白桦BpPIN3基因启动子序列及应答特性分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.04.009

摘要/Abstract

摘要：

PIN蛋白家族作为植物中重要的生长素外排载体家族，在植物生长和发育过程中表现出广泛的生理效应。为了进一步了解BpPIN3的功能，探究其在白桦（Betula platyphylla）发育过程中及其对不同激素信号和非生物胁迫的响应，采用生物信息学方法分析白桦BpPIN3启动子序列。以1年生和2年生白桦无性系苗木的根、茎、叶和顶芽为材料进行组织部位表达模式分析。以白桦幼苗为材料，用100 μmol·L^-1生长素（IAA）、100 μmol·L^-1赤霉素（GA₃）、200 μmol·L^-1脱落酸（ABA）和长光照条件下分别进行激素诱导和光胁迫处理，并取激素处理后0、2、4、8、16、24、48 h以及光胁迫后0、1、3、6，12、24、48、72 h时的白桦叶片和根提取RNA，利用qRT-PCR技术分析BpPIN3基因的表达情况。结果显示：BpPIN3启动子序列包含赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等不同类型的生长素响应元件，以及多个与逆境相关的顺式调控元件。BpPIN3在不同生长年份白桦的多个组织部位都有表达，尤其在叶片中表达量较高，并且所有组织部位中BpPIN3第二年的表达量均高于第一年。BpPIN3基因在不同处理条件下，不同部位间的相对表达量的变化存在一定差异，IAA及GA能够诱导白桦叶片组织细胞中的BpPIN3上调表达；而在ABA处理下除16、48 h外，BpPIN3基因表现出与IAA处理下相反的表达模式。在根组织中，IAA、GA₃及ABA均能诱导BpPIN3的表达。在叶片组织中，遮光胁迫诱导了BpPIN3基因的表达；在根组织中，随着处理时间的推移，12 h开始BpPIN3基因的相对表达量均显著高于对照（0 h）。根据试验结果，推测BpPIN3基因在白桦生长发育过程，以及IAA、GA₃和ABA信号转导途径和植物光响应过程中发挥重要调控作用。

关键词: 白桦, BpPIN3基因, 植物激素, 光响应

Abstract:

As an important auxin efflux carrier family in plants， PIN protein family shows extensive physiological effects in plant growth and development. In order to further understand the function of BpPIN3 and explore its response to different hormone signals and abiotic stresses during Betula platyphylla development，the BpPIN3 promoter sequence was analyzed by bioinformatics methods. Tissue expression patterns of roots， stems， leaves and apical buds of annual and biennial B. platyphylla clones were analyzed respectively. The seedlings were used as conduct hormone induction and light stress treatment with 100 μmol·L^-1 auxin^{（IAA）， 100 μmol·L^-1 gibberellin（GA₃）， 200 μmol·L^-1 abscisic acid（ABA） and long light conditions， respectively. RNA was extracted from leaves and roots of B. platyphylla at 0， 2， 4， 8， 16， 24 and 48 h after hormone treatment and at 0， 1， 3， 6， 12， 24， 48 and 72 h after light stress， and qRT-PCR was used to analyze the expression of BpPIN3. The results showed that the BpPIN3 promoter sequence contained different types of auxin response elements such as gibberellin， abscisic acid， and methyl jasmonate， as well as multiple stress-related cis-regulatory elements. BpPIN3 was expressed in many tissues of birch in different growth years， especially in leaves， and the expression of BpPIN3 in the second year was higher than that in the first year. The relative expression of BpPIN3 gene was different in different parts under different treatment conditions. IAA and GA₃ could induce the up-regulation of BpPIN3 expression in leaf. Under ABA treatment， except for 16 and 48 h， the expression pattern of BpPIN3 gene was opposite to that under IAA treatment. IAA， GA₃ and ABA could induce the expression of BpPIN3 in root， but shading stress induced the expression of BpPIN3 gene in leaf， the relative expression of BpPIN3 gene was significantly higher than that of the control（0 h） from 12 h in root， IAA， GA₃ and ABA could induce the expression of BpPIN3 in root， shading stress induced the expression of BpPIN3 gene in leaf； the relative expression of BpPIN3 gene was significantly higher than that of the control （0 h）from 12 h in root. The results suggested that BpPIN3 gene played the important regulatory role in the growth and development of B. platyphylla，and the signal transduction pathways of IAA， GA₃and ABA and plant light response.}

Key words: Betula platyphylla, BpPIN3, plant hormones, light response

中图分类号:

S792.153

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图/表 5

表1

图1

图2

图3

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参考文献 57

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顺式作用元件 Cis-acting element	核心序列 Core sequence	数量 Number	功能 Function
ABRE	ACGTG	7	ABA响应元件 Responsive to ABA
ARE	AAACCA	1	厌氧诱导的必须调控元件 Regulatory element essential for anaerobic induction
BOX4	ATTAAT	1	光响应元件 Light responsive element
CAAT-box	CAAT	35	顺式作用元件 cis-acting element
CCAAT-box	CAACGG	1	MYBHv1结合位点 MYBHv1 binding site
CGTCA-motif	CGTCA	1	MEJA顺式作用调节元件 MEJA cis-acting regulatory element
G-box	CACGTT	7	光响应元件 Light responsive element
GARE-box	TCTGTTG	2	赤霉素反应元件 Gibberellin-responsive element
GT1-motif	GGTTAA	2	光响应元件 Light responsive element
HD-Zip 3	GTAAT（G/C）ATTAC	1	蛋白结合位点 Protein binding site
LTR	CCGAAA	2	低温响应顺式作用元件 Low-temperature responsiveness cis-acting element
MBS	CAACTG	1	MYB结合位点参与干旱诱导MYB binding site involved in drought-inducibility
P-box	CCTTTG	1	赤霉素反应元件 Gibberellin-responsive element
TATA-box	TATA	58	转录起始-30核心启动子元件 Core promoter element around-30 of transcription start
TCA-element	CCATCTTTT	1	水杨酸反应元件 Salicylic-responsive element
TCT-motif	TGACG	1	光响应元件Light responsive element

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