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.     

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.     

CBF 3 基因过量表达的拟南芥细胞质膜组分的变化

通过提取过量表达CBF3基因和对照的拟南芥[Arabidopsis thaliana L．Heyn．(Columbia)]茎叶的质膜．分离并分析其脂类成分和蛋白质含量,从中探讨CBF3对膜脂成分的影响及与抗冷适应的关系。研究结果表明,过量表达CBF3植株的质膜膜脂总量和膜蛋白总量分别是对照的227％和190％,磷脂为105％,与冷适应诱导的效果相似。因此CBF3表达的变化可能对冷适应过程中质膜组成的改变起重要作用。     

硫化氢信号能够通过生物钟调控拟南芥对冷胁迫的响应

硫化氢(hydrogen sulfide, H_2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)与一氧化碳(carbon oxide, CO)之后的第3种气体信号分子,在动植物中均发挥着重要的生理功能。生物钟是生物体的内在计时器,对动植物适应环境和生长发育至关重要。鉴于H_2S与生物钟调控的生理过程有较大的相关性,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,对二者之间的关系进行了探索。结果发现,外源NaHS(H_2S供体)处理能够上调生物钟相关基因CCA1(circadian clock associated 1)和PRR9(pseudo-response regulator 9)的表达,而且在H_2S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs(c-repeat binding factors)是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H_2S的调控。lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。本文也对拟南芥内源H_2S生成关键酶L-半胱氨酸脱硫基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)与脱硫基酶1(desulfhydrase 1, DES1)编码基因的转录水平节律性进行了初步的探索。LCD的表达在1 d内未见明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。综上所述,H_2S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。     

海岛棉GbCBF6基因克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

该研究根据棉花生物信息数据库,采用PCR方法从棉花(Gossypium barbadense L.)中克隆了1个CBF/DREB转录因子基因,命名为GbCBF6(GenBank登录号为KR233255)。GbCBF6基因开放阅读框为753bp,编码251个氨基酸,预测分子量为27.82kD,等电点为7.68。氨基酸多重序列比对结果表明,GbCBF6基因编码的蛋白与其他植物冷胁迫相关的CBF蛋白具有高度的同源性,含有1个AP2功能结构域和2个特征序列基序;与棉花已经克隆的4个GhCBF基因的氨基酸序列差异较大,是1个新的棉花CBF基因。系统进化树分析表明,GbCBF6基因属于DREB亚家族中的A-1亚组。RT-PCR分析表明,GbCBF6基因表达受干旱胁迫下调,而受4℃低温上调,在高盐(200mmol/L NaCl)处理下其表达量先下降,后增加。推测GbCBF6基因在棉花非生物胁迫的调控中起重要作用。     

转录激活因子CBF在植物调节冷驯化中的作用

某些植物经过一段时间的非冻低温作用后,抗冻性增强,这种现象称为冷驯化。CBF转录激活因子在其中起关键性的调节作用。最近,基因组学和代谢组学的研究表明,CBF冷响应途径在植物低温响应中占主导地位。文章介绍相关的研究进展。     

拟南芥冷诱导CBF/DREB类结合因子的克隆及其生物信息学分析

CBF/DREB结合因子广泛存在于植物中,主要参与诸如干旱、高盐以及冷胁迫等相关基因的表达调控.以拟南芥DNA为模板,PCR扩增出3个冷诱导的CBF/DREB结合因子,即CBF1、CBF2及CBF3,利用生物信息学手段对三者的cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性、功能域、进化树、二级结构及DNA保守域的三级结构等进行了较为全面的分析.结果显示,CBF1、CBF2和CBF3的氨基酸序列同源性很高,达到91.4%,且都属于亲水性蛋白,三者在理化性质以及蛋白质二级结构乃至三级结构上也极为相似.另外, CBF1和CBF2都不具跨膜结构,CBF3含有1个跨膜螺旋.     

冷胁迫诱导、咖啡因抑制的水稻根新基因片段的分离及表达分析

利用差异显示（Differential display）及H.Y-Yellow琼脂糖凝胶分离等方法,从冷胁迫和甘露醇共同处理的冷敏感水稻（Wase toitsu）根的总RNA中,分离出冷胁迫诱导的cDNA片段,经过测序和同源比较,发现它是一尚未报道的新基因片段。这一基因的表达对温度具有敏感的反应特性,4℃时表达水平明显增加,在正常温度（25℃）下,其表达水平又可快速降低。当幼苗根用0.5mol/L甘露醇预处理2h后,转入冷胁迫,其低温诱导的表达水平增加更为明显。在甘露醇预处理之前加入咖啡因处理根1h,其表达水平明显降低,几乎与正常温度下的对照相同。据此推测,这一基因可能参与了冷胁迫或水分胁迫诱导的耐冷过程中咖啡因敏感信号的传导。      

ICE1 CBF信号通路在植物抵御低温胁迫和调控发育过程中的作用研究进展

低温作为重要的环境因子影响着植物的地理分布和物种多样性,并且对农业可持续发展造成了严重的威胁。ICE1(INDUCER OF CBF EXPRESSION1) CBF(C REPEAT BINDING FACTOR)信号通路不仅在植物抵御低温胁迫的过程中发挥着关键作用,也在植物调控生长发育的过程中也扮演着重要角色,对ICE1 CBF调控机理的了解有助于深入认识植物如何在逆境条件下平衡生长与生存之间的关系。该文对近年来国内外有关ICE1 CBF通路在低温信号转导中的精细调控过程的研究进展进行了综述,并重点对ICE1 CBF在调控植物发育中的作用进行了讨论。