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非生物胁迫对橡胶树热激转录因子家族成员表达的影响(二)

来源:时间:2025-04-21 08:41:17

2.2 幹旱對熱激轉錄因子基因表達的非生影響

在橡膠樹30個Hsfs家族成員中,有28個成員響應幹旱脅迫,物胁隻有HbHsfA1c和HbHsfA5b兩個基因不響應幹旱脅迫(圖2)。迫对在幹旱處理的橡胶响橡膠樹‘93-114’葉片中,HbHsfA3b、树热HbHsfA4a、激转家族HbHsfA4c、录因HbHsfA4d、表达HbHsfA5a、非生HbHsfA6a、物胁HbHsfA7a、迫对HbHsfA9a、橡胶响HbHsfA9b、树热HbHsfB1a、激转家族HbHsfB3a、录因HbHsfB4a和HbHsfB4b共13個基因響應幹旱處理並呈持續顯著上調表達模式,其中HbHsfA7a、HbHsfA7a和HbHsfB4b的上調幅度較大,在幹旱處理4h時它們的上調幅度是0h的3倍以上,對幹旱脅迫比較敏感。HbHsfA1b、HbHsfA2b、HbHsfA3a和HbHsfA4b響應幹旱脅迫顯著下調表達,其中HbHsfA1b和HbHsfA3a在幹旱處理中後期持續顯著下調表達,而HbHsfA2b和HbHsfA4b分別在幹旱處理2h和24h時極顯著下調表達,響應幹旱脅迫的時間有明顯差異。HbHsfA1a、HbHsfA2a、HbHsfB2c、HbHsfB3b、HbHsfB4d、HbHsfC1a和HbHsfC1b在幹旱處理的前期上調表達,在後期下調表達;而HbHsfA8a和HbHsfB2b的表達模式與之相反,它們在幹旱處理的前期下調表達,在後期上調表達(圖2)。HbHsfB2a在幹旱脅迫下先顯著上調表達,然後顯著下調,後期又極顯著上調表達;而HbHsfB4c在幹旱脅迫下先顯著下調表達,然後顯著上調,中後期又極顯著下調表達(圖2)。

2.3 高鹽(NaCl)對熱激轉錄因子基因表達的影響

在橡膠樹30個Hsfs家族成員中,有29個成員響應NaCl高鹽脅迫,隻有HbHsfA1c不響應高鹽脅迫(圖3)。在高鹽處理的橡膠樹‘93-114’葉片中,HbHsfA2b、HbHsfA3b、HbHsfA4a、HbHsfA4b、HbHsfA5b、HbHsfA7a、HbHsfB1a、HbHsfB2a、HbHsfB2b、HbHsfB2c、HbHsfB3a、HbHsfB3b、HbHsfC1a和HbHsfC1b共14個基因響應高鹽脅迫並呈持續顯著上調表達模式,尤其HbHsfB2a和HbHsfB3a響應高鹽脅迫上調幅度最大,在高鹽處理2h時它們的轉錄水平是0h的2倍以上,對高鹽脅迫比較敏感,而HbHsfA2b對高鹽脅迫的反應比較滯後,在12h之前無響應,在處理24h時HbHsfA2b的表達迅速上調,幾乎是0h的3倍。HbHsfA1a、HbHsfA1b、HbHsfA3a和HbHsfA4c響應高鹽脅迫顯著下調表達,其中HbHsfA1a、HbHsfA3a和HbHsfA4c在高鹽處理中後期持續顯著下調表達,而HbHsfA1b在高鹽處理8h時極顯著下調表達。HbHsfA2a、HbHsfA4d、HbHsfA5a、HbHsfA9b、HbHsfB4a、HbHsfB4b和HbHsfB4d、在高鹽處理的前期顯著上調表達,在後期顯著下調表達,與這些基因表達模式相反的基因HbHsfA8a和HbHsfB4c分別在高鹽處理的前、中期顯著下調表達,在中、後期顯著上調表達。HbHsfA6a和HbHsfA9a在高鹽脅迫前期先顯著上調表達,然後顯著下調,後期又顯著上調表達(圖3)。

3 討論

本研究分析了30個橡膠樹HbHsf家族成員在低溫脅迫下橡膠樹‘93-114’和‘熱墾501’葉片中的表達模式。結果表明,在HbHsf家族中有10個基因不僅在抗寒橡膠樹種質‘93-114’葉片中上調表達,也在不抗寒橡膠樹種質‘熱墾501’葉片中顯著上調表達。基因表達在不同組織中既有組織的特異性也有組織的相似性。比如上述葉片中上調表達的10個基因中,在低溫條件下,HbHsfA3b、HbHsfA4a、HbHsfA5b、HbHsfA8a、HbHsfC1a、HbHsfC1b和HbHsfB2b在橡膠樹‘93-114’和‘熱墾501’葉片中均呈顯著上調表達模式,同時也在相應橡膠樹的樹皮中呈上調表達的模式,呈現組織的相似性。但是其他3個基因在樹皮和葉片中的表達模式不一致,呈現組織的特異性。在這2個不同耐寒性的橡膠樹種質中都響應低溫脅迫,但是響應程度不同。尤其HbHsfA4a在低溫脅迫下橡膠樹‘93-114’葉片和樹皮中的表達量均顯著高於‘熱墾501’。這些基因表達量的高低可能與橡膠樹抗寒性的強弱相對應。

枇杷EjHsf1(A4)響應低溫誘導,通過轉錄調控EjHsp基因參與提高枇杷抵抗低溫脅迫能力。水稻OsHsfA4d受低溫脅迫後上調表達。OsHsfA4s在高鹽脅迫後表達量上調。草莓FvHsfA4a受低溫和幹旱脅迫上調表達。橡膠樹HbHsfA4a和HbHsfA4d是EjHsf1、OsHsfA4和FvHsfA4a的同源基因,同樣受低溫、幹旱和高鹽脅迫後表達量上調表達(圖4),另外,HbHsfA4a受高溫脅迫上調表達,而HbHsfA4d受高溫誘導下調表達。水稻OsHsfA3和OsHsfA9受低溫脅迫後上調表達。草莓FvHsfA3a在高溫、低溫、幹旱和高鹽脅迫下上調表達,FvHsfA9a在低溫和高鹽脅迫下上調表達。辣椒CaHsfA3/A9受高鹽脅迫上調表達。同源基因HbHsfA3b在高溫、低溫、幹旱和高鹽脅迫下的橡膠樹‘93-114’葉片中上調表達,HbHsfA9b響應高溫、低溫和幹旱上調表達(圖4)。小麥B2亞家族TaHsf3響應高溫、低溫、幹旱和高鹽的誘導,過表達該基因激活下遊基因熱激蛋白HSP70,從而提高擬南芥植株的耐熱性和抗寒性。鷹嘴豆CarHsfB2在高溫、高鹽和幹旱脅迫下上調表達,過表達CarHsfB2能夠提高擬南芥植株的耐熱性和抗旱性。但是OsHsfB2b對水稻的抗旱性起負調控作用。B1亞家族基因響應高溫、幹旱和高鹽的誘導。同源基因HbHsfB2b在高溫、低溫和高鹽脅迫下的橡膠樹‘93-114’葉片中上調表達,HbHsfB1a響應高溫、低溫、高鹽和幹旱上調表達(圖4)。水稻OsHsfC1a/b、OsHsfC2a/b在低溫脅迫下表達量顯著上調,其中OsHsfC1對低溫脅迫最敏感。擬南芥的AtHsfC1同樣可被低溫誘導,表達量極顯著上調。另外,在葡萄、胡蘿卜和甘藍等園藝植物中也發現VaHsfC1a、DcHsfC16和BraHsfC039受低溫脅迫表達量顯著上調。由此可見,C亞家族成員在植物抵抗低溫脅迫中也起著重要的作用。此外,小麥TaHsfC2a受高溫脅迫上調表達,過表達TaHsfC2a可上調幹旱和高溫誘導基因的表達,提高轉基因植株的耐熱性。OsHsfC1b在水稻抵抗高鹽脅迫中起著重要的作用。由此可見,橡膠樹HbHsfA3b、HbHsfA4a、HbHsfA9b、HbHsfC1a、HbHsfC1b和HbHsfB2b等基因響應多種逆境交叉脅迫,暗示著上述基因功能的多樣性和複雜性。

高溫、低溫、高鹽、幹旱等逆境常常會導致植物體內發生氧化脅迫。Hsfs是上調ROS清除酶的活性和HSP基因表達的關鍵因子,利於提高植物對逆境脅迫的抗性。擬南芥體內的AtHsfA3受活性氧誘導表達量上調,過表達AtHsfA3的擬南芥植株中,該基因可直接結合肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS1和GolS2的啟動子從而激活GolS1和GolS2的轉錄,肌醇半乳糖苷的含量顯著增加,利於清除羥基自由基,以免植物細胞受到逆境脅迫的傷害。過表達CmHsfA4能夠上調轉基因菊花中CmHSP70、CmHSP90等基因的表達,提高SOD、APX、CAT等活性氧清除酶的活性,降低植物細胞內活性氧的含量,從而增強了轉基因植株的抗逆性。東南景天SaHsfA4c轉基因擬南芥可激活ROS清除酶的活性和上調HSP的表達,降低活性氧的積累,從而增加植物對逆境脅迫的抗性。水稻體內OsHsfC2a響應H2O2誘導表達量上調,可以提高水稻對氧化脅迫的敏感性和抵抗能力。由此可見,橡膠樹HbHsfA3b、HbHsfA4a以及HbHsfC亞家族成員可能參與氧化脅迫反應,保護細胞免受氧化損傷,提高橡膠樹的抗逆性。

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