生长过程中发挥着重要的作用。尤其是ERF194的过量表达显著抑制了叶片的发育,为后期系统揭示植物ERF＿II亚族转录因子功能及作用机制提供了重要理论支撑,为培育转基因杨树新品种提供了材料基础。

• 单位
  山西农业大学; 内蒙古农业大学