蜀葵ArbHLH148 基因克隆与表达分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.09.013

摘要/Abstract

摘要： 为解析蜀葵ArbHLH148基因在雄蕊瓣化中的功能，以红色重瓣蜀葵花朵为试材，结合转录组数据，采用逆转录PCR方法克隆了ArbHLH148基因，并对其序列特征和表达特性进行了分析。结果表明，ArbHLH148基因cDNA序列全长为672 bp，该基因与树棉bHLH148转录因子基因具有80%的一致性（E值为1e-119）。在系统进化上，ArbHLH148与拟南芥AtbHLH147、AtbHLH148、AtbHLH149、AtbHLH150关系很近，而且其具有典型的碱性螺旋-环-螺旋保守结构域（Basic helix‑loop‑helix，bHLH）。氨基酸序列预测显示，该蛋白质是位于细胞核内的亲水性蛋白，也是没有跨膜区的非分泌蛋白。组织特异性表达分析显示，ArbHLH148 及其功能相关基因ArIAA1、ArARF8、ArTIR1 在萼片、花瓣、雄蕊和瓣化雄蕊中均有表达，但其在雄蕊中的表达量相对较多，在花瓣、瓣化雄蕊中的表达量依次减少，这与生长素信号相关基因ArIAA1、ArARF8、ArTIR1在雄蕊、花瓣、瓣化雄蕊中的表达模式及生长素含量变化相似。表明ArbHLH148基因和生长素信号相关基因的表达差异可能是产生雄蕊瓣化的原因。

关键词: 蜀葵, ArbHLH148, 基因克隆, 序列分析, 表达分析, 雄蕊瓣化

Abstract: In order to analyze the function of ArbHLH148 gene in stamen petalization，ArbHLH148 gene was cloned by RT‑PCR from red double‑petaled hollyhock flowers combined with transcriptome data，and its sequence characteristics and expression characteristics were analyzed.The results showed that the full length of cDNA sequence of ArbHLH148 was 672 bp，which was 80% consistent with the bHLH148 transcription factor gene of Gossypium arboretum（E value=1e-119）. The ArbHLH148 had the closest evolutionary relationship with AtbHLH147，AtbHLH148，AtbHLH149 and AtbHLH150 by phylogenetic analysis，and also had a typical basic helix‑loop‑helix（bHLH）conservative domain. The ArbHLH148 protein sequence prediction showed that the protein was a hydrophilic protein located within the nucleus and a non‑secreted protein without a transmembrane domain. Tissue‑specific expression analysis showed that ArbHLH148 and its functionally related genes ArIAA1，ArARF8 and ArTIR1 were expressed in sepals，petals，stamens and petaloid stamens，but its expression was higher relatively in stamens，and decreased sequentially in petals and petaloid stamens，which was similar to the expression pattern of auxin signal‑related genes ArIAA1，ArARF8 and ArTIR1 and auxin content changes in stamens，petals and petaloid stamens.These results suggest that differential expression of ArbHLH148 gene and auxin signal‑related genes may be responsible for stamen petalization.

Key words: Alcea rosea L., ArbHLH148, Gene cloning, Sequence identification, Expression analysis, Stamen petalization

中图分类号:

S682.1⁺62

高文, 闫庚洋, 左俊凯, 许乐, 侯蕊利, 景其昌, 任昊. 蜀葵ArbHLH148 基因克隆与表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(9): 133-140.

GAO Wen, YAN Gengyang, ZUO Junkai, XU Le, HOU Ruili, JING Qichang, REN Hao. Cloning and Expression Analysis of ArbHLH148 Gene in Alcea rosea L.[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2023, 52(9): 133-140.

参考文献

［1］黄倩茹，刘晓慧，张爱冬，等. MYB基因家族研究进展［J］.江西农业学报，2022，34（2）：146‑153，159.
HUANG Q R，LIU X H，ZHANG A D，et al.Research progress of MYB gene family［J］.Acta Agriculturae Jiangxi，2022，34（2）：146‑153，159.
［2］王力伟，房永雨，刘红葵，等.bHLH转录因子的研究进展［J］.畜牧与饲料科学，2020，41（1）：23‑27.
WANG L W，FANG Y Y，LIU H K，et al.Research progress of bHLH transcription factors［J］.Animal Husbandry and Feed Science，2020，41（1）：23‑27.
［3］任永娟，王东姣，苏亚春，等.植物WRKY转录因子：结构、分类、进化和功能［J］.农业生物技术学报，2021，29
（1）：105‑124.
REN Y J，WANG D J，SU Y C，et al.Structure，classification，evolution and function of plant WRKY transcription factors［J］.Journal of Agricultural Biotechnology，2021，29（1）：105‑124.
［4］王莹，穆艳霞，王锦.MADS-box基因家族调控植物花器官发育研究进展［J］.浙江农业学报，2021，33（6）：1149‑1158.
WANG Y，MU Y X，WANG J.Research progress of floral development regulation by MADS‑box gene family［J］.Acta Agriculturae Zhejiangensis，2021，33 （6）：1149‑1158.
［5］张计育，渠慎春，郭忠仁，等.植物bZIP转录因子的生物学功能［J］.西北植物学报，2011，31（5）：1066‑1075.
ZHANG J Y，QU S C，GUO Z R，et al.Biology function of bZIP transcription factors in plants［J］.Acta Botanica
Boreali‑Occidentalia Sinica，2011，31（5）：1066‑1075.
［6］荣欢，任师杰，汪梓坪，等.植物NAC转录因子的结构及功能研究进展［J］.江苏农业科学，2020，48（18）：44‑53.
RONG H，REN S J，WANG Z P，et al.Research progress on structure and function of plant NAC transcription factors［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2020，48（18）：44‑53.
［7］许世达，耿兴敏，王露露.植物乙烯响应因子（ERF）的结构、功能及表达调控研究进展［J］.浙江农林大学学报，2021，38（3）：624‑633.
XU S D，GENG X M，WANG L L.A review of the structure，function and expression regulation of ethylene response factors（ERF）in plant［J］.Journal of Zhejiang A&F University，2021，38（3）：624‑633.
［8］王景超.植物TCP家族基因的研究进展［J］.农业与技术，2021，41（18）：63‑66.
WANG J C.Research progress of plant TCP family genes［J］.Agriculture and Technology，2021，41（18）：63‑66.
［9］秦文斌，戴忠良，山溪，等.甘蓝冷胁迫相关基因BobHLH18克隆与表达分析［J］.江苏农业学报，2019，35（1）：149‑156.
QIN W B，DAI Z L，SHAN X，et al.Molecular cloning and expression analysis of cold stress‑related gene BobHLH18
in cabbage（Brassica oleracea var.capitata L.）［J］.Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2019，35（1）：149‑156.
［10］LI X X，DUAN X P，JIANG H X，et al.Genome‑wide analysis of basic/helix‑loop‑helix transcription factor family in rice and Arabidopsis［J］.Plant Physiology，2006，141（4）：1167‑1184.
［11］TOLEDO‑ORTIZ G，HUQ E，QUAIL P H.The Arabidopsis basic/helix‑loop‑helix transcription factor family［J］.The Plant Cell，2003，15（8）：1749‑1770.
［12］ZHANG T T，LÜ W，ZHANG H S，et al.Genome‑wide analysis of the basic Helix‑Loop‑Helix（bHLH）transcription factor family in maize［J］.BMC Plant Biology，2018，18（1）：235.
［13］SUN H，FAN H J，LING H Q.Genome‑wide identification and characterization of the bHLH gene family in tomato［J］.BMC Genomics，2015，16（1）：9.

［14］NI L J，WANG Z Q，FU Z K，et al.Genome‑wide analysis of basic Helix‑loop‑Helix family genes and expression analysis in response to drought and salt stresses in Hibiscus hamabo Sieb.et Zucc［J］.International Journal Molecular Sciences，2021，22（16）：8748.

［15］JING D L，CHEN W W，XIA Y，et al.Homeotic transformation from stamen to petal in Eriobotrya japonica is associated with hormone signal transduction and reduction of the transcriptional activity of EjAG［J］.Physiologia Plantarum，2020，168（4）：893‑908.
［16］WU Y Y，WU S H，WANG X Q，et al.Genome‑wide identification and characterization of the bHLH gene family in an ornamental woody plant Prunus mume［J］.Horticultural Plant Journal，2022，8（4）：531‑544.
［17］VARAUD E，BRIOUDES F，SZECSI J，et al.AUXIN RESPONSE FACTOR8 regulates Arabidopsis petal growth by interacting with the bHLH transcription factor BIGPETALp［J］.The Plant Cell，2011，23（3）：973‑983.
［18］WU H H，REN Z Y，ZHENG L，et al.The bHLH transcription factor GhPAS1 mediates BR signaling to regulate plant development and architecture in cotton［J］.The Crop Journal，2021，9（5）：1049‑1059.
［19］ZHU J H，XIA D N，XU J，et al.Identification of the bHLH gene family in Dracaena cambodiana reveals candidate genes involved in flavonoid biosynthesis［J］.Industrial Crops and Products，2020，150：112407.
［20］SUN X，WANG Y，SUI N.Transcriptional regulation of bHLH during plant response to stress［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2018，503（2）：397‑401.
［21］秦文斌，山溪，张振超，等.甘蓝BobHLH121基因克隆、亚细胞定位及表达分析［J］.南方农业学报，2021，52（12）：3320‑3329.
QIN W B，SHAN X，ZHANG Z C，et al.Cloning，subcellular localization and expression analysis of BobHLH121 gene from Brassica oleracea L.［J］.Journal of Southern Agriculture，2021，52（12）：3320‑3329.
［22］赵印泉，刘青林.重瓣花的形成机理及遗传特性研究进展［J］.西北植物学报，2009，29（4）：832‑841.
ZHAO Y Q，LIU Q L.Research advances in the formation mechanism and genetic characters of double flowers［J］.Acta Botanica Boreali‑Occidentalia Sinica，2009，29（4）：832‑841.
［23］GAO W，ZHENG W，BAI J M，et al.Transcriptome analysis in Alcea rosea L. and identification of critical genes involved in stamen petaloid［J］.Scientia Horticulturae，2022，293：110732.
［24］SONG S S，QI T C，HUANG H，et al.Regulation of stamen development by coordinated actions of jasmonate，auxin，and gibberellin in Arabidopsis［J］.Molecular Plant，2013，6（4）：1065‑1073.
［25］ACOSTA I F，PRZYBYL M.Jasmonate signaling during Arabidopsis stamen maturation［J］.Plant and Cell Physiology，2019，60（12）：2648‑2659.
［26］TABATA R，IKEZAKI M，FUJIBE T，et al.Arabidopsis auxin response factor6 and 8 regulate jasmonic acid biosynthesis and floral organ development via repression of class 1 KNOX genes［J］.Plant and Cell Physiology，2010，51（1）：164‑175.
［27］QI T C，HUANG H，SONG S S，et al.Regulation of jasmonate‑mediated stamen development and seed production by a bHLH‑MYB complex in Arabidopsis［J］.The Plant Cell，2015，27（6）：1620‑1633.
［28］宋粉鲜，陈世文.统计学基础［M］.北京：现代教育出版社，2011.
SONG F X，CHEN S W.Fundamentals of statistics［M］.Beijing：Moderm Education Press，2011.
［29］HEIM M A，JAKOBY M，WERBER M，et al.The basic helix‑loop‑helix transcription factor family in plants：A genome‑wide study of protein structure and functional diversity［J］.Molecular Biology and Evolution，2003，20（5）：735‑747.
［30］HUANG T B，IRISH V F.Gene networks controlling petal organogenesis［J］.Journal of Experimental Botany，2016，67（1）：61‑68.
［31］BENKOVA E，MICHNIEWICZ M，SAUER M，et al.Local，efflux‑dependent auxin gradients as a common module for plant organ formation［J］.Cell，2003，115（5）：591‑602.
［32］SESSIONS A，NEMHAUSER J L，McCALL A，et al.ETTIN patterns the Arabidopsis floral meristem and reproductive organs［J］.Development，1997，124（22）：4481‑4491.
［33］GUAN Y X，DING L，JIANG J F，et al.The TIFY family protein CmJAZ1‑like negatively regulates petal size via interaction with the bHLH transcription factor CmBPE2 in Chrysanthemum morifolium［J］.The Plant Journal，2022，112（6）：1489‑1506.

[1]	姚帅涛, 吴文静, 王少瓷, 詹为民, 刘通, 姜良良, 杨建平. 玉米ZmHY5和ZmHY5L基因的克隆及其转录丰度对不同光质处理的响应[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 26-35.
[2]	赵文影, 张云静, 白小飞, 孙玉洁, 郭玲花, 黄柏成, 田克恭. 猪细小病毒BJ2 株的分离鉴定及全基因组序列分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 136-144.
[3]	崔小月, 尚泓泉, 吕中伟, 娄玉穗, 张柯. 欧洲葡萄VvCAX 基因家族的鉴定与表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 113-123.
[4]	杨翠凤, 滕峥, 韦春, 刘正鲁. 百香果苯丙氨酸解氨酶基因PePAL克隆及表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 100-108.
[5]	谢羽恬, 张新业, 苏彦苹, 吴双, 张泽银, 褚卓栋, 冯雪, 孙艳香. 猕猴桃多胺氧化酶基因家族的鉴定及表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 109-119.
[6]	鲁丹丹, 谭政委, 杨红旗, 李磊, 余永亮, 许兰杰, 杨青, 梁慧珍. 红花查尔酮合成酶基因的克隆、结构及表达分析[J]. 河南农业科学, 2022, 51(9): 56-67.
[7]	白天亮, 李杰, 冉杰, 杨辉, 乔承彬, 李培富, 田蕾. 水稻产量构成因素QTL 精细定位的研究进展[J]. 河南农业科学, 2022, 51(8): 1-8.
[8]	黄正阳, 陈宇婧, 黄克, 冷超粮, 刘阳坤, 姚伦广, 李娜. 猪A组轮状病毒HN2019-01株的分离鉴定及VP6基因序列分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(6): 125-133.
[9]	苏文文, 吴迪, 韩振诚, 李良良, 李苇洁, 任春光. 贵州猕猴桃果实腐烂病病原菌鉴定及分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(3): 97-102.
[10]	杨立均, 鲁雅雯, 丁超, 金维环, 郭红祥. 烟草HPL基因的生物信息学分析与抗逆功能分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(2): 50-57.
[11]	孟亚轩, 孙颖琦, 赵心月, 王凤霞, 瓮巧云, 刘颖慧. 主要禾本科作物ASR 基因家族全基因组鉴定及表达分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(12): 10-22.
[12]	刘艳阳, 武轲, 梅鸿献, 杜振伟, 崔承齐, 江晓林, 郑永战. 芝麻抗裂蒴基因SiIND1的克隆与原核表达[J]. 河南农业科学, 2020, 49(5): 63-68.
[13]	宫思宇, 于越, 郭冬雪, 杜亚琳, 郝宁, 武涛. 黄瓜蜡质合成相关基因CsCER4的克隆与表达分析[J]. 河南农业科学, 2020, 49(4): 101-106.
[14]	崔筱, 刘芹, 段亚魁, 康源春, 孔维威, 张玉亭, 袁瑞奇, 孔维丽 . 平菇种质资源的遗传多样性分析[J]. 河南农业科学, 2020, 49(3): 138-144.
[15]	李任建, 申哲源, 李旭凯, 韩渊怀, 张宝俊. 谷子NBS-LRR类基因家族全基因组鉴定及表达分析[J]. 河南农业科学, 2020, 49(2): 34-43.