果园草 ARF 转录因子全基因组分析：DgARF7 在抗旱中的正向调控作用及研究意义

为解决果园草中 ARF 基因家族相关信息有限，以及培育早花、抗逆新品种的问题，四川农业大学研究人员开展果园草 ARF 转录因子全基因组分析。研究鉴定出 27 个 DgARF 基因，发现 DgARF7 在激素响应和抗旱中起正向调控作用，为果园草分子育种提供依据。

　　在植物的生长历程中，从胚胎的孕育到衰老的落幕，生长素（auxin）始终扮演着极为重要的角色，它不仅参与植物生长发育的各个阶段，还在植物应对环境压力时发挥关键作用。其中，生长素响应因子（Auxin Response Factor，ARF）作为一类重要的转录因子，在生长素信号传导、细胞形态建成以及植物对环境的抵抗能力等方面都有着不可或缺的作用 。在众多植物中，果园草（Dactylis glomerata）是一种具有重要经济价值的牧草，广泛种植于世界各地，对畜牧业发展和生态环境修复意义重大。然而，令人遗憾的是，目前对于果园草中 ARF 基因家族的全基因组信息以及功能特性的了解却十分有限。随着全球气候变化，极端天气频繁出现，干旱等非生物胁迫严重影响果园草的产量和品质。与此同时，晚花品种的果园草在轮牧时净牧草积累减少，存活率也有所降低。因此，深入研究果园草 ARF 基因家族，挖掘具有调控开花时间和增强抗逆性的基因，对培育优良的果园草品种迫在眉睫。

为了攻克这些难题，四川农业大学的研究人员开展了一项关于果园草 ARF 转录因子的全基因组分析研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》上，为我们深入了解果园草 ARF 基因家族的功能和作用机制提供了重要线索。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 NCBI 数据库获取果园草的基因组数据和蛋白质序列，利用 BLASTP 工具和隐马尔可夫模型（HMM）对潜在的 DgARF 蛋白进行确认。接着，运用 ProtParam、SOPMA 和 Conserved Domain Search 等工具对蛋白特性、二级结构和保守结构域进行分析。构建系统发育树时，使用 MEGA 7.0 软件的最大似然法（ML）和 iTOL 进行标注和上色。通过 TBtools 分析基因结构和染色体定位，利用 MEME Suite 进行基序分析，从 PlantCARE 数据库获取顺式作用元件信息。采用定量实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）检测基因表达水平，运用转基因技术将 DgARF7 转入酵母和拟南芥中研究其功能 。

研究结果如下：

1. ARF 基因家族的鉴定与特征分析：研究人员成功在果园草基因组中鉴定出 27 个 ARF 基因，这些基因在七条染色体上分布不均。DgARF 蛋白的大小、分子量、理论等电点存在显著差异，且多数蛋白不稳定且具有亲水性。二级结构主要由随机卷曲、α 螺旋、延伸链和 β 转角组成。部分 DgARF 蛋白存在结构域缺失，如部分蛋白缺少 CTD 结构域，DgARF13a 缺少 ARF 结构域。
2. 系统发育、基因结构和基序分析：27 个 ARF 蛋白被分为四个类（I、IIa、IIb 和 III），各类的基因结构和基序分布存在差异，支持了分类的合理性。通过多物种 ARF 蛋白的系统发育分析发现，ARF 基因家族在不同物种中具有一定的保守性，且果园草的 DgARFs 与小麦（Triticum aestivum）和水稻（Oryza sativa）的遗传关系更近 。
3. DgARFs 在激素和非生物胁迫下的表达模式：DgARF 基因启动子区域的顺式作用元件主要与光、激素、胁迫和组织特异性相关。在不同激素处理下，部分 DgARF 基因呈现出不同的表达模式。例如，在 IAA 处理下，多数 DgARF 基因上调，而 DgARF5 下调；在 MeJA 处理下，DgARF7 和 DgARF12 上调。在非生物胁迫下，多数基因在 PEG 处理下呈现振荡变化，如 DgARF7 在 PEG 处理 1 - 2 小时下降，4 小时显著上升 。
4. DgARF7 的功能验证：亚细胞定位显示 DgARF7 蛋白定位于细胞核。在酵母中异源表达 DgARF7，发现其能增强酵母在高浓度山梨醇模拟干旱条件下的耐受性。在拟南芥中过表达 DgARF7，转基因植株开花时间提前，且在干旱处理下，相对含水量和超氧化物歧化酶（SOD）活性显著提高，丙二醛（MDA）含量显著降低，表明 DgARF7 能增强拟南芥的抗旱性 。

研究结论和讨论部分指出，果园草中 ARF 基因家族成员数量与其他物种不同，其分类和结构域特征暗示了功能的多样性。DgARF7 在多种激素信号响应和干旱胁迫中发挥重要作用，不仅能增强植物的抗旱性，还能调控开花时间。然而，DgARF7 调控开花时间和抗旱性的分子机制仍有待进一步探索。这项研究为深入了解果园草 ARF 基因家族的功能提供了重要基础，为通过分子育种手段培育早花、抗旱的果园草新品种提供了理论依据，对推动果园草的遗传改良和农业生产发展具有重要意义 。