植物三螺旋Trihelix转录因子家族与环境相互作用的研究进展

植物中Trihelix转录因子的共同特征是DNA结合域含有3个连续的α-螺旋。该家族最早被发现能与光应答元件GT元件特异性结合,所以该家族也被称为GT因子家族。最新研究表明Trihelix转录因子家族不仅参与光反应应答,还广泛地参与植物对生物和非生物胁迫的应答。本研究主要介绍了植物Trihelix转录因子结构特征、家族分类,以特殊耐盐种质资源甜菜M14品系中Trihelix转录因子GT-1亚家族响应盐胁迫基因表达模式的分析为例,结合最新的研究进展,重点阐述了Trihelix转录因子与环境相互作用的功能。为今后深入探索Trihelix转录因子参与植物光响应、生物及非生物胁迫等方面的分子机理奠定良好的基础。     

水稻Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

谷子Trithlix转录因子鉴定与生物信息学分析

Trihelix转录因子家族在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面具有重要的作用,但是目前关于谷子Trihelix转录因子家族研究鲜见报道。本试验共鉴定到34个谷子转录因子,对其进行染色体定位、系统进化树、保守基序、基因结构和不同组织的表达分析发现,该家族成员均含有高度保守的Trihelix结构域,分为5个亚族,同一亚族含有相同的保守基序,同一亚族含有相似的基因结构,在不同的亚族中,组织表达模式不同。本研究初步明确了谷子Trihelix转录因子家族成员进化关系和结构特点,为进一步研究谷子Trihelix转录因子家族的系统发育以及生物学功能奠定了基础,为谷子的分子育种提供科学依据。     

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。     

酵母转录因子Gal4研究进展

胁迫应答基因的转录激活是细胞应答胁迫作用的关键步骤。转录激活因子与启动子顺式作用元件结合是胁迫应答基因转录激活的关键环节。进化保守的Gal4是半乳糖代谢相关基因的转录激活因子。酵母Gal4通过其N端的DNA结合结构域识别并结合启动子UAS,通过其C端的激活结构域与转录因子作用,起始RNA聚合酶Ⅱ复合体的组装和转录。该过程不仅受转录调控因子Gal80和Gal3的调节,还与Gal4二聚体的形成有关。概述了酵母半乳糖代谢相关基因转录激活因子Gal4的研究进展。     

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。     

桑树Trihelix转录因子家族研究

利用生物信息学方法在桑树全基因组数据库中鉴定出Trihelix家族成员29个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族成员均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族;基于MEME程序分析发现桑树Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析具有较高的一致性。研究初步明确了桑树Trihelix转录因子家族成员、结构和功能特点,为进一步揭示桑树Trihelix转录因子家族的系统发育和生物学功能提供了基础。     

植物GT元件和GT因子的研究进展

GT元件是位于植物基因启动子区域中的串联重复DNA序列, 是启动子中富含T和A的顺式作用元件。迄今已经在不同植物中鉴定了一些GT元件并分析了其功能。GT因子是以三螺旋基序为DNA结合域, 与GT元件特异结合的一类转录因子。到目前为止, 仅在植物中发现有GT因子。GT因子与GT元件相互作用调节相关基因的转录, 进而提高植物的抗性或影响植物形态建成。文章就植物中不同的GT元件及GT因子的发现、结构及二者相互作用等方面进行了综述。     

真菌中锌簇蛋白的结构和功能

锌簇家族蛋白即Zn₂Cys₆类锌指蛋白,是真菌中特有的一类蛋白,它们属于转录因子类,广泛参与真菌中初级和次级代谢、胁迫应答和细胞分裂等生命活动的调控。锌簇蛋白主要包括N端的DNA结合结构域、中间的调节结构域和C端的酸性区域,其中DNA结合结构域包含锌指基序并负责结合靶基因的启动子。目前已经解析了多个锌簇家族转录因子DNA结合结构域的三维结构,并发现该家族中一些蛋白能够参与调控多个基因的表达,但缺乏对其结构、动力学和功能关系的全面分析。本文综合分析了不同锌簇蛋白与DNA结合的结构特征,总结其结构域与功能的关系,指出锌簇蛋白研究的重要方向,旨在为锌簇家族蛋白的深入研究提供思路。     

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。     

烟草Trihelix转录因子家族鉴定及表达分析

运用生物信息学分析方法,通过对烟草(Nicotiana tabacum)全基因组数据中的Trihelix家族基因的理化性质、染色体分布、染色体共线性、基序组成、基因结构、顺式作用元件及其低温处理下的表达进行完整的鉴定分析,初步解析烟草Trihelix家族成员的结构与功能。从普通烟草中鉴定出32个Trihelix基因,分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4、SIP1等5个亚家族;32个NtTH基因有着10种分布不均匀的基序,且有不同的基因结构,但在同一个亚家族内有相似性;烟草与番茄(Lycopersicon esculentum)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)存在同源的Trihelix基因,普通烟草Trihelix家族自身也存在共线性基因;鉴定出13种不同类型的顺式元件,主要与非生物胁迫、激素和生长发育有关,其中ABRE和MeJA是最多的两个顺式元件,表明NtTH基因的功能主要与非生物胁迫和生长发育响应调控有关;烟草NtTH3和NtTH16等11个基因在对低温胁迫的响应方面有着重要作用。本研究挖掘到与烟草抗冷有关的基因,为烟草抗冷性遗传改良提供了理论依据。     

ASF-2: a factor that binds to the cauliflower mosaic virus 35S promoter and a conserved GATA motif in Cab promoters.

We have used nuclear extracts prepared from tobacco leaf tissue to characterize a factor binding site, designated as-2 (activating sequence-2), at the -100 region of the cauliflower mosaic virus 35S promoter. The activity of this factor, called ASF-2 (activating sequence factor-2), is not detected in tobacco root extracts. as-2 includes two GT motifs with sequence homology to the SV40 enhancer core A element and the Box II element of pea rbcS. Nevertheless, oligomers of these sequence elements do not compete for ASF-2 binding in gel retardation assays, indicating that the GT motifs may not be involved. Methylation interference studies identify two guanines (G93 and G98) that are required for interaction with ASF-2. Sequences surrounding these two critical guanines display homologies to a GATA repeat conserved among several light-responsive promoters. One such sequence from a petunia Cab promoter is able to compete with as-2 for factor binding. In transgenic plants, a tetramer of as-2 is able to confer leaf expression when fused 5' to the -90 derivative of the 35S promoter. The expression is not dependent on light and, thus, the as-2 tetramer does not function as a light-responsive element in this context. Histochemical localization of the reporter gene product suggests that the as-2 tetramer directs expression in trichomes, vascular elements, and epidermal and mesophyll cells.     

转录因子基因TuGTγ-3参与乌拉尔图小麦对条锈病的抗性

小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks.＆Henn., Pst)引起的一种严重的真菌病害,发掘新的抗条锈病相关基因对于小麦抗病育种和抗病机理研究都具有重要意义。Trihelix是植物特有的转录因子家族,参与调控生长发育、形态建成、胁迫应答等过程。迄今,小麦属Trihelix家族与抗条锈病相关的研究尚未见报道。本研究从乌拉尔图小麦(Triticum urartu Tum., 2n=2x=14, AA)中克隆了Trihelix家族GTγ亚家族中的一个基因,命名为TuGTγ-3。序列分析表明,TuGTγ-3基因具有完整的开放阅读框(ORF),编码序列(CDS)全长1329 bp,编码442个氨基酸,推测其编码蛋白的分子量为50.31 kDa,理论等电点为6.12。生物信息学预测TuGTγ-3蛋白有一个单分型核定位信号(GLPMQKKMRYT),没有信号肽和跨膜结构域。TuGTγ-3蛋白的保守trihelix结构域的氨基酸序列位置为Q115~R187,第四α-螺旋位置为F234~Y241,CC结构域的位置为K362~K436。二级结构分析显示,TuGTγ-3蛋白由43.89%的α-螺旋、9.51%的伸展链、9.95%的β-转角和36.65%的不规则卷曲构成。利用普通小麦的基因组数据库BLAST分析表明,TuGTγ-3被定位于5A染色体长臂上。瞬时表达实验显示,TuGTγ-3蛋白主要定位在细胞核中,但细胞质中也有少量分布。表达谱分析表明,TuGTγ-3基因在叶片中的表达量显著高于根和叶鞘,且受小麦条锈菌小种CYR32的诱导而强烈上调表达。进一步通过大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默(BSMV-VIGS)实验证明,转录因子TuGTγ-3正向调控了乌拉尔图小麦对条锈病的抗性。     

The human THE-LTR(O) and MstII interspersed repeats are subfamilies of a single widely distributed highly variable repeat family.

Fifteen examples of the transposon-like human element (THE) LTR and thirteen examples of the MstII interspersed repeat are aligned to generate new consensus sequences for these human repetitive elements. The consensus sequences of these elements are very similar, indicating that they compose subfamilies of a single human interspersed repetitive sequence family. Members of this highly polymorphic repeat family have been mapped to at least 11 chromosomes. Seven examples of the THE internal sequence are also aligned to generate a new consensus sequence for this element. Estimates of the abundance of this repetitive sequence family, derived from both hybridization analysis and frequency of occurrence in GenBank, indicate that THE-LTR/MstII sequences are present every 100-3000 kb in human DNA. The widespread occurrence of members of this family makes them useful landmarks, like Alu, L1, and (GT)n repeats, for physical and genetic mapping of human DNA.     

白桦Trihelix家族全基因组鉴定及抗病表达模式分析北大核心CSCD

Trihelix家族是植物中特有的一类转录因子家族,在植物生长发育、抗逆反应中具有重要的调控作用。该研究基于白桦基因组数据库,对白桦Trihelix家族基因的表达特性以及抗病功能等进行分析,为Trihelix家族成员在白桦抗病过程中的功能研究奠定基础。结果显示:(1)共筛选到白桦8个Trihelix家族成员(BpTrihelix1~BpTrihelix8),分布在6条染色体上;氨基酸分子量在35 633.96~81 871.27 Da之间,等电点在5.32~8.67之间,均为疏水性氨基酸。(2)组织特异性表达分析表明,8个家族成员在白桦根、茎、叶中均有不同程度的表达,且BpTrihelix3在根、茎、叶中的表达量均最高。(3)病原菌侵染试验结果发现,链格孢霉菌(Alternaria alternata)感染白桦植株叶片48 h和立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)感染白桦幼苗根部24 h时,BpTrihelix3、BpTrihelix4和BpTrihelix7均显著上调,其余家族基因表达量无明显变化,说明该家族基因成员中的BpTrihelix3、BpTrihelix4和BpTrihelix7响应了病原菌的感染,推测三者在白桦抗病过程中可能发挥重要作用。