大豆转录因子GmERF5的克隆、表达及功能分析

ERF转录因子是植物中特有的转录因子家族之一, 在植物响应生物和非生物胁迫过程中发挥重要的调控作用。通过对大豆(Glycine max)吉林32未成熟胚的表达谱分析, 利用RT-PCR技术从大豆中克隆了1个新的ERF转录因子GmERF5。GmERF5具有237个氨基酸残基, 分子量为26.09 kDa, 等电点为6.85, 其开放阅读框长714 bp。该转录因子蛋白与Gh-ERF2蛋白的同源性最高, 它们同属ERF亚家族的第IV亚类。实时荧光定量PCR分析表明, 该蛋白基因在大豆的根中表达量最高, 且受干旱、高盐、低温及乙烯、脱落酸和茉莉酸甲酯的诱导上调表达。亚细胞定位实验结果表明, GmERF5蛋白定位于细胞核中。转录激活能力分析结果显示, GmERF5可以激活报告基因的表达, 为转录激活子。综合以上结果, 认为GmERF5可能作为转录调控因子参与大豆生物和非生物胁迫的应答。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大豆GmWIN1-6转录因子的鉴定、表达分析及盐胁迫响应

为鉴定可用于大豆(Glycine max)遗传改良的优异基因源,从大豆基因组中鉴定获得一个大豆Gm WIN1-6转录因子,应用生物信息学工具和实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术系统分析GmWIN1-6转录因子的理化性质、蛋白结构、时空表达谱及盐胁迫响应。结果表明:从大豆花组织中克隆到GmWIN1-6基因的开放阅读框(ORF),其编码蛋白由176个氨基酸组成,在N端具有一个保守的AP2结构域,属于亲水性蛋白;GmWIN1-6蛋白的二级结构中,无规则卷曲占比例最大;三级结构与拟南芥(Arabidopsis thaniana)AtWIN1相似;系统进化分析显示GmWIN1-6与AtWIN1亲缘关系最近;GmWIN1-6转录因子在大豆各组织中的表达差异明显,其中在花组织中表达量最高,其次为种子发育中后期,且与种子油脂积累时期基本吻合;在大豆幼苗盐胁迫条件下,GmWIN1-6基因上调表达。这些试验发现预示着GmWIN1-6转录因子可能参与大豆种子发育和油脂富集以及幼苗胁迫响应的调控,为大豆遗传改良和分子育种提供理论依据。     

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。     

甘蓝型油菜中一类AP2/ERF转录因子的克隆和生物信息学分析

AP2/ERF转录因子家族是植物中广泛存在的一类转录因子,AP2/ERF这类转录因子主要参与植物的细胞周期、生长发育以及生物和非生物胁迫相关基因的表达调控。由于拟南芥和油菜同属于芸薹属,具有相似的基因信息,利用油菜UniGene数据库,以拟南芥ERF转录因子保守序列为探针,通过电子克隆从一个UniGene Cluster中分离得到三个同类的AP2/ERF转录因子,从cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性分析、序列比对、进化树、功能域、二级结构、三级结构、无序化特性进行了预测和较为全面的分析。结果显示油菜来源的BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3属于AP2/ERF转录因子的B-2亚族,是亲水性蛋白,在蛋白质的三级结构上与AtERF1相似。蛋白质无序化分析发现,油菜BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3无序化程度小于拟南芥AtERF1。设计引物通过PCR和RT-PCR方法分别从甘蓝型双低油菜沪油15幼苗的DNA和cDNA中扩增了上述基因,初步分析BnaERF2没有内含子,BnaERF1和BnaERF3有内含子。另外,通过EST丰度分析显示,该类转录因子的表达最高峰在种子中,其次为花,在芽、茎和分生组织中没有检测出表达的存在。     

异源表达大豆转录因子GmNF-YA19提高转基因烟草抗旱性

核因子（NF-Y）广泛存在于真核生物中,是一类能够在植物非生物胁迫反应中发挥重要调控作用的转录因子。探究大豆GmNF-YA19的抗旱性及作用机制,为GmNF-YA19在抗旱植物育种中的应用奠定基础。运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)对GmNF-YA19在非生物胁迫下的表达量进行检测,克隆GmNF-YA19,构建GmNF-YA19植物表达载体并转化烟草,对转基因烟草的抗旱性进行鉴定。RT-q PCR结果显示GmNF-YA19在大豆中能够响应干旱、高盐、低温及外源ABA,且干旱胁迫下GmNF-YA19的表达量升高最显著。以大豆叶片cDNA为模板,通过PCR克隆GmNF-YA19。序列分析结果显示,GmNF-YA19编码一个含有213个氨基酸的蛋白质,预测分子量22.99 kD,预测等电点9.40。Gm NF-YA19蛋白序列包含一个保守的CBF结构域。蛋白系统进化分析表明,GmNF-YA19蛋白与OsNF-YA7蛋白、AtNF-YA4蛋白和AtNF-YA7蛋白亲缘关系较近。共获得4棵转基因烟草植株。在干旱胁迫下,GmNF-YA19的异源表达增强了转基因烟草的抗旱性。与野生型烟草相比,...     

菜用大豆CIPK基因对逆境胁迫及激素的响应特征

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫和激素信号转导中发挥重要作用。本研究利用大豆基因组数据库,在全基因组水平鉴定获得52个CIPK蛋白激酶。蛋白比对分析发现所有Gm CIPK含有高度保守特征性的N端激酶区、连接区和C端调控区。系统进化树分析发现大豆Gm CIPK与拟南芥、水稻CIPK分类一致,分为4个亚家族,且每个亚家族含有3个不同物种的成员,表明Gm CIPK基因的分化早于物种的分化。启动子分析表明,多数Gm CIPK基因的启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析发现,Gm CIPK基因呈现多样化的组织表达特性。进一步选取组织表达量相对较高的14个Gm CIPK进行荧光定量PCR分析,结果表明这些菜用大豆CIPK基因在不同程度上均受高温、干旱、高盐胁迫以及ABA、ACC、SA、Me JA激素的诱导表达。采用蛋白同源比对和蛋白互作在线数据库对拟南芥及大豆同源CIPK蛋白激酶与其他蛋白的互作关系进行了预测分析,发现17对同源CIPK与其他蛋白(激酶、磷酸酶、转录因子等)存在互作。本研究为菜用大豆CIPK基因的功能研究与利用奠定了基础。     

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.