干旱胁迫下水稻转录因子表达变化

2.2 干旱胁迫下水稻品种转录因子表达变化 在干旱胁迫下， 水稻 Azucena、 Bala、 DK151、 IR64、 Vandana、 Zhonghua11 分 别 有 3117、 3549、 8204、 4607、 6961、 3958 个差异表达基因。分别对这些差异基因进 行转录因子分析， 发现 Azucena 中有 83 个转录因子的 表达活性有显著性差异， 分属于 14 个转录因子家族； Bala 中有 97 个转录因子的表达活性有显著性差异， 分 属于 16 个转录因子家族； DK151 中有 173 个转录因子 的表达活性有显著性差异 ， 分属于 19 个转录因子家 族。 IR64 中有 83 个转录因子的表达活性有显著性差 异， 分属于 17 个转录因子家族； Vandana 中有 135 个转
淮安市农业委员会， 江苏淮安 223001）
摘 要： 本研究是探索在干旱应激下水稻转录因子的变化及可能的调控机制。本研究整合 GEO 数据库 中关于水稻耐旱研究的基因芯片数据， 通过 TAC 软件对基因芯片数据分析筛选出差异基因， 利用在线 数据库 DAVID 6.8 和 Plant TF DB 筛选出相应的转录因子。敏感品种有 9 个转录因子表达方向一致 （同时 上调表达的有 7 个转录因子， 下调的有 2 个转录因子） ， 耐旱品种有 34 个转录因子表达方向一致 （同时上调 表达的有 23 个转录因子， 下调表达的有 11 个转录因子） 。敏感品种和耐旱品种间有 8 个表达方向一致的 重叠转录因子。干旱胁迫会显著影响转录因子的表达， 不同水稻品种中， 这些转录因子的表达既有较强 的品种特异性， 也有部分相似性。水稻可通过诱导和抑制转录因子的表达， 来提高自身抗旱能力。 关键词： 水稻； 敏感品种； 耐旱品种； 生物信息学分析； 转录因子 中图分类号： S511.03 文献标志码： A 论文编号： casb18100015
。在干旱胁迫响应过程中， 植物感受干旱的信
号， 通过一系列信号传递使转录因子激活， 激活的转录 因子与相应的靶基因的顺式作用元件特异结合， 启动 下游特定应答基因的转录表达， 从而做出对干旱的应 激反应。目前已知 ， AP2/EREBP、 bZIP、 MYB、 NAC、 WRKY 等转录因子在受到逆境胁迫时， 转录水平被诱 导或抑制 ， 从而来影响植物适应逆境的能力
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。如
bZIP 家族的 OsbZIP16 在干旱胁迫下诱导而被激活， 提 高水稻耐旱性 。MYB 家族的 OsMYB48 通过调节胁 迫诱导 ABA 合成， 在水稻耐旱性和耐盐性上起着重要 作用 。NAC 家族的 ONAC095 在干旱和冷胁迫中发
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挥重要的作用 。但是笔者发现， 这些都是针对 1 种
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(1Jinhu County Plant Protection Station, Huaian Jiangsu 223001;
பைடு நூலகம்
Abstract: To investigate the change of transcription factors ’response to drought stress in rice and their potential regulatory mechanism, the data of gene chips on drought resistance of rice from GEO database were integrated. The differential genes were screened out by analyzing the data of gene chips with TAC software. And the relative transcription factors were selected with online database DAVID 6.8 and Plant TF DB. 9 transcription factor genes (7 up- regulated and 2 down- regulated at the transcription level) in droughttolerant varieties had the same direction of expression. Between drought- susceptible varieties and droughtaffected the expression of transcription factors obviously. In different varieties, these transcription factors had inhibiting the expression of transcription factors. 0 引言 水稻是世界上最重要的粮食作物， 世界上一半以 上的人口以水稻作为主食， 尤其在发展中国家。在农 Keywords: rice; susceptible variety; tolerant variety; bioinformatics analysis; transcription factor 业生产中， 经常会出现长时间的干旱， 能造成水稻不同 程度的减产甚至绝收， 对粮食生产造成不可估量的损 失， 从而影响粮食生产[1-2]。近年来， 利用分子生物学手 tolerant varieties, 8 overlapping transcription factors had the same direction of expression. Drought stress strong variety specificity, and some similarity. Rice can improve the drought resistance by inducing and susceptible varieties and 34 (23 up- regulated and 11 down- regulated at the transcription level) in drought-
录因子的表达活性有显著性差异， 分属于 19 个转录因 子家族； Zhonghua11 中有 101 个转录因子的表达活性 有显著性差异， 分属于 17 个转录因子家族 （表 2） 。 2.3 干旱胁迫下敏感品种与耐旱品种水稻表达的转录 因子差异分析 干旱敏感品种 Bala、 IR64、 Zhonghua11 转录因子 分析的结果表明， 有 11 个相同的转录因子， 隶属于 6 个 转录因子家族 （图 1） 。对表达活性上调或下调方向一 致的转录因子进行研究， 结果表明， 有 5 个转录因子家 族的 9 个转录因子为表达方向一致的重叠转录因子， 其中干旱胁迫诱导活性表达的有 7 个转录因子， 干旱
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达变化， 以发现在不同品种水稻上与耐旱相关的转录 因子。 1 材料与方法 1.1 材料数据 登 录 GEO(http ： ///geo) 下 载 水稻芯片数据， 数据都是研究干旱对水稻叶片基因的 表达。每个数据集均需符合以下条件： （1） 数据集来自 全基因组 RNA 表达芯片； （2） 实验研究干旱胁迫下水 稻叶片基因的表达。 1.2 研究方法 GEO 数据利用 TAC 软件进行数据分析， 选择差异 在 2 倍以上的表达基因 (P<0.05) ， 获得差异表达基因。 利用在线软件 DAVID 6.8(https:///) 对 差异基因进行 GO 功能注释及分类， 在分子功能注释 本体中找到转录因子(transcription factor)类别， 利用转 录因子数据库 Plant TF DB(. cn/) 中的水稻转录因子家族数据库， 筛选出相应的转 录因子家族。 2 结果与分析 2.1 芯片数据汇总 有 4 套芯片数据集纳入标准， 这 4 套基因芯片都是 采用 Affymetrix 公司的水稻全基因组基因芯片。本次 纳入数据分析的共有研究 6 种水稻 30 个样本， 其中水 稻 Bala、 IR64、 Zhonghua11 是 干 旱 敏 感 品 种 ， 水稻 Azucena、 DK151、 Vandana 是耐旱品种， 其基本信息见 表 1。
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或 2 种水稻而很少有在多个品种上对转录因子进行研 究， 这些转录因子在其他水稻上是否也会有相应变化， 不甚清楚。因此， 本研究整合 GEO 数据库中关于水稻 耐旱研究的基因芯片数据， 利用生物信息学方法来分 析干旱胁迫下多个敏感品种与耐旱品种间转录因子表
表 1 数据基本信息
GEO 登记号 GSE21651 GSE24048 GSE26280 GSE64576 芯片类型 Affymetrix Rice Genome Array Affymetrix Rice Genome Array Affymetrix Rice Genome Array Affymetrix Rice Genome Array 样本品种 IR64、 Vandana Azucena、 Bala DK151 Zhonghua11 样本数 8 12 6 4 设计类型 敏感型、 耐旱型 敏感型、 耐旱型 耐旱型 敏感型
对表达活性上调或下调方向一致的转录因子进行研究结果表明有12个转录因子家族的34个转录因子为表达方向一致的重叠转录因子其中干旱胁迫诱导活性表达的有23个转录因子干旱胁迫抑制表达活性的有11个转录因子这些转录因子家族有bhlherfg2likehsfmybmikcmadsmybrelatednacnfybnfyctcpwrky表3
中国农学通报 2019,35(6):108-114 Chinese Agricultural Science Bulletin
干旱胁迫下水稻转录因子表达变化
朱长保 1， 徐辰峰 2， 刘仁梅 2， 林中正 3， 成立瑞 3
2 （ 金湖县植保植检站， 江苏淮安 223001 ； 金湖县农业技术推广中心， 江苏淮安 223001 ； 1 3
朱长保等： 干旱胁迫下水稻转录因子表达变化
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段来研究植物的干旱胁迫应答分子机制， 进而通过基 因工程的途径来提高植物的耐旱性已成为研究热点， 至今已经发现了许多与干旱胁迫相关的基因 。这些 基因按作用方式可以分成两类， 一类是功能基因， 其编 码产物对水稻抗旱性直接起保护作用； 一类是调节基 因， 包括转录因子和蛋白激酶， 其编码产物起调节功能 基因的作用 。转录调控是植物对逆境胁迫产生应答 的关键步骤， 转录因子通过转录调控可以影响一系列 与逆境相关基因的表达， 从而提高植物对逆境的耐受 能力
Huaian Municipal Agricultural Commission, Huaian Jiangsu 223001)
基金项目： 江苏现代农业技术体系建设项目 “江苏 （金湖） 现代农业 （稻麦） 科技综合示范基地” (JATS[2018]125)。 第一作者简介： 朱长保， 男， 1988 年出生， 硕士， 主要从事作物栽培与植物保护工作。通信地址： 223001 江苏省淮安市金湖县神华东路 95 号 金湖县植 保植检站， Tel ： 0517-89700059 ， E-mail ： zhuchangbao2008@。 通讯作者： 刘仁梅， 女， 1978 年出生， 研究员， 硕士， 主要从事作物栽培与植物保护工作。通信地址： 223001 江苏省淮安市金湖县神华东路 95 号金湖 县农业技术推广中心， Tel ： 0517-89700078 ， E-mail ： 3420507@。 收稿日期： 2018-10-08 ， 修回日期： 2018-12-20。
Expression Change of Transcription Factors of Rice Under Drought Stress Zhu Changbao1, Xu Chenfeng2, Liu Renmei2, Lin Zhongzheng3, Cheng Lirui3
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Jinhu County Agricultural Technology Extension Center, Huaian Jiangsu 223001;