玉米乙烯響應(yīng)因子亞家族的生物信息學(xué)鑒定與分析

摘要： 為了全面了解玉米APETALA2/乙烯響應(yīng)因子（AP2/ERF）超家族中ERF亞家族成員在玉米生長發(fā)育和逆境過程中的作用， 利用生物信息學(xué)手段鑒定和分析玉米Zea mays L.B73基因組ERF亞家族成員。 結(jié)果表明： 共鑒定到87個ERF基因且不均勻地分布在玉米的10條染色體上， 蛋白序列長度為124～603 aa， 蛋白質(zhì)分子質(zhì)量為13.23～65.44 kDa， 理論等電點(diǎn)為4.44～10.84， 亞細(xì)胞定位于細(xì)胞核； 進(jìn)化樹分析顯示，ERF基因被分為5個組， 各組內(nèi)的基因結(jié)構(gòu)和保守基序的數(shù)量、 分布等相似， 但各組之間存在較大的差異， 多數(shù)沒有內(nèi)含子， 有內(nèi)含子的基因占比為20.69%； ERF亞家族成員共有10個保守基序， 其中前2個保守基序最為保守， 且通常以串聯(lián)方式存在于多數(shù)ERF亞家族成員中； 啟動子分析顯示ZmERF基因含有大量光響應(yīng)、 激素響應(yīng)、 脅迫響應(yīng)和生長發(fā)育相關(guān)元件， 表明玉米ERF亞家族成員在玉米生長發(fā)育及非生物脅迫、 生物脅迫方面發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué)； 玉米； 乙烯響應(yīng)因子； 轉(zhuǎn)錄因子

中圖分類號： Q-1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開放科學(xué)識別碼（OSID碼）：

Bioinformatics Identification and Analysis of

Ethylene Responsive Factor Subfamily in Maize

LI Yanrong， TAN Xiaoting， CHE Ronghui

（School of Biological Sciences and Technology， University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China）

Abstract： To comprehensively understand the role of members of ethylene responsive factor （ERF） subfamily in the APETALA2/ERF（AP2/ERF）superfamilyofmaizeingrowth，development，and stress processes， bioinformatics methods were used to identify and analyze the ERF subfamily members in B73 genome of maize Zea mays L.. The results show that a total of 87 ERF genes are found to be unevenly distributed across 10 chromosomes of maize， the protein length is 124-603 aa acids， molecular mass is 13.23-65.44 kDa andthetheoreticalisoelectricpointis4.44～10.84，subcellulars are located in the nucleus. Evolutionary tree analysis shows that the ERF genes aredividedinto5groupswithsimilar gene structures and the number and distribution of conserved motifs within each group. However， there are significant differences between the groups， with most of the genes without introns， and those with introns accounted for 20.69% of the total genes. There are 10 conserved motifs in the ERF family， with the first2beingthemostconservedandtypically exists in series among most members of ERF family. ThepromoteranalysisshowsthatZmERFcontainsalargenumber of elements including light response， hormone response， stress response， and growth and development， suggesting that the members of ERF family play a role in maize growth and development， as well as in abiotic and biological stress.

Keywords： bioinformatics; maize; ethylene response factor; transcription factor

植物生長發(fā)育過程中受到各種生物和非生物脅迫。目前，非生物脅迫已被證實(shí)是造成全球農(nóng)作物損失的主要因素之一，可導(dǎo)致大多數(shù)作物產(chǎn)量下降高達(dá)50%^［1］。為了能在各種非生物脅迫下生存、 生長和繁殖，植物會通過激活或抑制一系列具有多種功能的防御響應(yīng)基因，進(jìn)化出復(fù)雜的脅迫調(diào)節(jié)機(jī)制，從而適應(yīng)和耐受各種非生物脅迫。

轉(zhuǎn)錄因子又被稱為反式作用因子，是一種主要的調(diào)控因子，能夠特異性結(jié)合真核基因啟動子區(qū)域中的順式作用元件并與其相互作用，進(jìn)而調(diào)控靶基因表達(dá)，從而在植物生長發(fā)育和響應(yīng)非生物脅迫的相關(guān)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)或信號通路中發(fā)揮重要作用^［2-3］。植物在不同逆境脅迫下激活的轉(zhuǎn)錄因子不盡相同，植物中大約有58個轉(zhuǎn)錄因子家族，其中6個主要的轉(zhuǎn)錄因子家族，如APETALA2/乙烯響應(yīng)因子（AP2/ERF）家族、 堿性螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）家族、 骨髓母細(xì)胞增多癥相關(guān)（MYB）家族、 無頂端分生組織（NAC）家族、 杯狀子葉（CUC2）家族和堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）家族，能夠參與非生物脅迫反應(yīng)^［4-6］。

AP2/ERF超家族是植物界特有的廣泛存在的轉(zhuǎn)錄因子，包含至少一個高度保守的由大約60個氨基酸殘基組成的AP2/ERF脫氧核糖核酸（DNA）結(jié)合結(jié)構(gòu)域。根據(jù)AP2/ERF DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的數(shù)量和特點(diǎn)，AP2/ERF超家族可分為3個不同的家族，即APETALA2（AP2）家族、 乙烯響應(yīng)因子（ERF）家族和與ABI3/VP1相關(guān)（RAV）家族^［7-8］。含有2個重復(fù)的AP2/ERF結(jié)構(gòu)域的大多數(shù)為AP2家族；ERF家族大多數(shù)具有單個AP2結(jié)構(gòu)域且其基因組序列包含少量內(nèi)含子^［9］； RAV家族蛋白除了含有一個AP2結(jié)構(gòu)域外，還包含一個與DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域相關(guān)的ERF結(jié)構(gòu)域^［10］。在目前所有已測序的植物基因組中都存在一種ERF相關(guān)蛋白——孤兒基因（Soloist）^［9-12］，盡管該蛋白包含單個AP2結(jié)構(gòu)域，但其序列和基因結(jié)構(gòu)與ERF轉(zhuǎn)錄因子存在顯著差異。根據(jù)特定位置殘基的不同，ERF家族又被分成ERF和脫水響應(yīng)元件結(jié)合蛋白（DREB）2個亞家族^［13］。ERF亞家族成員AP2/ERF結(jié)構(gòu)域的第14、 19位氨基酸殘基分別是丙氨酸和天冬氨酸，DREB亞家族的則是纈氨酸和谷氨酸^［14］，氨基酸序列的差異導(dǎo)致2個亞家族結(jié)合順式作用元件不同，許多DREB蛋白已被證實(shí)與A/GCCGAC元件結(jié)合，調(diào)控干旱、脫落酸和低溫響應(yīng)基因的表達(dá)^［15-17］。ERF亞家族的成員特異性結(jié)合GCC-box（AGCCGCC）序列也被稱為乙烯響應(yīng)元件（ERE），通常調(diào)控非生物脅迫響應(yīng)基因和病原體響應(yīng)基因的表達(dá)^［18］。在擬南芥中，AtERF4基因可以被乙烯、 茉莉酸和脫落酸所誘導(dǎo)表達(dá)^［19］， AtERF74基因的突變會提高植株對強(qiáng)光、 干旱、 高溫和鋁脅迫的耐受性^［20］。 在缺氧、 氯化鈉、 甘露醇、 脫落酸和甲基紫精處理下，AtERF71/HRE2基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著升高^［21］； AtERF53、 AtERF73基因的過表達(dá)增強(qiáng)了擬南芥對鹽和干旱脅迫的耐受性^［22-24］。小麥TaERF-6-3A、 TaERF3基因在擬南芥中過表達(dá)會提高擬南芥對干旱和鹽脅迫的敏感性^［25-26］， TaERF8基因過表達(dá)可提高干旱脅迫下小麥的籽粒產(chǎn)量^［27］。 此外， 在水稻中， OsERF101、 OsERF71、 OsEREBP1基因的過表達(dá)可增強(qiáng)與根系結(jié)構(gòu)、 脂質(zhì)代謝、 根系形態(tài)和植物生理適應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)， 從而提高植物對干旱、 鹽和脫落酸等非生物脅迫的耐受性^［28-30］。

目前關(guān)于玉米Zea mays L.ERF轉(zhuǎn)錄因子的研究報道較少，對玉米ERF亞家族基因的全基因組鑒定分析有助于進(jìn)一步探索ERF亞家族抗生物或非生物脅迫的分子機(jī)制。本文中綜合分析玉米ERF基因的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、 基因結(jié)構(gòu)、 保守基序、 順式元件、 染色體分布等，為進(jìn)一步探索玉米ERF基因的功能與調(diào)控機(jī)制提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 玉米ERF基因的鑒定

在美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/genome）基因組數(shù)據(jù)庫中下載玉米、 擬南芥、 水稻的基因組序列文件fna、 注釋文件gff和蛋白質(zhì)序列文件faa用于后續(xù)的序列提取。 在NCBI和美國能源部聯(lián)合基因組研究所的比較植物基因組學(xué)門戶網(wǎng)站（Phytozome，https：//phytozome-next.jgi.doe.gov）數(shù)據(jù)庫中對玉米ERF亞家族保守結(jié)構(gòu)域AP2序列（序列號：PF00847）在玉米自交系B73基因組AGPv4版本中進(jìn)行生物大分子序列比對搜索（BLAST），衡量序列之間相似性是否顯著的期望值E≤0.1。 為了防止遺漏，還對擬南芥ERF亞家族的保守結(jié)構(gòu)域在玉米B73基因組中進(jìn)行BLAST，匯總整理2個網(wǎng)站的BLAST結(jié)果，同時搜索擬南芥和水稻中的ERF基因，按照E值從小到大各選取30個基因作為候選基因。利用TBtools軟件從玉米、 擬南芥、 水稻的基因組文件中提取相應(yīng)的ERF基因序列和蛋白質(zhì)序列， 之后利用序列比對軟件DNAMAN篩選掉同一基因的不同轉(zhuǎn)錄本冗余序列， 最后將篩選出來的基因非冗余序列通過NCBI的保守結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫（CDD Search，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd）驗(yàn)證其是否含有完整的AP2結(jié)構(gòu)域，以確定它們是否屬于ERF亞家族，最終確定玉米ERF亞家族候選基因。

1.2 玉米ERF基因的染色體定位

利用TBtools軟件從玉米gff文件中提取出ERF候選基因的染色體位置信息以及玉米各染色體的長度信息， 利用繪制基因圖在線網(wǎng)站（MG2C，http：//mg2c.iask.in/mg2c_v2.1/）對玉米ERF基因的染色體定位進(jìn)行可視化，根據(jù)玉米各個ERF基因在染色體上的定位對其命名。

1.3 玉米ERF蛋白的基本理化性質(zhì)分析

利用植物基因組數(shù)據(jù)庫（EnsemblPlants，http：//plants.ensembl.org/index.html）查找玉米ERF基因的內(nèi)含子數(shù)量、 編碼氨基酸長度等。利用蛋白質(zhì)分析軟件（ExPASy，https：//web.expasy.org/protparam/）檢索各蛋白的分子質(zhì)量、 理論等電點(diǎn)和不穩(wěn)定系數(shù)。 在網(wǎng)站Plant-PLoc2.0（http：//www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）上預(yù)測玉米ERF

蛋白的亞細(xì)胞定位。

1.4 玉米ERF蛋白的結(jié)構(gòu)域預(yù)測

在NCBI中的批量檢索蛋白結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫（Batch CD-Search，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/bwrpsb/bwrpsb.cgi）中預(yù)測分析玉米ERF蛋白的保守結(jié)構(gòu)域，利用TBtools軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)果可視化。

1.5 玉米、 水稻、 擬南芥ERF蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化分析

對玉米ERF候選基因和水稻、 擬南芥的各30個ERF基因進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析， 使用MEGA11軟件中的鄰接法， 設(shè)置自展值（Bootstrap）為1 000， 構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹， 借助進(jìn)化樹在線編輯軟件（EvolView， https：//www.evolgenius.info/evolview-v2）美化進(jìn)化樹。

1.6 玉米ERF基因結(jié)構(gòu)分析

在NCBI數(shù)據(jù)庫中檢索玉米ERF基因的內(nèi)含子、 外顯子、 非編碼區(qū)（UTR）長度、 起始位置及終止位置， 采用基因結(jié)構(gòu)顯示軟件（GSDS2.0，http：//gsds.gao-lab.org/）實(shí)現(xiàn)玉米ERF基因結(jié)構(gòu)可視化。

1.7 玉米ERF蛋白的保守基序分析

使用保守基序在線分析工具（MEME Suite 5.5.3，https：//meme-suite.org/meme/tools/meme）對玉米ERF蛋白進(jìn)行保守基序分析，之后利用TBtools軟件將MEME的分析結(jié)果可視化。

1.8 玉米ERF基因的啟動子順式作用元件分析

利用TBtools從玉米fna文件和gff文件中提取出87個ZmERF基因編碼區(qū)上游2 000個堿基序列作為啟動子序列，利用植物順式作用調(diào)控元件在線網(wǎng)站（PlantCARE，https：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）預(yù)測啟動子區(qū)域的順式作用元件，將預(yù)測結(jié)果篩選整理之后，利用TBtools軟件進(jìn)行可視化繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米ERF基因的鑒定

本文中共從玉米B73基因組AGPv4版本中BLAST得到了148個玉米AP2/ERF基因，通過DNAMAN序列比對去掉同一基因不同轉(zhuǎn)錄本序列和NCBI的CDD-Search結(jié)構(gòu)域預(yù)測，最終篩選得到87個玉米ERF亞家族基因，分別命名為ZmERF1、 ZmERF2、…、 ZmERF87，基本信息見表1。

2.2 玉米ERF基因的染色體定位

染色體定位分析結(jié)果見圖1。由圖可知，87個玉米ERF基因不均勻分布在玉米10條染色體上的所有區(qū)域，分布范圍為10、 11、 6、 10、 9、 8、 10、 7、 6、 10個ZmERF基因，并且有87.4%的ZmERF基因定位于染色體臂。

2.3 玉米ERF蛋白的理化性質(zhì)分析

對87個玉米ERF蛋白進(jìn)行理化性質(zhì)分析， 結(jié)果見表1。 結(jié)果表明， 玉米ERF亞家族成員之間存在著較大的差異， 表明基因功能具有多樣性。 ERF亞家族成員編碼的蛋白序列長度為124～603 aa，平均長度為264 aa， 蛋白質(zhì)分子質(zhì)量為13.23～65.44 kDa，等電點(diǎn)為4.44～10.84，平均值為7.31，其中46個ERF蛋白等電點(diǎn)小于7，呈酸性，41個ERF蛋白等電點(diǎn)大于7，呈堿性。穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示，大部分ERF蛋白不穩(wěn)定系數(shù)大于40，在體外不穩(wěn)定，易降解，僅ZmERF38基因的不穩(wěn)定系數(shù)為30.99，相對穩(wěn)定。亞細(xì)胞定位預(yù)測結(jié)果表明，除了ZmERF4、 ZmERF23、 ZmERF39和ZmERF79這4個玉米ERF基因分布在細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核之外，其余83個ERF基因均定位于細(xì)胞核，表明玉米ERF亞家族中大多數(shù)成員在細(xì)胞核發(fā)揮作用，少數(shù)在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核同時發(fā)揮功能。

2.4 玉米ERF蛋白的保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測

對玉米87個ERF蛋白保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除ZmERF4蛋白含有4個AP2結(jié)構(gòu)域（如圖2所示）外，其他ERF蛋白均只含有1個AP2結(jié)構(gòu)域，與先前的AP2/ERF家族特征研究結(jié)果相一致，大多數(shù)ERF成員僅含有1個AP2結(jié)構(gòu)域^［9］。

2.5 玉米、 擬南芥、 水稻ERF亞家族的系統(tǒng)進(jìn)化分析

將87個玉米ERF蛋白與30個水稻、 30個擬南芥ERF亞家族成員構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，如圖3所示。由圖可知，玉米ERF亞家族可根據(jù)各分支的親緣關(guān)系以及擬南芥與水稻的ERF基因在該系統(tǒng)進(jìn)化樹中的分布進(jìn)一步被分為5個組：第1組包含19個ERF基因，占基因總數(shù)的21.84%； 第2組中的ERF基因數(shù)最少，有7個，占基因總數(shù)的8.05%； 第3組的ERF基因數(shù)量最多，達(dá)到28個，占基因總數(shù)的32.18%； 第4組包含21個ERF基因，占基因總數(shù)的24.14%； 第5組含有12個ERF基因，占基因總數(shù)的13.79%。在系統(tǒng)進(jìn)化分析中，擬南芥、 水稻和玉米ERF基因之間存在明顯的系統(tǒng)進(jìn)化樹結(jié)構(gòu)相似性，說明玉米ERF基因有一個保守的進(jìn)化過程。

2.6 玉米ERF基因結(jié)構(gòu)分析與保守基序分析

對ZmERF基因結(jié)構(gòu)和保守基序進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯蠖鄶?shù)ZmERF基因沒有內(nèi)含子，存在內(nèi)含子的基因占總基因的20.69%，且不同亞族之間的基因結(jié)構(gòu)具有較大差異，而同一亞族內(nèi)基因成員具有一定的保守性［圖4（a）］。例如，第5組的12個ZmERF基因均沒有內(nèi)含子，第1

組的19個ERF基因中只有ZmERF4有1個內(nèi)含子。含有內(nèi)含子的ERF基因大多分布在第2、 3、 4組中，其中： 第2組中有3個ERF成員有1個內(nèi)含子； 第3組中有9個成員含有內(nèi)含子，其中ZmERF2、 ZmERF8、 ZmERF61有2個內(nèi)含子，其余6個基因有1個內(nèi)含子； 第4組中有5個成員含有1個內(nèi)含子。

對玉米ERF亞家族的保守基序進(jìn)行MEME預(yù)測分析，共鑒定到了10個保守基序（Motif-1、Motif-2、…、Motif-10）［見圖4（b）、 圖5］。其中Motif-1和Motif-2在ZmERF家族中最為保守，通常以串聯(lián)方式存在，表明它們可能是ERF亞家族中最保守的AP2結(jié)構(gòu)域，在ZmERF亞家族行使功能過程中扮演重要的角色。組內(nèi)成員的保守基序種類、數(shù)量和分布較為相似，而組間ERF成員保守基序種類和數(shù)量等差異則較大，表明ZmERF基因的進(jìn)化既具有保守性，又存在功能上的分化。

2.7 玉米ERF亞家族的順式作用元件分析

為了進(jìn)一步探索玉米ERF亞家族基因的功能和

調(diào)控機(jī)制，對ZmERF基因序列上游2 000個堿基的啟動子序列進(jìn)行順式作用元件預(yù)測，結(jié)果見圖6和表2。由圖、 表可見，ZmERF基因啟動子序列中共分析得到許多個順式作用元件，具有功能注釋的元件約72種，可大致分為與生長發(fā)育相關(guān)的元件、激素響應(yīng)元件、 生物及非生物脅迫響應(yīng)元件、 光響應(yīng)元件、 轉(zhuǎn)錄必需元件共5類。大部分的 ZmERF基因具有響應(yīng)激素的作用元件，例如茉莉酸、 生長素、 赤霉素、 脫落酸、 水楊酸、 乙烯等。同時大多數(shù)的ZmERF基因都含有不同的生物和非生物脅迫響應(yīng)元

件，包括干旱響應(yīng)元件、 厭氧誘導(dǎo)響應(yīng)元件、 氧化應(yīng)激響應(yīng)元件、 光響應(yīng)元件、 傷害響應(yīng)元件、 脫水響應(yīng)元件、 低溫響應(yīng)元件、 防御和脅迫響應(yīng)元件等。除此之外，ZmERF基因的啟動子區(qū)域還存在與生長發(fā)育有關(guān)的順式作用元件，例如分生組織特異性激活元件、 分生組織表達(dá)調(diào)控元件、 種子特異性調(diào)控元件、玉米醇溶蛋白代謝調(diào)控元件、柵欄葉肉細(xì)胞分化調(diào)控元件、 細(xì)胞周期調(diào)控元件、 晝夜節(jié)律調(diào)控元件、 胚乳表達(dá)元件、類黃酮生物合成基因調(diào)控元件等。綜上所述，ZmERF亞家族成員具有很多重要的調(diào)控功能，在調(diào)控玉米生長發(fā)育的同時，也在非生物脅迫、 生物脅迫以及調(diào)節(jié)激素信號通路中發(fā)揮重要作用。

3 討論

玉米作為世界重要的農(nóng)作物之一，在生長周期中若遭受各種不利因素的影響，將會導(dǎo)致玉米的質(zhì)量與產(chǎn)量大幅下降，嚴(yán)重威脅世界糧食安全^［31］。為了應(yīng)對各種不利因素，植物在生命周期（生長、 發(fā)育和繁殖）中會產(chǎn)生一系列生理變化，對脅迫形成不同的防御機(jī)制，轉(zhuǎn)錄因子在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中起著不可忽視的作用，包括感知各種脅迫信號和調(diào)控相應(yīng)脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)^［32］。已有研究^［33-34］報道，擬南芥、 水稻和玉米中分別含有1 922、 1 611和3 337個轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子已被分為至少60個超家族。

AP2/ERF超家族最早在擬南芥中被發(fā)現(xiàn)，是植物中最大的特異性轉(zhuǎn)錄因子家族之一^［35］， 參與植物的各種生物脅迫、 非生物脅迫、 初生、 次生代謝、 細(xì)胞周期調(diào)控和生長發(fā)育調(diào)控等多種生理過程^［36-37］。 最初， 第一個ERF被鑒定為煙草中的乙烯響應(yīng)元件結(jié)合蛋白^［18］， 隨著更廣泛的基因組序列測序的完成， ERF的鑒定和研究已經(jīng)在各種物種中進(jìn)行。 在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了65個ERF基因，而在水稻、小麥、 大麥、 馬鈴薯和番茄中分別發(fā)現(xiàn)了79、 47、 22、 136、 100個同源基因^［38］。近幾年來，越來越多的研究聚焦于轉(zhuǎn)錄因子中的AP2/ERF超家族， 探索它們在植物生長發(fā)育各個階段的調(diào)控機(jī)制。目前擬南芥、 水稻、 小麥中的AP2/ERF研究的較多、 較透徹， 關(guān)于玉米中的AP2/ERF家族研究的還比較少。玉米AP2/ERF家族中ERF亞家族的成員最多， AP2亞家族中有31個成員， DREB亞家族有49個成員， RAV亞家族有2個成員，目前關(guān)于玉米AP2/ERF家族的研究還僅僅是對這整個超家族的全基因組鑒定和表達(dá)譜分析，針對于超家族中具體基因的研究目前還較少。本文中研究基于玉米基因組數(shù)據(jù)庫，使用生物信息學(xué)等技術(shù)鑒定分析了玉米ERF亞家族成員的特征和進(jìn)化關(guān)系，為后續(xù)相關(guān)基因功能的研究奠定基礎(chǔ)。

本文中共篩選鑒定出87個編碼具有完整AP2結(jié)構(gòu)域的ZmERF基因，隨機(jī)分布在玉米的10條染色體上，位于染色體臂的ZmERF基因約占基因總數(shù)的87.4%。玉米、 擬南芥、 水稻ERF亞家族的系統(tǒng)進(jìn)化分析表明，玉米ERF基因有一個保守的進(jìn)化過程，系統(tǒng)進(jìn)化樹將其分為5個組，基因數(shù)量分別為19、 7、 28、 21、 12個。為了進(jìn)一步了解ERF亞家族在玉米中的進(jìn)化和結(jié)構(gòu)多樣性，本文中分析了ZmERF基因的基因結(jié)構(gòu)和保守基序，在87個ZmERF蛋白中共發(fā)現(xiàn)了10個保守基序，其中Motif-1和Motif-2存在于所有ZmERF蛋白中，表明它們可能是ERF亞家族中最保守的AP2結(jié)構(gòu)域，在ZmERF亞家族行使功能過程中扮演重要的角色。除了與AP2結(jié)構(gòu)域相關(guān)的保守基序外， 其他8個保守基序在組間特異性分布。 例如， Motif-4特異性地存在于第1組中， Motif-3和Motif-10特異性地存在于第3組中。 這些特定的基序在不同的組中可能具有重要的功能， 盡管ZmERF蛋白中的大多數(shù)基序是高度保守的， 但一些特定的基序可能與蛋白的新功能有關(guān)， 必須要深入研究。 基因結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，占比79.31%的ZmERF基因沒有內(nèi)含子。先前的研究^［39］表明，內(nèi)含子可能在進(jìn)化過程中逐漸丟失。ERF亞家族成員在進(jìn)化過程中丟失內(nèi)含子可能會影響其功能^［40］?？傊蚝偷鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)分析顯示組內(nèi)成員較為保守，組間ERF成員存在差異，表明ZmERF基因的進(jìn)化既具有保守性，又具有多樣性。

轉(zhuǎn)錄調(diào)控在基因表達(dá)調(diào)控中起主導(dǎo)作用，主要是由在基因啟動子上的順式作用元件控制^［41-42］。為了進(jìn)一步研究ZmERF基因的生物學(xué)活性，本文中獲得了ZmERF基因上游2 000個堿基的啟動子區(qū)域，并使用PlantCARE數(shù)據(jù)庫分析順式作用調(diào)控元件。在玉米ERF基因的啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)了各種類型的順式作用元件。順式作用元件是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合區(qū)，在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中起著重要作用。順式作用元件在不同基因中的分布不同，大量順式作用元件被預(yù)測與轉(zhuǎn)錄、 各種激素、 應(yīng)激反應(yīng)、 細(xì)胞周期、 生長發(fā)育和次生代謝產(chǎn)物生物合成有關(guān)。有研究^［43-47］表明，在很多植物中AP2/ERFs廣泛參與調(diào)控ABA、 ET、 GA、 細(xì)胞分裂素（CTK）和油菜素內(nèi)酯（BR）等植物激素通路。目前有關(guān)ERF蛋白的研究主要集中在非生物脅迫的分子機(jī)制，ERF蛋白在植物受到非生物脅迫時激活植物激素信號通路，進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，最終調(diào)節(jié)功能基因的表達(dá)抵抗脅迫。除此之外，AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子廣泛參與植物的生長發(fā)育與初生、 次生代謝調(diào)控。擬南芥中TINY基因 功能獲得突變體表現(xiàn)出由于細(xì)胞減小而引起的植株矮小、胚軸縮短和不育等性狀^［48］。玉米中的ERF基因ZmBD1和水稻中的同源基因OsFZP調(diào)節(jié)穗分生組織周圍區(qū)域的分生組織特征^［49-50］。ERF還與果實(shí)品質(zhì)性狀調(diào)控相關(guān)，例如：番茄基因組中27個ERF轉(zhuǎn)錄因子在果實(shí)成熟過程中表達(dá)上調(diào)，28個基因下調(diào)^［51］； MaERF17基因有助于蘋果果皮的脫綠^［52］； 柿子中DKERF2、 DKERF5和DKERF8基因響應(yīng)乙烯處理，從而使果實(shí)脫澀等^［53］。同時ERF轉(zhuǎn)錄因子還與一些次生代謝產(chǎn)物合成有關(guān)，包括木脂素、 長春花生物堿、 青蒿素、 類黃酮、 類胡蘿卜素和花青素等^［54-58］?？傊?，上述發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步研究玉米ERF基因的潛在功能提供了基礎(chǔ)。本綜述中對玉米ZmERF亞家族成員的分析不僅有助于選擇有價值的ZmERF候選基因進(jìn)行進(jìn)一步的功能研究，而且有望在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和玉米品種抗逆改良等研究中發(fā)揮重要作用。

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（責(zé)任編輯：于海琴）