杜鹃花ARFs转录因子RmARFgn的克隆和生物信息学分析

李菲

（贵州师范大学，贵州贵阳550001）

杜鹃花ARFs转录因子RmARFgn的克隆和生物信息学分析

李菲

（贵州师范大学，贵州贵阳550001）

生长素是重要的植物激素，参与调控植物生长、发育和器官分化等几乎所有生理过程。生长素响应因子家族是生长素发挥调控功能的重要基因，在生长素信号传导过程中起重要的作用。从百里杜鹃景区广泛种植的高山杜鹃中克隆了一个ARF类转录因子基因，命名为RmARFgn。该基因编码蛋白含700个氨基酸，与水稻生长素早期响应基因OsARF1高度相似。通过调控RmARFgn基因在杜鹃花内的表达，可以控制杜鹃花的花期和器官形态。该研究为杜鹃花的发育调控打下了基础。

杜鹃花；花器官；ARF转录因子

生长素是植物生长的重要调控因子，影响植物生长、发育和分化的几乎所有生理过程。在整个植株上，生长素会影响植物的顶端生长，生长素浓度高的部位生长较快。生长素也影响植物的向性运动、根冠发育、侧根形成和花器官的发生等，这些是生长素对植物性状的影响。其在细胞水平上的基础是生长素会调控植物细胞的伸长、分化和分裂，决定细胞组成的组织和器官的性质。更进一步，在分子水平上，生长素功能的发挥是由一系列生长素信号的接收、传导直到最终调控功能基因的表达过程。在这个生长素信号传导的过程中，生长素响应因子家族是一类关键的转录因子。ARFs转录因子可以与功能基因启动子区域的生长素响应元件结合，来调控功能基因的表达。

杜鹃花是我国的传统名花，不仅广泛用作园林栽培观赏植物，也具有较高的经济价值，可供食用和药用。在政府的引领和大力支持下，贵州省百里杜鹃景区名扬海内外，带来了巨大的经济效益。加大对杜鹃花的基础研究，掌握调控杜鹃花发育的理论基础和技术能力，对景区的持续发展具有重要的意义。本研究克隆了一个杜鹃花的生长素响应因子基因，命名为RmARFgn。该基因编码蛋白含700个氨基酸，与水稻生长素早期响应基因OsARF1高度相似。结构域分析发现，RmARFgn基因含有ARF转录因子特征性的DNA结合结构域B3，是典型的ARF转录因子。通过调控RmARFgn基因在杜鹃花内的表达，可以控制杜鹃花的花期和器官形态，该研究为杜鹃花的发育调控打下了基础。

1 材料与方法

1.1 杜鹃花RmARFgn基因的克隆

我们克隆基因所使用的材料是百里杜鹃景区广泛栽培的高山杜鹃。采集幼嫩枝条，温室扦插成活；然后采集叶片，提取RNA，反转录成cDNA，用来克隆基因。PCR使用药品为全式金公司的2×EasyTaq PCR SuperMix，货号AS111-01。

1.2 杜鹃花RmARFgn基因的生物信息学分析

拟南芥以及水稻、玉米、苹果的ARF基因序列下载自Genbank数据库。ARFs基因的系统进化树是利用GNAman软件根据neighbor joining方法构建。RmARFgn基因的结构域分析是利用网上分析软件SMART进行的。

2 结果与分析

2.1 杜鹃花RmARFgn基因的克隆

使用根据拟南芥花器官形态关键基因ARF3序列设计的引物，我们从百里杜鹃景区广泛种植的高山杜鹃中克隆到了一个ARF基因，命名为RmARFgn。

经切胶、回收、测序，发现该基因编码区长度为2103 bp，编码蛋白质氨基酸长度为700个氨基酸。见图1、图2。

图1 RmARFgn基因的克隆

2.2 RmARFgn基因的进化分析

我们从Genbank数据库下载了玉米、水稻和苹果已知的ARF基因的序列，与杜鹃花的RmARFgn基因进行比对，见图3。

杜鹃花RmARFgn基因与水稻的ARF1高度相似且同源。水稻ARF1是水稻中第一个克隆并进行功能研究的生长素响应基因，处于生长素信号传导的上游。外源施加生长素之后，15～30 min内水稻中ARF1的mRNA水平就会出现明显的上涨。

图2 RmARFgn基因的氨基酸序列

图3 构建系统进化树图

3 结论

杜鹃花既是重要的观赏作物，也具有极大的经济价值。发展花卉产业，是践行习总书记提出的“坚守生态和发展两条底线”的必由之路。加大对杜鹃花生长的基础研究，可以为花卉产业的持续发展奠定重要的基础。

我们从百里杜鹃景区广泛种植的高山杜鹃中克隆了一个ARF类转录因子基因，命名为RmARFgn。该基因编码蛋白含700个氨基酸，与水稻生长素早期响应基因OsARF1高度相似。结构域分析发现RmARFgn基因含有ARF转录因子特征性的DNA结合结构域B3，是典型的ARF转录因子。通过调控RmARFgn基因在杜鹃花内的表达，可以调控杜鹃花的花期和器官形态。下一步我们计划进一步开发杜鹃花的转基因平台，研究RmARFgn的功能，尝试将RmARFgn基因应用于花卉产业的可能。

1005-2690（2017）07-0053-02

Q943

A

2017-06-15）

李菲（1985-），男，汉族，山东曲阜人，博士，讲师，从事植物生理与发育调控研究。