杨树PtRRI基因的组织特异性表达模式分析

本研究在杨树最新基因组数据库中，利用拟南芥ARRs氨基酸序列Blastp进行搜索比对后，确定了9个杨树A类RRs基因家族成员。根据与拟南芥的对应关系命名，与以往的命名不同[11]，分析蛋白保守结构域显示，PtRR家族氨基酸序列都具有典型的D-D-K结构域，它是证明蛋白属于RRs家族的主要依据[3]，也表明了RRs家族成员虽然变异较大，但结构域非常保守，推测杨树的RRs家族与拟南芥相应家族有类似的功能。

通过不同组织中A类PtRR的转录组数据，分析了基因家族的表达模式。依据转录组数据筛选出在根部表达最强的PtRRI，PtRRI在系统进化上没有相对应的拟南芥ARR基因，其功能有待探究。通过构建PtRRI启动子GUS融合表达载体进一步研究PtRRI的组织表达模式，在转基因植株中GUS染色显示，PtRRI基因主要在杨树的根部和维管组织中表达，表明PtRRI可能参与了不定根和维管组织的发育。在拟南芥根部发育过程中，早已经明确了ARR基因家族的重要作用，与PtRRI在系统进化上最近的ARR8和ARR9的研究表明，其超表达植株对主根的生长作用很小，但是增加了侧根的数目；其它家族ARR成员超表达研究中，发现ARR3、ARR4、ARR5、ARR16和ARR17对主根生长起到重要促进作用，其中ARR3、ARR6、ARR15、ARR16和ARR17对侧根数目增加也起到重要作用[17]。在水稻中，也确定了细胞分裂素响应调节因子A类OsRR2基因和OsRR1基因对根系发育的重要作用[18-19]，其中，OsRR2的表达受OsWOX11基因直接抑制，超表达OsWOX11基因的水稻表现为不定根生长的提前和数目的显著增多，OsWOX11基因突变后的水稻表现为不定根生长速度减缓和数目明显减少，OsRR2都直接参与OsWOX11基因调节不定根发育这些过程[18]；OsRR1基因的表达直接受P2/ERF转录因子的CLR5蛋白调控，通过抑制细胞分裂素的信号转导，对不定根的发生起到促进作用[19]。这些结果也说明，不同物种的不同成员对根的发育具有不同的作用。

本研究根据对PtRRI启动子序列分析发现，启动子内含有为数众多的激素响应元件，推测PtRRI在根系发育过程中的作用可能与激素之间相互调节有关。不同激素处理对PtRRI转录的影响呈现差异进一步表明PtRRI基因功能可能参与了杨树根部发育过程中激素之间的相互作用，其中，细胞分裂素处理下的PtRRI转录水平提高，生长素处理下的PtRRI转录水平下降，正好符合A类RRs家族作为细胞分裂素负反馈调节因子这一特性。研究发现，在生长素和细胞分裂素相互作用来调控根部发育的过程，在根原基细胞中，受生长素调控的ARR5和ARR7对细胞分裂素具有负反馈调节作用，并且ARR7和ARR15只能表达在根源基的早期细胞中，依赖于A类ARR基因的这种时空表达模式，改变了不同阶段和部位细胞分裂素的浓度，从而对根部分生组织形态的维持起到重要作用[20-21]。进一步利用PtRRI启动子驱动的GUS基因的动态表达，发现PtRRI参与杨树不定根形成的具体过程，显示出在根源基形成时期表达升高，此时生长素作用减少，促进愈伤组织的形成；但分生组织分化时生长素上升[22]，PtRRI表达减少，整个过程也与激素处理结果一致。