DREB转录因子与植物非生物胁迫抗性研究进展

干旱、高盐、低温等非生物逆境胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量。转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB类转录因子即干旱应答元件结合蛋白是AP2/EREBP转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异结合,在非生物逆境胁迫条件下调节一系列下游胁迫诱导逆境应答基因的表达,从而提高植物耐逆性。就DREB转录因子的结构特点、表达调控以及提高转基因植株胁迫耐受性的最新研究成果进行了评述。     

梨DREB基因家族全基因组鉴定及分析

本研究为鉴定梨DREB基因,分析其生理特性和结构,并研究DREB蛋白的相互作用以及在不同逆境中的表达差异,通过生物信息学方法,对梨DREB转录因子进行了鉴定与分析。如利用本地BLAST、Pfam等搜索、鉴定DREB蛋白;采用Protparam、Signal P、SPOMA、MEME数据库、DNAMAN、MEGA6.0等对蛋白进行结构特性和进化关系分析;基于String数据库对DREB蛋白进行功能互作分析;并运用拟南芥Illumia RNA-Seq数据进行同源表达分析。从梨全基因组中鉴定了60个DREB基因,通过与拟南芥DREB基因聚类分析,共分为6个亚组(A1~A6)。编码的氨基酸残基数在99~496个之间,平均含有250个氨基酸残基,整体呈弱酸性。系统分析了Pbr DREBs蛋白的保守基序和基因结构,发现这些Pbr DREBs蛋白都含有一个典型的AP2/ERF结构域,这个结构域含有55个左右的氨基酸残基,大部分以YRG保守元件开始,到RAYD保守元件终止。对Pbr DREBs蛋白之间的功能联系网络进行了系统的研究,发现DREB转录因子在梨的生长发育过程及其多种逆境反应的信号转导中发挥着重要作用,且在逆境调控中各亚组成员之间也可能存在交叉作用,其中,A1亚组即CBF转录因子在蛋白质相互调控中起重要作用。并利用同源拟南芥RNASeq数据对Pbr DREBs蛋白进行了低温、干旱等非生物胁迫下的同源分析,表明DREB蛋白在多种胁迫中都起到了重要作用。初步鉴定出的梨60个DREB基因在功能、结构、特性等方面与拟南芥及其它已报道的物种DREB基因相似,并在低温、干旱等逆境中起到重要作用。     

DREBs响应植物非生物逆境胁迫研究进展

寒冷、干旱和高盐等非生物胁迫作为常见的不利环境条件，严重影响全球植物生长和生产力。干旱应答元件结合蛋白（dehydration responsive element binding protein, DREB）是植物重要转录因子之一，其家族成员均含有一个57-70个氨基酸残基的保守AP2结构域。DREB通过与胁迫诱导基因启动子区中的脱水反应元件/C-重复（dehydration responsive element/C-repeat, DRE/CRT）顺式作用元件相互作用，调节下游各种应激基因的表达，赋予植物应激耐受性。本文从DREB家族结构特点和分类出发，结合最新研究进展，阐述其在非生物胁迫过程中的作用机制，旨在更加深入地了解DERB类转录因子在非生物胁迫响应过程中的分子调控网络，以期为未来利用基因工程手段提高植物抗逆性方面提供参考。     

白桦HD-Zip基因家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子蛋白家族是植物特有的一类转录因子蛋白,在植物生长发育和抵抗逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。利用白桦全基因组数据库,获得白桦35条HD-Zip蛋白序列,参考拟南芥中该家族的分类方法,将这些成员分成HD-ZipⅠ-Ⅳ四个亚家族,并对这些成员的蛋白保守结构域、氨基酸组成、染色体分布、和理化性质等进行了预测和分析。从高盐处理的白桦幼苗根组织的转录组数据,鉴定了7个差异表达的基因。本研究为进一步研究白桦HD-Zip家族基因调控白桦耐盐性的功能提供了理论支持。     

独行菜LaAP2基因克隆、生物信息学分析及表达分析

AP2/ERF是广泛存在于植物中一类重要的转录因子,调控一些参与非生物胁迫相关基因的表达,帮助植物提高逆境胁迫能力。为了深入探讨LaAP2在独行菜耐受低温萌发及幼苗耐受低温生长中的功能,该研究基于前期对独行菜(Lepidium apetalum)转录组数据库分析,克隆获得一个显著上调表达的AP2/ERF家族序列LaAP2。该基因cDNA全长为1 005 bp,编码氨基酸序列包含一个AP2和一个B3结构域,属于AP2/ERF转录因子RAV亚家族。推定的LaAP2蛋白分子量为37.744 67 kD,等电点为9.49。该蛋白氨基酸序列同亚麻荠、拟南芥、油菜等物种显示出较高同源性,系统进化分析结果表明与拟南芥亲缘关系较近。氨基酸序列分析预测表明,LaAP2基因所编码的蛋白不具备信号肽区段,无跨膜区,不属于分泌蛋白,可能为亲水性蛋白;定位于细胞质的可能性为56.5%,定位于细胞核的可能性为21.7%;其主要二级结构元件为无规则卷曲、延伸链、α-螺旋。Real-time PCR分析独行菜幼苗中LaAP2在低温4℃处理下的表达,显示LaAP2表达受低温胁迫呈先下降后升高趋势。这表明LaAP2在独行菜幼苗抵抗低温胁迫中起调控作用。     

植物AP2/ERF转录因子家族的研究进展

作为植物最大转录因子家族之一,AP2/ERF转录因子广泛存在于植物中,并因其在基因育种等方面具有重要作用而倍受关注。AP2/ERF转录因子家族成员至少含有一段60个左右氨基酸构成的AP2保守结构域,根据结构域的数量和识别序列的不同可以将其分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 5个亚家族,且在拟南芥、水稻、玉米和番茄等植物中,AP2/ERF转录因子及其各个亚家族成员的数量各不相同。研究发现,AP2/ERF转录因子可通过响应乙烯、细胞分裂素和生长素的调节从而直接或间接参与种子发育过程、花和果实等器官的形态建成等植物发育的多个进程;除了初生代谢,AP2/ERF转录因子还在植物次生代谢尤其是在调控药用植物主要药用活性成分(如青蒿素、紫杉醇和木质素)合成方面效果显著。同时,有报道称拟南芥AP2/ERF基因具有正向调节抗灰霉病的功能,一些AP2/ERF基因也被报道在植物应对高盐、干旱、缺氧、低温等非生物胁迫方面具重要功能;另外,AP2/ERF类转录因子还参与了乙烯等介导的非生物信号传导。介绍AP2/ERF转录因子的结构分类特征、在不同植物中的数量分布,并阐述其在植物发育、次生代谢、生物与非生物胁迫和信号传导等方面的研究进展,以期为培育出兼具高产、抗病的实用型转基因作物提供理论依据。     

DREB2s转录因子基因的表达调控机制研究进展

DREB2s是植物特有的转录因子,隶属于AP2/EREBP转录因子家族,对干旱、高盐或低温、高温等非生物胁迫应答基因的表达有重要的调控作用。不同植物来源的DREB2在基因结构上有细微差异,对非生物胁迫的响应亦有不同表现。本文阐述了DREB2s的蛋白质结构特征及其对多种非生物胁迫的应答反应,并深入分析了DREB2s转录水平和转录后加工水平的表达调控分子机制的最新研究进展,为理解DREB2s基因功能、分子调控机制及作物抗逆基因工程提供理论依据。     

灵宝杜鹃SBP基因家族的鉴定及非生物胁迫下的表达分析

【目的】 SQUAMOSA启动子结合蛋白（SBP）家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,本研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】采用生物信息学方法对灵宝杜鹃（Rhododendron henanense subsp. lingbaoense）SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并利用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达。【结果】结果表明：（1）从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1- RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179~1 072 aa,分子量为20.26~118.73 kD;蛋白定位于细胞核。（2）系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥SPL家族成员聚类。（3）MEME分析表明,所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于I、Ⅱ、Ⅲ亚族。（4）顺式作用元件分析表明,RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫发挥重要作用。（5）物种间的共线性分析显示灵宝杜鹃和羊踟蹰、圆叶杜鹃SBP基因共线性关系与水稻、拟南芥相比更强。（6）转录组数据分析显示,RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式。（7）qRT-PCR分析表明,RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异。茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达处于先上调再下调趋势,RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因。     

草坪草狗牙根中抗逆基因BeDREB的克隆及功能鉴定

DREB(dehydrationresponsiveelementbindingprotein)蛋白是一类在植物中所特有的,能与DRE(dehydrationresponsiveelement)顺式作用元件特异性结合的转录因子,调控与干旱、高盐以及低温等逆境胁迫应答有关基因的表达.根据狗牙根近缘植物的DREB转录因子的AP2EREBP保守结构域的基因序列,通过RTPCR和RACE的方法分别从冷诱导和盐诱导的狗牙根cDNA中扩增到了2个似DREB基因,分别命名为BeDREB1和BeDREB2,并已提交NCBIGenBank,其登录号分别为AY462117和AY462118.这两个基因的编码框均为753个碱基,编码251个氨基酸,具有DREB转录因子的典型特征.两种逆境胁迫下扩增的基因序列同源性很高,达到了97.8%.利用酵母单杂交真核转录激活的方法进行了功能鉴定,证明BeDREB1和BeDREB2蛋白均可以与DRE顺式作用元件结合,激活下游报告基因HIS3的表达.RTPCR结果显示,BeDREB1基因受冷胁迫诱导表达,而BeDREB2受盐胁迫的诱导表达,且随着诱导时间的不同,表达量也在发生变化.上述结果表明,从狗牙根中克隆到的BeDREB1和BeDREB2基因属于DREB转录因子家族的新成员,在狗牙根中分别与冷胁迫和盐胁迫的信号转导有关.     

抗逆相关AP2/EREBP转录因子研究进展

干旱、低温、土地盐碱化等非生物胁迫是影响植物生长发育以及作物产量的重要因素。近年来大量研究表明,多种转录因子参与调控植物对各种生物及非生物胁迫的应答与防御反应,与此同时人们对其作用机理的探索也日渐深入。AP2/ERF转录因子家族是植物所特有的一类转录因子,在拟南芥中该家族至少有146个成员;而在水稻中该基因家族多达181个,是已知水稻转录因子基因中最大的家族。这些编码含有一个保守APETALA(AP2)结构域的蛋白质可能在植物多个发育过程及应答外界环境信号过程中发挥重要功能。综述了AP2/EREBP类转录因子的结构特征及其功能特性,并重点讨论了它们在植物抗逆中的调控作用及其在植物抗逆性分子遗传改良上的意义。     

沙鞭PvDREB基因克隆与表达特异性分析

基于沙鞭的三代转录组数据,该研究利用PCR技术克隆DREB基因,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR分析该基因的表达模式以及在20%PEG-6000模拟干旱胁迫处理下的表达特征,以探讨干旱胁迫下沙鞭DREB转录因子的功能和作用,为揭示PvDREB基因响应沙鞭的耐旱分子机制奠定基础。结果表明：(1)成功克隆获得一个沙鞭DREB基因,命名为PvDREB;PvDREB基因编码区长度831 bp、编码276个氨基酸,含有典型的AP2转录因子保守结构域;PvDREB蛋白是亲水性蛋白,不具有信号肽结构,存在跨膜结构和可能的糖基化及磷酸化位点。(2)系统进化分析显示,PvDREB基因与毛竹的DREB亲缘关系较近。(3)亚细胞定位预测表明,PvDREB蛋白定位于线粒体和细胞核中。(4)qRT-PCR显示,沙鞭根、茎和叶中PvDREB均可诱导表达但差异较大,且在茎中表达量最高,叶中次之,根中最低,具有明显的组织特异性;20%PEG-6000模拟干旱下,PvDREB基因在叶中的表达量随干旱胁迫时间增加而增加,12 h时达到最高,之后逐渐下降。研究推测,沙鞭PvDREB基因受干旱胁迫诱导表达,且...     

新疆野苹果AP2/ERF转录因子家族鉴定与响应腐烂病的表达分析北大核心CSCD

AP2/ERF转录因子家族参与了植物生长发育、抵抗胁迫以及植物激素响应等诸多生物过程,是植物中最重要的转录因子家族之一。该研究基于腐烂病菌侵染后的新疆野苹果(Malus sieversii)全长转录组,使用AP2保守结构域的隐马可夫模型PF00847,鉴定新疆野苹果的AP2/ERF家族成员。利用MEGA6、NCBI CDD-batch、MEME、EXPASY、BUSCA对MsAP2/ERF家族成员进行鉴定、分类和结构分析、理化性质和亚细胞定位分析。通过RNA-seq数据和qRT-PCR实验对差异表达的MsAP2/ERFs基因的表达水平进行分析和验证,旨在鉴定新疆野苹果中潜在具有腐烂病抗性的AP2/ERF家族基因资源。结果显示:(1)在新疆野苹果中共鉴定获得106个AP2/ERF基因,涵盖全部AP2(17个)、ERF(57个)、DREB(25个)、RAV(5个)和Soloist(2个)5个亚家族。(2)进一步的细化分类发现MsERF亚家族包括B1-B6 6个组,而MsDREB亚家族中只有A2、A4、A5、A6共4个组,缺少A1和A3组的基因成员。(3)RNA-seq表达模式分析结果表明,29个MsAP2/ERF基因在腐烂病感染过程中差异表达,其中MsERF亚家族中差异表达基因数量最多(19个)。(4)12个MsAP2/ERF代表基因的qRT-PCR结果表明:8个ERF亚家族基因均受腐烂病病菌诱导显著上调表达,其中B4类ERF成员基因(MsERF40)在腐烂病病菌侵染后5 d表达量上调表达倍数最高;4个MsDREB基因中,3个受到腐烂病病原菌诱导显著上调,1个下调表达;此外,含有TIR保守结构域的MsERF05在腐烂病病菌侵染1 d后上调表达69倍,表明ERF亚家族的MsERF40和MsERF05在新疆野苹果抗腐烂病过程中发挥重要作用。该研究结果为新疆野苹果AP2/ERF基因响应腐烂病的功能和机理研究奠定了基础。     

茶树品种‘安吉白茶’ CsDREB-A4 b基因的克隆及其对非生物胁迫的响应

采用RT-PCR方法从茶树﹝Camellia sinensis ( Linn.) O. Ktze.﹞品种‘安吉白茶’(‘Anjibaicha’)叶片的cDNA中克隆得到1个编码DREB转录因子的基因,命名为CsDREB-A4b。序列分析结果显示,CsDREB-A4b基因包含长度为873 bp的开放阅读框,编码290个氨基酸,具有保守的AP2结构域。与拟南芥﹝Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.﹞AP2/ERF家族转录因子进行同源进化分析,CsDREB-A4b转录因子属于DREB亚族中的A4组。多重比对结果显示：CsDREB-A4b转录因子与蓖麻(Ricinus communis Linn.)等植物的DREB类转录因子保守结构域氨基酸序列的相似性较高。 CsDREB-A4b转录因子为亲水性蛋白,理论相对分子质量为31938.5,理论等电点为pI 5.91,总平均疏水性为-0.603,碱性、酸性、芳香族和脂肪族氨基酸的比例分别为12%、12%、7%和15%。在高温(38℃)胁迫处理前期,CsDREB-A4b基因的相对表达量显著高于胁迫处理前;在低温(4℃)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈显著升高的趋势;在盐(200 mmol·L-1 NaCl)和干旱(200 g·L-1 PEG)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈先降低后显著升高的趋势。表明CsDREB-A4b基因参与‘安吉白茶’非生物胁迫的响应过程,且在不同胁迫条件下具有表达差异性。     

萝卜TALE转录因子家族的鉴定与分析

TALE (three-amino acid loop extension)转录因子在植物生长发育及细胞分化过程中起重要作用.在多种植物中均已鉴定出TALE转录因子的家族成员,但是萝卜TALE转录因子家族的研究鲜有报道.文中通过生物信息学手段在象牙白萝卜全基因组中鉴定出了分布于9条染色体上的33个TALE家族基因.研究...     

苹果SRS基因家族的鉴定与功能分析北大核心CSCD

SHI-related sequence(SRS)基因家族通过介导激素变化以调控植物成花及生长发育,并且在适应环境胁迫中起重要调控作用。该研究基于苹果(Malus domestica Borkh.)基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果SRS基因家族成员,并分析SRS基因家族特点与功能及表达情况。结果表明:(1)苹果MdSRS基因家族共包含11个成员,分别命名为MdSRS1-MdSRS11,不均匀地分布在苹果的9条染色体上。(2)MdSRS蛋白包含229~414个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.38~9.36之间;亚细胞定位结果表明,MdSRS蛋白大多分布于细胞膜,在细胞核、叶绿体中也有分布。(3)通过引入拟南芥、水稻、番茄及杨树的SRS基因进行系统发育分析表明,将11个MdSRSs分成5个亚族(A-A),在A4中分布最多。(4)顺式作用元件分析表明,11个MdSRSs启动子上游2 000 bp序列分布有激素、环境适应性和逆境诱导等响应元件。(5)荧光定量PCR结果显示,苹果MdSRS基因家族在盐胁迫和干旱胁迫下总体呈下调表达,在ABA胁迫后大多呈上调表达,是具有很大潜力的抗性候选基因,说明SRS家族对ABA调节等非生物胁迫具有调控作用。研究认为,SRS家族的11个成员均参与了调控干旱、盐及ABA胁迫多种逆境的响应,推测在实际苹果生产中对抵御不良环境具有重要作用。