外源NO调控干旱胁迫下紫花苜蓿AP2/ERFs基因的表达分析

doi:10.11686/cyxb2024277

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (6): 154-167.DOI: 10.11686/cyxb2024277

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外源NO调控干旱胁迫下紫花苜蓿AP2/ERFs基因的表达分析

温小月¹(), 赵颖¹^,²^,³(), 王宝强¹^,²^,³, 王贤¹^,⁴, 朱晓林¹^,⁴, 王义真¹^,⁴, 魏小红¹^,²^,³^,⁴

^1.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070
^2.甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室，甘肃兰州 730070
^3.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州 730070
^4.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2024-07-16 修回日期:2024-09-05 出版日期:2025-06-20 发布日期:2025-04-03
通讯作者: 赵颖
作者简介:Corresponding author. E-mail： 1137974332@qq.com
温小月（1998-），女，江西宜春人，在读硕士。E-mail： 1096106697@qq.com
基金资助:
甘肃农业大学科技创新基金-科研启动基金(GSAU-KYQD-2020-7);国家自然科学基金(32060401)

Expression analysis of AP2/ERFs genes in alfalfa regulated by exogenous NO under drought stress

Xiao-Yue WEN¹(), Ying ZHAO¹^,²^,³(), Bao-qiang WANG¹^,²^,³, Xian WANG¹^,⁴, Xiao-lin ZHU¹^,⁴, Yi-zhen WANG¹^,⁴, Xiao-hong WEI¹^,²^,³^,⁴

^1.College of Life Science and Technology，Gansu Agriculture University，Lanzhou 730070，China
^2.Gansu Key Laboratory of Crop Improvement & Germplasm Enhancement，Lanzhou 730070，China
^3.Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science，Lanzhou 730070，China
^4.College of Agronomy，Gansu Agriculture University，Lanzhou 730070，China

Received:2024-07-16 Revised:2024-09-05 Online:2025-06-20 Published:2025-04-03
Contact: Ying ZHAO

摘要/Abstract

摘要：

紫花苜蓿是世界上种植最广泛的饲用豆科作物。APETALA2/ethylene-responsive factor（AP2/ERF）转录因子在植物抵御非生物胁迫中起着关键作用。一氧化氮（nitric oxide，NO）作为植物体内的一种信号分子，在植物抗旱中扮演重要角色。本研究利用生物信息学方法对紫花苜蓿MsAP2/ERF基因家族成员进行鉴定及其对NO和干旱的响应模式分析，并从MsAP2/ERF基因家族中筛选到强烈响应NO调控的MsERF07基因进行亚细胞定位。结果表明，该家族成员均含有AP2结构域，其蛋白质的氨基酸数目介于176~422；亚细胞定位预测大部分蛋白都定位在细胞核； MsERF01和MsERF11的亲缘关系较近，并且它们具有相似的结构域；61.54%的MsAP2/ERF基因只含有外显子，也具有高度相似的保守基序；蛋白互作显示MsERF01和MsERF11、MsERF05和MsERF07均处于蛋白互作图中的同一节点；13个MsAP2/ERF基因家族成员被不均匀分布在13条染色体上，MsAP2/ERF基因家族成员的启动子序列中有43个与光反应、组织特异性表达、胁迫以及植物激素相关的顺式调控元件。此外，紫花苜蓿的转录组测序数据分析表明大部分MsAP2/ERF基因家族成员在NO的调控下表达量增加，进一步qRT-RCR试验结果显示，外源NO促进了干旱胁迫下MsAP2/ERF基因的表达量。克隆MsERF07基因，亚细胞定位结果显示该蛋白定位在细胞核与细胞膜中，本研究为后续研究紫花苜蓿MsERF07基因响应干旱胁迫的分子机制提供了基础。

关键词: 干旱胁迫, 一氧化氮, 紫花苜蓿, AP2/ERF

Abstract:

Alfalfa （Medicago sativa） is the most widely grown forage legume crop in the world. APETALA2/ethylene-responsive （AP2/ERF） transcription factors play a key role in plant resistance to abiotic stress. Nitric oxide （NO）， as a signaling molecule in plants， plays an important role in plant drought resistance. In this study， bioinformatics methods were used to identify members of the alfalfa MsAP2/ERF gene family and analyze their response patterns to NO and drought. The MsERF07 gene， which strongly responds to NO regulation， was screened from the MsAP2/ERF gene family for subcellular localization. The results showed that all members of the family contained AP2 domains， and the number of amino acids in their proteins ranged from 176 to 422. Subcellular localization predicted that most proteins were localized in the nucleus. MsERF01 and MsERF11 were closely related and had similar domains. 61.54% of MsAP2/ERF genes contained only exons and also had highly similar conserved motifs. Protein interaction showed that MsERF01 and MsERF11， MsERF05 and MsERF07 were all located at the same node in the protein interaction map. The 13 MsAP2/ERF gene family members were unevenly distributed on 13 chromosomes， and there were 43 cis-regulatory elements related to light response， tissue-specific expression， stress and plant hormones in the promoter sequences of the MsAP2/ERF gene family members. In addition， transcriptome sequencing data analysis of alfalfa showed that the expression of most MsAP2/ERF gene family members increased under the regulation of NO， and further qRT-RCR experimental results showed that exogenous NO promoted the expression of MsAP2/ERF genes under drought stress. The MsERF07 gene was cloned， and subcellular localization results showed that the protein was localized in the nucleus and cell membrane. This study provides a basis for subsequent research on the molecular mechanism of the alfalfa MsERF07 gene action in response to drought stress.

Key words: drought stress, nitric oxide, alfalfa, AP2/ERF

温小月, 赵颖, 王宝强, 王贤, 朱晓林, 王义真, 魏小红. 外源NO调控干旱胁迫下紫花苜蓿AP2/ERFs基因的表达分析[J]. 草业学报, 2025, 34(6): 154-167.

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图/表 10

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登录号 Gene ID	基因名 Gene name	上游引物序列 Forward primer sequence	下游引物序列 Reverse primer sequence
MS.gene057432.t1	MsERF01	AGATTACCAAACAGCCGCCA	TAGCACCACTGCCACGTAAG
MS.gene022984.t1	MsERF02	AACCGAAGAGTGAACAGCCT	TCCTGCAAGGGTTGGTTGAA
MS.gene31024.t1	MsERF03	TCGTAACCCTCCACCAGCTA	CCTTGCAGAAGGAATACCCGA
MS.gene011550.t1	MsERF04	ATGCGTCAATGGGGCAAATG	TTGAGGTAAGCCGAAGAGCC
MS.gene30848.t1	MsERF05	TGCCACTACTCAGGCAAAGG	GGCGGCTATAGTCGTGTCAA
MS.gene072828.t1	MsERF06	CTCTAACAGCCGCCTTGGAA	CAGTAGCCAGCAACACTCCA
MS.gene006341.t1	MsERF07	GCCGGAGAGTGTGTTTGAGA	ACTCCGGCACTGTATCCTCT
MS.gene58366.t1	MsERF08	CCACCGCCGCTTGATTTAAC	ACGTGCGAATGCGTCAAAAA
MS.gene022105.t1	MsERF09	ATGGGCAGCTGAAATACGTGA	TTGTGCCTTTGAATTTGAGTGC
MS.gene030784.t1	MsERF10	TACCGCGGAGTTAGACAACG	ATGGAAGCGCATGTGAGGAA
MS.gene025280.t1	MsERF11	CATCGGATGGGACGACAACA	TCTCCGGCACGTAGAAATCG
MS.gene067817.t1	MsERF12	CAGGAAGATGGCGTTGTTGC	AGCACGGGTCGAAATAGTGT
MS.gene016368.t1	MsERF13	AGGAATCAATGCCGTGACCA	AGGCGGGGTAGTTGTTGTTT

登录号 Gene ID	基因名 Gene name	上游引物序列 Forward primer sequence	下游引物序列 Reverse primer sequence
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MS.gene022984.t1	MsERF02	AACCGAAGAGTGAACAGCCT	TCCTGCAAGGGTTGGTTGAA
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MS.gene006341.t1	MsERF07	GCCGGAGAGTGTGTTTGAGA	ACTCCGGCACTGTATCCTCT
MS.gene58366.t1	MsERF08	CCACCGCCGCTTGATTTAAC	ACGTGCGAATGCGTCAAAAA
MS.gene022105.t1	MsERF09	ATGGGCAGCTGAAATACGTGA	TTGTGCCTTTGAATTTGAGTGC
MS.gene030784.t1	MsERF10	TACCGCGGAGTTAGACAACG	ATGGAAGCGCATGTGAGGAA
MS.gene025280.t1	MsERF11	CATCGGATGGGACGACAACA	TCTCCGGCACGTAGAAATCG
MS.gene067817.t1	MsERF12	CAGGAAGATGGCGTTGTTGC	AGCACGGGTCGAAATAGTGT
MS.gene016368.t1	MsERF13	AGGAATCAATGCCGTGACCA	AGGCGGGGTAGTTGTTGTTT

基因 Gene name	登录号 Gene ID	氨基酸数目 Number of amino acids （aa）	分子量 Molecular weight （Da）	等电点 Isoelectric point	亲水性 GRAVY	亚细胞定位 Subcellular localization
MsERF01	MS.gene057432.t1	217	23830.29	4.58	-0.535	细胞核Nucleus
MsERF02	MS.gene022984.t1	233	26506.06	8.91	-0.758	叶绿体Chloroplast
MsERF03	MS.gene31024.t1	324	35332.93	9.76	-0.572	细胞核Nucleus
MsERF04	MS.gene011550.t1	199	21765.18	5.93	-0.551	细胞核Nucleus
MsERF05	MS.gene30848.t1	243	27717.37	6.55	-0.676	叶绿体Chloroplast
MsERF06	MS.gene072828.t1	231	25918.02	5.71	-0.526	细胞核Nucleus
MsERF07	MS.gene006341.t1	180	20443.92	5.76	-0.687	细胞核Nucleus
MsERF08	MS.gene58366.t1	210	22898.71	9.66	-0.596	叶绿体Chloroplast
MsERF09	MS.gene022105.t1	176	19699.82	7.89	-0.823	细胞核Nucleus
MsERF10	MS.gene030784.t1	288	32496.66	7.01	-0.558	细胞核Nucleus
MsERF11	MS.gene025280.t1	202	22322.82	4.58	-0.446	细胞核Nucleus
MsERF12	MS.gene067817.t1	259	28852.95	5.76	-0.661	细胞核Nucleus
MsERF13	MS.gene016368.t1	422	47454.26	5.54	-0.928	细胞核Nucleus

基因 Gene name	登录号 Gene ID	氨基酸数目 Number of amino acids （aa）	分子量 Molecular weight （Da）	等电点 Isoelectric point	亲水性 GRAVY	亚细胞定位 Subcellular localization
MsERF01	MS.gene057432.t1	217	23830.29	4.58	-0.535	细胞核Nucleus
MsERF02	MS.gene022984.t1	233	26506.06	8.91	-0.758	叶绿体Chloroplast
MsERF03	MS.gene31024.t1	324	35332.93	9.76	-0.572	细胞核Nucleus
MsERF04	MS.gene011550.t1	199	21765.18	5.93	-0.551	细胞核Nucleus
MsERF05	MS.gene30848.t1	243	27717.37	6.55	-0.676	叶绿体Chloroplast
MsERF06	MS.gene072828.t1	231	25918.02	5.71	-0.526	细胞核Nucleus
MsERF07	MS.gene006341.t1	180	20443.92	5.76	-0.687	细胞核Nucleus
MsERF08	MS.gene58366.t1	210	22898.71	9.66	-0.596	叶绿体Chloroplast
MsERF09	MS.gene022105.t1	176	19699.82	7.89	-0.823	细胞核Nucleus
MsERF10	MS.gene030784.t1	288	32496.66	7.01	-0.558	细胞核Nucleus
MsERF11	MS.gene025280.t1	202	22322.82	4.58	-0.446	细胞核Nucleus
MsERF12	MS.gene067817.t1	259	28852.95	5.76	-0.661	细胞核Nucleus
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外源NO调控干旱胁迫下紫花苜蓿AP2/ERFs基因的表达分析

Expression analysis of AP2/ERFs genes in alfalfa regulated by exogenous NO under drought stress

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