拟南芥转录因子CBF的冷调控机制研究进展

拟南芥中CBF(C-repeat binding factor)转录因子在抗寒性方面起重要作用,低温可诱导CBF转录因子的表达。CBF转录因子能够特异结合启动子中含有CRT/DRE(C-repeat/dehydration responsive element)的顺式元件,激活COR等基因的表达,从而增强植株抗寒能力,对调控逆境诱导基因的表达具有非常重要的作用。对CBF转录因子的结构特点、功能、表达调控以及与CBF相关的其它低温调节途径进行了综述,为提高植物综合抗逆性的研究提供参考。     

植物冷驯化相关信号机制

植物经过非致死温度的处理可以获得更强的抗冷能力叫做冷驯化,主要包括寒驯化和冻驯化 .在冷驯化过程中,质膜首先感受冷信号,调节胞质中IP3的含量,诱导胞质Ca2+浓度的升高,从而激活CBF基因的表达.至今已经克隆了大量的冷调控基因,组成了复杂的信号传导网络,其中ICE1-CBF-COR通路在植物的冷驯化过程中起到重要的作用.ICE1基因编码一个MYB类型的碱性螺旋 环-螺旋（bHLH）转录因子,在上游调节CBF和 其它转录因子的表达,提高抗冷性. HOS1蛋白通过泛素化介导的蛋白降解负调控ICE1,另外,CBF还通过转录的自我调控保持恰当的表达水平.基因的分析研究证明,RNA修饰和核质转运在植物的抗冷过程中也具有重要作用.在不依赖于CBF的途径中,转录因子HOS9和HOS10在调节抗冷有关基因的表达和提高抗冷能力方面具有至关重要的作用.     

拟南芥冷诱导型启动子CBF 3的克隆及活性检测

目的：构建冷诱导型启动子CBF3基因的植物表达载体,并将其转入烟草。方法：以拟南芥基因组DNA为模板,通过特异PCR扩增,克隆冷诱导表达启动子CBF3（C-repeat binding factor）。用CBF3启动子替换pBI121载体上的35S启动子构建新的载体pBC-GUS,通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草。结果：获得了转基因烟草,转基因烟草的GUS组织化学染色及PCR分析结果表明,在低温诱导下,CBF3启动子可增强GUS基因表达。结论：CBF3启动子可应用于植物抗冷基因工程研究。     

植物低温诱导转录因子CBF研究进展

植物在低温驯化过程中能诱导许多基因的表达。其中CBF转录因子是目前植物抗寒分子生物学领域研究的热点之一。它通过与低温诱导基因启动子区域中的CRT/DRE调控元件结合,调控一系列低温诱导基因的表达,从而提高植物的抗寒性。对植物低温诱导CBF转录因子的结构、功能及其表达调控等方面的研究进展进行了综述。     

植物冷响应基因调控和冷信号转导

植物细胞内存在丰富多样的冷响应基因,但只有一部分与植物的抗冷性有关.植物抗冷性状是由多基因调控的累积性状,CBF(CRT-DRE binding factors)是许多抗冷基因的转录激活子;Ca2 与蛋白质的磷酸化和去磷酸化反应参与了冷信号转导;最近分子方面的的证据也表明在植物细胞内存在着冷信号转导的负调控元件.     

& 转录因子CBF在植物抗寒中的重要作用

低温能够诱导植物许多基因的表达,从而使植物具有抗寒性,这种现象称为冷驯化。对于植物冷驯化的分子机理,目前研究的最多的是CBF转录因子调控的信号转导途径,其作用途径可归纳为：CBF(C-repeat Binding Factor)转录因子→CRT/DRE(C-repeat /Dehydration Responsive Element)基序→COR基因表达→植物抗寒性增加。研究CBF转录因子在抗寒中的作用机制,能为提高植物的抗寒性,培育抗寒作物品种提供新方向。      

棉花CBF2基因克隆和超表达CBF2棉花增强抗冷性

CBF(C-repeat binding factor)是一类植物特有的转录因子,其主要功能是提高植物的抗冷性。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum)‘柯字棉312’中克隆到1个棉花CBF基因,命名为GhCBF2。蛋白序列分析结果表明,GhCBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有一个由216个氨基酸组成的AP2转录因子保守结构域。在棉花幼苗受到冷处理后,GhCBF2基因的表达水平提高。在冷胁迫处理后,过量表达GhCBF2基因棉花的存活率要显著高于野生型棉花,其细胞膜的相对渗透率显著低于野生型棉花,而可溶性糖含量显著提高。以上研究表明,GhCBF2基因可能在提高棉花抗冷性发挥作用。     

拟南芥CBF1与植物对低温和干旱的抗性

对冷驯化过程中基因表达差异的认识,使抗冻基因(COR)的克隆及其功能的分析成为研究冷驯化过程的主要目标。在拟南芥和其他抗冻植物中,分离了许多COR基因,这些基因对植物抗冻起着非常重要的作用。在拟南芥COR调控的研究中,发现了CBF转录因子的基因家族,其中CBF1能调控一组COR基因的表达。近年来,在冷敏植物如番茄和玉米中也发现了CBF类似基因,拟南芥CBF1基因在转基因番茄中的过量表达提高了植株的抗寒和抗旱性。这一研究结果展示了拟南芥CBF1类似基因的应用可能为冷敏植物抗寒和抗旱性的品种改良提供一条新的途径。     

植物冷驯化相关基因研究进展

冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程,主要包括寒驯化（cool acclimation）和冻驯化（freezing acdimation）。在冷驯化过程中,植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响,已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分,其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子,与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术,可以有效地改善作物的耐冷性状。     

Expression of a sweet cherry DREB1/CBF ortholog in Arabidopsis confers salt and freezing tolerance

Dehydration responsive element binding protein 1 (DREB1)/C-repeat binding factor (CBF) induces the expression of many stress-inducible genes in Arabidopsis. We have previously reported the identification of three DREB1/ICBF homologs from sweet cherry (Prunus avium). To identify the function of these homologs, one of the genes, CIG-B, was transformed into Arabidopsis. In one of the transgenic plant lines, the DREB1/CBF target gene cor15a was induced in the absence of stress treatment. The cor15a-overexpressing transgenic plant exhibited mild growth retardation and had greater salt and freezing tolerance than did the wild-type and the transgenic lines in which cor15a was not induced. These results suggest that this sweet cherry DREB1/CBF homolog has a function similar to that of DREB1/CBF.     

CBF4基因植物表达双元载体的构建

目的:对拟南芥CBF4基因序列进行克隆.方法:用限制性内切酶将CBF4基因从pMD18-T CBF4载体上切下,定向连接到含超强启动子的pC2301-35S-OCS表达载体上,成功构建了CBF4基因植物表达载体pC2301-35S-OCS-CBF4.利用冻融法将此表达载体导入只含辅助质粒的根癌农杆菌中,提取转化质粒,经PCR扩增和酶切验证鉴定表明.结果:CBF4基因植物表达双元载体构建成功.结论:转CBF4基因烟草的抗寒性比野生型烟草要高.