Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khảo sát toàn bộ hệ gen của gia đình gen yếu tố phiên mã ARF và phản ứng của nó với stress phi sinh học ở Coix (Coix lacryma-jobi L.)
Tóm tắt
Yếu tố phiên mã giống auxin (ARF) là một yếu tố phiên mã quan trọng điều chỉnh biểu hiện của các gen phản ứng auxin bằng cách liên kết trực tiếp với các trình thúc đẩy của chúng, và đóng một vai trò trung tâm trong tăng trưởng, phát triển và phản ứng của cây trước các yếu tố stress phi sinh học. Sự có mặt của toàn bộ chuỗi gen của Coix (Coix lacryma-jobi L.) mở ra cơ hội để điều tra các đặc điểm và lịch sử tiến hóa của gia đình gen ARF trong loại cây có tính chất thực phẩm và dược liệu này lần đầu tiên. Trong nghiên cứu này, tổng cộng 27 gen ClARF đã được xác định dựa trên chuỗi gen toàn bộ của Coix. Hai mươi bốn trong số 27 gen ClARF được phân bố không đồng đều trên 8 nhiễm sắc thể trừ nhiễm sắc thể 4 và 10, và ba gen còn lại (ClARF25-27) không được chỉ định cho bất kỳ nhiễm sắc thể nào. Phần lớn các protein ClARF được dự đoán sẽ tập trung chủ yếu vào nhân tế bào, ngoại trừ ClARF24, protein này được phân bố cả tại màng tế bào và nhân tế bào. Hai mươi bảy gen ClARF đã được phân nhóm thành sáu nhóm con dựa trên phân tích filogenetic. Phân tích sự sao chép cho thấy rằng sự sao chép đoạn (segmental duplication), thay vì sự sao chép liên tiếp (tandem duplications), đã thúc đẩy sự mở rộng của gia đình gen ClARF. Phân tích synteny cho thấy sự chọn lọc tinh lọc có thể đã là một yếu tố thúc đẩy chính trong sự phát triển của gia đình gen ARF ở Coix và các cây ngũ cốc khác được nghiên cứu. Dự đoán về các yếu tố cis của trình thúc đẩy cho thấy rằng 27 gen ClARF chứa nhiều yếu tố phản ứng với stress, cho thấy rằng ClARFs có thể tham gia vào phản ứng với stress phi sinh học. Phân tích biểu hiện cho thấy tất cả 27 gen ClARF đều được biểu hiện trong rễ, thân, lá, hạt, vỏ, và hoa đực của Coix với các mức độ biểu hiện khác nhau. Hơn nữa, các phân tích qRT-PCR cho thấy phần lớn các thành viên ClARF đều được tăng cường hoặc giảm đi trong phản ứng với điều trị hormone và stress phi sinh học. Nghiên cứu hiện tại mở rộng hiểu biết của chúng tôi về các vai trò chức năng của ClARFs trong phản ứng với stress và cung cấp thông tin cơ bản cho các gen ClARF.
Từ khóa
#ARF; yếu tố phiên mã; cây Coix; stress phi sinh học; gen ClARFTài liệu tham khảo
Arabidopsis Genome Initiative (2000) Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature 408(6814):796–815
Attia KA, Abdelkhalik AF, Ammar MH et al (2009) Antisense phenotypes reveal a functional expression of OsARF1, an auxin response factor, in transgenic rice. Curr Issues Mol Biol 11(Suppl 1):i29-34
Bouzroud S, Gouiaa S, Hu N et al (2018) Auxin Response Factors (ARFs) are potential mediators of auxin action in tomato response to biotic and abiotic stress (Solanum lycopersicum). PLoS One 13(2):e0193517
Cannon SB, Mitra A, Baumgarten A et al (2004) The roles of segmental and tandem gene duplication in the evolution of large gene families in Arabidopsis thaliana. BMC Plant Biol 4:10
Chandler JW (2016) Auxin response factors. Plant Cell Environ 39(5):1014–1028
Chen D, Wang W, Wu Y et al (2019) Expression and distribution of the auxin response factors in Sorghum bicolor during development and temperature stress. Int J Mol Sci 20(19):4816
Chen C, Chen H, Zhang Y et al (2020) TBtools: an integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data. Mol Plant 13(8):1194–1202
Chenna R, Sugawara H, Koike T et al (2003) Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs. Nucleic Acids Res 31(13):3497–3500
Cui J, Li X, Li J et al (2020) Genome-wide sequence identification and expression analysis of ARF family in sugar beet (Beta vulgaris L.) under salinity stresses. PeerJ 8:e9131
Du H, Liu H, Xiong L (2013) Endogenous auxin and jasmonic acid levels are differentially modulated by abiotic stresses in rice. Front Plant Sci 4:397
Fang T, Jiang YX, Chen L et al (2020) Coix seed oil exerts an anti-triple-negative breast cancer effect by disrupting miR-205/S1PR1 axis. Front Pharmacol 11:529962
Goff SA, Ricke D, Lan TH et al (2002) A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp. japonica). Science 296(5565):92–100
Guo C, Wang Y, Yang A et al (2020) The Coix genome provides insights into Panicoideae evolution and papery hull domestication. Mol Plant 13(2):309–320
Ha CV, Le DT, Nishiyama R et al (2013) The auxin response factor transcription factor family in soybean: genome-wide identification and expression analyses during development and water stress. DNA Res 20(5):511–524
Hagen G, Guilfoyle T (2002) Auxin-responsive gene expression: genes, promoters and regulatory factors. Plant Mol Biol 49(3–4):373–385
Jain M, Khurana JP (2009) Transcript profiling reveals diverse roles of auxin-responsive genes during reproductive development and abiotic stress in rice. FEBS J 276(11):3148–3162
Jin L, Yarra R, Zhou L et al (2022) The auxin response factor (ARF) gene family in Oil palm (Elaeis guineensis Jacq.): genome-wide identification and their expression profiling under abiotic stresses. Protoplasma 259(1):47–60
Kim J, Harter K, Theologis A (1997) Protein-protein interactions among the Aux/IAA proteins. Proc Natl Acad Sci U S A 94(22):11786–11791
Kumar S, Stecher G, Li M et al (2018) MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol Biol Evol 35(6):1547–1549
Kuo CC, Chen HH,Chiang W (2012) Adlay (yi yi; “soft-shelled job’s tears”; the seeds of Coix lachryma- jobi L. var. ma-yuen Stapf) is a potential cancer chemopreventive agent toward multistage carcinogenesis processes. J Tradit Complement Med 2(4):267–275
Lescot M, Dehais P, Thijs G et al (2002) PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Res 30(1):325–327
Li XK, Gu K, Liang MW et al (2020) Research progress on chemical constituents and pharmacological effects of Coicis Semen. Chin Tradit Her Drugs 51:5045–5657
Liu Y, Jiang HY, Chen WJ (2011) Genome-wide analysis of the auxin response factor (ARF) gene family in maize (Zea mays). Plant Growth Regul 63:225–234
Liu N, Dong L, Deng X et al (2018) Genome-wide identification, molecular evolution, and expression analysis of auxin response factor (ARF) gene family in Brachypodium distachyon L. BMC Plant Biol 18(1):336
Liu H, Shi J, Cai Z et al (2020) Evolution and domestication footprints uncovered from the genomes of Coix. Mol Plant 13(2):295–308
Mascher M, Gundlach H, Himmelbach A et al (2017) A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome. Nature 544(7651):427–433
Okushima Y, Overvoorde PJ, Arima K et al (2005) Functional genomic analysis of the AUXIN RESPONSE FACTOR gene family members in Arabidopsis thaliana: unique and overlapping functions of ARF7 and ARF19. Plant Cell 17(2):444–463
Okushima Y, Fukaki H, Onoda M et al (2007) ARF7 and ARF19 regulate lateral root formation via direct activation of LBD/ASL genes in Arabidopsis. Plant Cell 19(1):118–130
Paterson AH, Bowers JE, Bruggmann R et al (2009) The Sorghum bicolor genome and the diversification of grasses. Nature 457(7229):551–556
Remington DL, Vision TJ, Guilfoyle TJ et al (2004) Contrasting modes of diversification in the Aux/IAA and ARF gene families. Plant Physiol 135(3):1738–1752
Schnable PS, Ware D, Fulton RS et al (2009) The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics. Science 326(5956):1112–1115
Su L, Xu M, Zhang J et al (2021) Genome-wide identification of auxin response factor (ARF) family in kiwifruit (Actinidia chinensis) and analysis of their inducible involvements in abiotic stresses. Physiol Mol Biol Plants 27(6):1261–1276
Tang Y, Bao X, Liu K et al (2018) Genome-wide identification and expression profiling of the auxin response factor (ARF) gene family in physic nut. PLoS ONE 13(8):e0201024
Tombuloglu H (2019) Genome-wide analysis of the auxin response factors (ARF) gene family in barley (Hordeum vulgare L.). J Plant Biochem Biotechnol 28:14–24
Ulmasov T, Hagen G, Guilfoyle TJ (1997) ARF1, a transcription factor that binds to auxin response elements. Science 276(5320):1865–1868
Waadt R, Seller CA, Hsu PK et al (2022) Plant hormone regulation of abiotic stress responses. Nat Rev Mol Cell Biol 23(10):680–694
Wang D, Pei K, Fu Y et al (2007) Genome-wide analysis of the auxin response factors (ARF) gene family in rice (Oryza sativa). Gene 394(1–2):13–24
Wang S, Bai Y, Shen C et al (2010) Auxin-related gene families in abiotic stress response in Sorghum bicolor. Funct Integr Genomics 10(4):533–546
Wang L, Chen C, Su A et al (2016) Structural characterization of phenolic compounds and antioxidant activity of the phenolic-rich fraction from defatted adlay (Coix lachryma-jobi L. var. ma-yuen Stapf) seed meal. Food Chem 196:509–517
Wang XX, Han YY, Shi GY (2020) Analysis and monitoring of traditional Chinese medicines for tumor based on data mining. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi 45(2):444–450
Woodward AW, Bartel B (2005) Auxin: regulation, action, and interaction. Ann Bot 95(5):707–735
Wu B, Wang L, Pan G et al (2020) Genome-wide characterization and expression analysis of the auxin response factor (ARF) gene family during melon (Cucumis melo L.) fruit development. Protoplasma 257(3):979–992
Xing H, Pudake RN, Guo G et al (2011) Genome-wide identification and expression profiling of auxin response factor (ARF) gene family in maize. BMC Genomics 12:178
Zeng Y, Yang J, Chen J et al (2022) Actional mechanisms of active ingredients in functional food Adlay for human health. Molecules 27(15):4808