ERF转录因子在植物对生物和非生物胁迫反应中的作用

ERF（ethylene responsive factor）转录因子是植物AP2/ERF转录因子超家族的一个亚家族,其特征是蛋白序列中含有一个高度保守的58或59个氨基酸组成的ERF结构域,广泛参与植物生长发育及各种逆境胁迫反应的调控。文章简要介绍ERF转录因子在植物抗生物和非生物胁迫反应中的作用及其可能机制,并讨论了今后的研究重点。     

大豆ERF转录因子基因GmERF8的克隆与表达分析

ERF转录因子广泛存在于植物中并且参与植物应对生物及非生物胁迫的响应。本研究利用RT-PCR技术从大豆中克隆获得1个新的ERF转录因子基因Gm ERF8,开放阅读框全长627 bp,编码1个由208个氨基酸残基组成的分子量为23.43 k D的蛋白。蛋白结构预测发现,该蛋白含有1个典型的AP2/ERF结合域,2个预测的核定位信号和1个保守的EAR抑制元件。进化分析表明Gm ERF8蛋白与烟草Nt ERF3蛋白的同源性最高。实时荧光定量PCR表明,Gm ERF8在大豆的根和叶中表达量较高。ABA、高盐和低温处理均使Gm ERF8表达量下降;乙烯(ET)和干旱处理则使Gm ERF8的表达量先下降后升高。转录调节能力分析结果显示,Gm ERF8可以抑制报告基因的表达。上述实验结果表明,Gm ERF8可能作为转录抑制子参与大豆对环境胁迫的应答。     

花烟草NaERF1基因的克隆及在非生物胁迫下的表达模式分析

AP2/ERF类转录因子,是植物所特有的最大的一类转录因子家族,在植物的生长发育过程中,扮演着重要的角色。探究花烟草ERF转录因子的生理功能,为花烟草抵御逆境的分子机制研究提供借鉴。采用同源克隆的方法进行基因克隆。通过对花烟草进行非生物胁迫,运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于ERF家族的基因NaERF1。该基因的开放阅读框全长为819 bp,编码了272个氨基酸。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为30.7 kD,等电点为6.07;具有AP2/ERF类转录因子家族典型的保守结构域;该基因主要定位于细胞质内,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaERF1基因与茄科植物的ERF同源性较高,并且与普通烟草的ERF亲缘关系最近。NaERF1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。同时,在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaERF1的表达呈现5种模式。其中,对低钾及ABA胁迫的响应强烈。NaERF1基因属于AP2/ERF类转录因子,可能广泛参与了花烟草包括非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

ERF转录因子调控生物胁迫反应的研究进展

ERF家族是植物所特有的APETALA2/乙烯响应因子(APETALA2/ethylene-responsive factor,AP2/ERF)转录因子家族的一个主要亚家族,其成员结构特点是仅含有1个58-60个氨基酸组成的AP2/ERF结构域。有关该家族成员的大多数研究集中在与寒、旱等非生物胁迫方面,最近越来越多的研究表明ERF在植物抵御病虫侵害等生物胁迫方面也发挥着重要作用。ERF亚家族成员通过结合下游互作基因启动子区域的GCC box元件,从而激活或抑制这些病程相关基因的表达。同时ERFs参与水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)、乙烯(ethylene,ET)及过氧化氢(H2O2)等多种激素的信号途径,通过相互促进/拮抗高效协调体内不同激素抵御病原菌的入侵,提高植物的抗病、抗虫性。本文综述了ERF转录因子的结构功能特点、在不同植物抗生物胁迫中的调控方式,以及其通过协调不同激素信号途径相互作用来提高植物抗病虫的最新研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

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。     

甘薯盐胁迫响应基因IbMYB3的表达特征及生物信息学分析

MYB转录因子具有多种生物学功能,在植物响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。该文从盐胁迫后的甘薯(Ipomoeabatatas)水培苗转录组数据(RNA-seq)中筛选出2个受盐胁迫显著上调表达的MYB基因,分别命名为IbMYB3和IbMYB4。多种非生物胁迫和植物生长物质处理下的基因表达分析显示, IbMYB3受逆境诱导显著上调表达,暗示其可能参与甘薯非生物胁迫响应。生物信息学分析表明,IbMYB3开放阅读框长度为1059bp,编码353个氨基酸残基,蛋白分子量为39.41kDa,理论等电点(PI)为5.26,为酸性带负电的亲水性蛋白。亚细胞定位结果表明,IbMYB3蛋白定位于细胞核,具有较强的转录激活活性。上述结果表明, IbMYB3转录因子可能在甘薯非生物胁迫响应过程中发挥重要调控作用,研究结果为进一步探明IbMYB3基因的功能奠定了基础。     

甘薯盐胁迫响应基因IbMYB3的表达特征及生物信息学分析

MYB转录因子具有多种生物学功能,在植物响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。该文从盐胁迫后的甘薯(Ipomoea batatas)水培苗转录组数据(RNA-seq)中筛选出2个受盐胁迫显著上调表达的MYB基因,分别命名为IbMYB3和IbMYB4。多种非生物胁迫和植物生长物质处理下的基因表达分析显示,IbMYB3受逆境诱导显著上调表达,暗示其可能参与甘薯非生物胁迫响应。生物信息学分析表明,IbMYB3开放阅读框长度为1059 bp,编码353个氨基酸残基,蛋白分子量为39.41 kDa,理论等电点(PI)为5.26,为酸性带负电的亲水性蛋白。亚细胞定位结果表明,IbMYB3蛋白定位于细胞核,具有较强的转录激活活性。上述结果表明,IbMYB3转录因子可能在甘薯非生物胁迫响应过程中发挥重要调控作用,研究结果为进一步探明IbMYB3基因的功能奠定了基础。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育,植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子,在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来,越来越多的研究表明,植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切,AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯,激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外,AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展,为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。     

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。     

ERFs转录因子及其在植物胁迫应答中的作用

ERFs(ethylene-responsive factors)是植物特有的一类转录因子,位于乙烯信号转导途径的下游,具有一个高度保守的含58或59个氨基酸的DNA结合域,通过结合相关基因的启动子顺式作用元件调控植物生物和非生物胁迫反应。综述ERF转录因子的结构特征和分类及其在植物抗逆作用中的研究进展。     

Overexpression of soybean <Emphasis Type="Italic">GmERF9</Emphasis> enhances the tolerance to drought and cold in the transgenic tobacco

Ethylene response factors (ERFs) are widespread in plants, which are widely involved in plant response to biotic and abiotic stress. In this research, a soybean gene, GmERF9, was identified and the function was characterized. The results showed that GmERF9 contained a typical AP2/ERF binding domain and a putative nuclear localization signal sequence. The real-time fluorescence quantitative PCR (qPCR) revealed that the expression of GmERF9 could be induced by ethylene (ET), abscisic acid (ABA), drought, salt and cold stresses. GmERF9 protein could specifically bind to the GCC-box and activate the expression of the reporter gene in the yeast cells and tobacco leaves. Overexpression of GmERF9 enhanced the expression of pathogenesis-related (PR) genes, including PR1, PR2, Osmotin (PR5), and SAR8.2. Also, the overexpression of GmERF9 increased the accumulation of proline and soluble carbohydrate, and decreased the accumulation of malondialdehyde under drought and cold stresses in the transgenic tobacco compared to the wild type (WT) tobacco, which indicated that GmERF9 enhanced the tolerance to drought and cold stresses in the transgenic tobacco. In summary, the function of GmERF9 is involved in the response to environmental stresses for plants, which can be used as a candidate gene for genetic engineering of crops.