拟南芥CBF/DREB途径的研究进展及其在植物基因工程中的应用

细胞膜感知低温环境信号,通过信号转导激活以CBF/DREB信号途径为主、兼与其他途径交谈和交叠所构成的信号网络,继而调控下游相应功能蛋白的表达,赋予植物低温抗性。文章重点介绍了拟南芥CBF/DREB信号传导途径的研究进展、CBF基因在高等植物中的保守性,以及构建CBF转基因抗冻植物所取得的成果,包括CBF的表达调控与作用的分子机制、影响CBF途径的一些重要蛋白和环境因子、组成性启动子以及冷诱导特异性启动子驱动CBF基因表达所获得的抗冻转基因植物的研究进展。同时,对该研究领域未来可能的发展方向进行了展望。     

沙冬青CBF/DREB1转录因子cDNA的克隆及序列分析

CBF/DREB1(C-repeat binding factor/dehydration resistance element binding protein 1)是一类抗逆相关的转录因子,它们的表达可以激活下游一系列抗逆应答基因的表达,从而提高植株的抗逆性.沙冬青(A mmopiptanthus mongolicus)主要生长在中国西北荒漠和半荒漠地带,是典型的旱生资源植物,具有突出的抗寒、抗旱、耐盐碱特性.本文以沙冬青为实验材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆了沙冬青CBF/DREB1基因cDNA序列,并对其进行了序列分析.结果表明:沙冬青CBF/DREB1转录因子基因序列全长为991 bp,包括624 bp的开放阅读框(ORF),起始密码子ATG,终止密码子TAA,114 bp的5UTR和253 bp的3UTR,以及加尾信号AATAAA及poly(A)_(11).生物信息学预测其演绎的氨基酸序列具有AP2结构域,且AP2结构域的两端拥有CBF家族特有的PKK/PPAGRxKFxETRHP和DSAWR两段短多肽序列,属于CBF家族.沙冬青CBF/DREB1转录因子的克隆为进一步研究植物抗逆和获得抗性基因提供了新的候选基因,也为进一步从分子水平上验证其功能,深入理解植物适应干旱、低温和高盐机制奠定基础.     

植物响应低温胁迫的分子机制研究

低温是限制植物生长发育以及植被分布的重要环境因子。目前,低温信号途径研究的比较清楚的是CBF(C-repeat(CRT)-binding factors)依赖的信号途径。研究表明,植物激素也参与了植物的低温响应。现将根据当前的研究进展总结植物响应低温的分子机制以及植物激素信号与低温信号的交互作用。     

中国樱桃CBF/DREB转录因子PpcCBF的克隆与表达分析

低温诱导中国樱桃(Prunus pseudocerasus)花芽休眠解除是一个非常复杂的过程。研究花芽响应低温的分子生物学机制将是揭示这一问题的关键。CBF/DREB转录因子在植物低温响应过程中发挥着重要作用。为此,本研究从"短柄"樱桃中克隆了一个CBF/DREB转录因子,命名为PpcC BF。生物信息学分析表明,Ppc CBF基因的开放阅读框为720 bp,编码239个氨基酸。Ppc CBF具有典型的CBF/DREB转录因子的结构特征,AP2结合域高度保守,聚类分析发现李属植物CBF/DREB转录因子亲缘关系较近。实时定量表达分析发现,Ppc CBF受低温诱导表达,且不依赖ABA。在花芽休眠解除过程中,随着低温积累而表达上调,休眠解除临界期之后下调表达,与花芽休眠解除具有极大相关性。     

CBF:平衡植物低温应答与生长发育的关键

低温是影响植物生长发育以及植被分布的重要环境因子。目前,低温信号研究中比较清楚的是CBF依赖的低温信号途径。该文总结了近年来有关CBF的研究成果,详细介绍了CBF家族成员在植物耐寒性中的重要作用,着重分析与讨论CBF介导的低温调控网络及一系列复杂调控机制。理解CBF的复杂作用机制有助于了解植物中CBF介导的冷信号如何平衡耐寒性与生长发育,进而有助于耐寒作物的培育。     

山葡萄转录因子基因VaDREB的克隆及其抗逆功能分析

DREB/CBF（dehydration-responsive element binding protein/C-repeat binding factor）转录因子能特异的与DRE/CRT（dehydration-responsive element/C-repeat）顺式作用元件结合,在植物干旱、高盐和低温等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。本研究从山葡萄中克隆得到了一个VaDREB转录因子基因（登录号XM₀02283076.1）,并对其进行了序列分析、亚细胞定位分析以及酵母和拟南芥中的功能鉴定。序列分析表明,VaDREB开放阅读框全长459 bp,编码152个氨基酸,预测蛋白质分子量为17 kDa,等电点为8.67,包含一个AP2/ERF结合域。氨基酸序列比对和系统进化分析结果表明,该基因属于DREB/CBF转录因子A-5亚类。亚细胞定位结果表明VaDREB蛋白定位于细胞核中。重组酵母菌株与表达VaDREB基因的转基因拟南芥株系均表现出明显增强的盐、干旱、低温和高温胁迫耐受性表型,基因表达分析结果表明,转基因拟南芥株系中抗逆相关功能基因的表达量出现了明显上调,这些结果证明VaDREB转录因子在植物抗逆调控过程中起着重要作用。     

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。     

CBF/DREB转录因子与植物矮化的相关性研究进展

CBF/DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白,是一类可以调控多个与干旱、高盐及低温耐性有关的功能基因表达的转录因子家族。很多报道称CBF/DREB转录因子的过量表达使转基因植株产生矮化、晚花现象。着重探讨CBF/DREB转录因子与植物矮化现象相关性与其矮化机理,并对草坪草育种新方向进行展望。     

拟南芥非生物胁迫应答基因表达的调节子研究概况

分子生物学研究表明,植物中由诸如干旱、高盐和低温等环境胁迫因子诱导的几个基因具有多种功能。大多数干旱应答基因是由植物激素脱落酸（ABA）诱导的,但也有少数基因例外。对模式植物拟南芥基因表达中的干旱应答基因的分析表明,至少存在4个独立调节系统（调节子）。对典型胁迫诱导表达的一些基因中启动子的顺势作用元件和影响这些基因表达的转录子也已进行了分析。已经分离出与脱水效应元件/C重复序列（DRE/CRT）顺势作用元件结合的转录因子,并命名为DRE结合蛋白1/C重复序列结合因子（DREB1/CBF）和DRE结合蛋白2（DREB2）。在转基因拟南芥植株中,DREB1/CBF过量表达可增加其抗寒、抗旱和抗盐碱的能力。DREB1/CBF基因已成功地在许多不同作物中得到应用,从而提高作物对非生物胁迫的耐受性。与胁迫反应相关的其他转录因子的研究也正在取得进展。