植物逆境相关启动子及功能

启动子是调控基因表达的重要顺式元件, 在植物基因表达调控过程中起着重要作用。目前植物抗逆基因工程中, 人们大多使用组成型表达启动子驱动目的基因的表达。组成型表达启动子虽然能提高转基因植株的抗逆性, 但是其持续过量地表达转化的外源基因会阻碍植物的生长且减少其产量。因此, 只在胁迫条件下才会驱动外源基因表达的诱导型启动子的研究显得尤其重要, 已成为目前研究的热点。文章综述了受非生物逆境和生物逆境胁迫诱导的植物基因启动子的种类和功能, 并展望了植物逆境诱导启动子的研究方向和前景。     

植物非生物胁迫诱导启动子顺式作用元件的研究方法

非生物胁迫严重影响植物生长发育,降低作物产量。植物通过各种途径忍受或抵抗非生物胁迫,主要表现是各种抗非生物胁迫基因的表达。基因表达受其上游启动子及转录因子的调控,目前对抗非生物胁迫诱导启动子顺式作用元件及转录因子的研究成为热点。本文综述了植物非生物胁迫诱导启动子顺式作用元件及转录因子的研究方法,并展望了顺式作用元件及转录因子研究的方向及前景。     

植物非生物胁迫诱导启动子顺式元件及转录因子研究进展

顺式作用元件(cix-acting element)是与结构基因串联的特定DNA序列,是转录因子的结合位点,它们通过与转录因子结合调控基因转录的精确起始和转录效率,在植物基因表达调控过程中起着重要的作用.非生物胁迫诱导基因的表达受其上游启动子顺式作用元件及转录因子的调控,目前已发现了多种与非生物胁迫相关的顺势作用元件及转录因子,如DRE元件及DREB类转录因子、MYB元件及MYB类转录因子、GT-1元件及GT-1类转录因子等.顺式作用元件及转录因子的研究对研究植物非生物胁迫相关基因的表达调控具有重要意义,综述植物非生物胁迫诱导启动子功能元件及转录因子的研究进展.     

香蕉Metacaspases家族基因的鉴定及表达分析

半胱天冬氨酸酶(metacaspases,MC)在植物生长发育调控和逆境胁迫的细胞程序性死亡(PCD)中扮演着重要角色。本研究对香蕉MuMCs基因序列和蛋白序列进行生物学信息分析,采用qTR-PCR技术对香蕉幼苗中MuMCs进行基因表达分析。结果表明,香蕉MuMCs具有8个成员,分为2种类型,Ⅰ型MuMC1~MuMC5和Ⅱ型MuMC6~MuMC8;顺式调控元件预测显示在MuMCs启动子区域存在19种激素和逆境胁迫相关的顺式调控元件;基因表达分析发现Mu MCs具有组织表达特性,在大部分MuMCs中叶的相对表达量最高,假茎的次之,根的最低;此外,Mu MCs对盐胁迫有不同程度的应答模式,盐胁迫后MuMC5和MuMC8相对表达量最高,MuMC2和MuMC6相对表达量最低。本研究为深入了解MuMCs基因特点及验证其生物学功能提供了理论基础,同时也为进一步探究PCD的调控途径提供了理论依据。     

毛白杨PtoLBD12基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究毛白杨(Populus tomentosa)LBD12基因对逆境胁迫的响应,本研究利用PCR技术从毛白杨中克隆了PtoLBD12基因的启动子序列;采用生物信息学技术对该基因启动子的顺式作用元件进行分析,并对其响应不同胁迫信号的时空表达模式进行分析;最后利用该基因启动子驱动GUS报告基因,构建了毛白杨GUS报告植株;对该转基因植株进行不同胁迫处理,GUS染色分析其启动子活性。结果表明,克隆获得的PtoLBD12基因启动子具有多种顺式作用元件,包括大量的光响应元件、防御和应激响应元件(TC-rich repeats)、脱落酸(ABA)响应元件、茉莉酸甲酯(MeJA)响应元件、生长素(IAA)响应元件和赤霉素(GA)响应元件等。组织表达模式分析结果表明,PtoLBD12基因主要在根和茎中表达,在叶的表达较少。PtoLBD12基因对不同胁迫信号响应模式分析结果发现,毛白杨PtoLBD12基因显著受到高温、低温、ABA和IAA的诱导表达。综上,研究结果表明PtoLBD12与毛白杨响应逆境胁迫密切相关,该基因能够响应多种逆境胁迫信号。本研究为深入阐明PtoLBD12基因调控毛白杨逆境胁迫响...     

病原菌诱导型启动子顺式作用元件及其互作的转录因子

启动子是位于基因5′端上游的一段DNA序列, 负责调控基因的转录。与植物抗病相关基因的启动子区含有能针对病原菌胁迫做出应答的顺式作用元件, 这些顺式作用元件通过与转录因子特异性结合, 进而增强抗病基因的转录表达, 提高植物的抗病性。该文主要综述了病原菌诱导型启动子相关顺式作用元件及与这些元件互作的转录因子, 特别对一类特殊的转录因子--病原菌TAL效应子与植物靶基因启动子之间的相互作用机制进行了阐述, 并对其应用前景进行了展望。     

巴西橡胶树 HbNAC1基因启动子的克隆及序列分析

NAC转录因子是植物特有的一类转录调控因子,在植物的生长发育、激素调节和境胁迫应答中具有重要的功能。为研究NAC转录因子在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)抗逆胁迫中的功能,本项目组根据巴西橡胶树NAC转录因子-HbNAC1基因序列,通过Genome Walking方法从巴西橡胶基因组DNA中获得了长度为1861bp的HbNAC1基因的5’调控区片段,序列分析表明该段序列含有一个典型的真核生物核心启动子区域,转录起始位点T位于起始密码子上游52bp处。该启动子序列除了含有TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件外,还具有茉莉酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件,这表明HbNAC1基因在橡胶树逆境胁迫应答过程具有重要功能,其启动子可能是一个光诱导型和组织特异性启动子。     

水稻胁迫相关基因OsPM1启动子的克隆与分析

依据NCBI数据库OsPM1的序列信息,采用PCR技术扩增获取OsPM1的2 100bp的启动子序列。利用PLACE预测启动子的顺式作用元件分析表明,启动子内含有大量与胁迫相关的顺式作用元件,主要有ABA响应相关元件、脱水响应元件、低温响应元件、热激响应元件和转录因子结合元件。构建OsPM1的启动子和GUS基因融合表达载体,转入拟南芥。组织化学染色分析结果显示,非生物胁迫处理前,幼苗中GUS基因表达水平很低;干旱、低温、高盐等胁迫处理后,GUS基因表达量显著升高。研究表明,OsPM1的启动子能够显著提高在干旱、高盐和低温处理后下游基因的表达水平。     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析

前期研究发现白桦锌指蛋白BpZFP4基因响应多种非生物逆境胁迫。为了深入研究其调控机制,本研究利用染色体步移技术克隆了该基因上游1 360 bp的启动子区域,序列分析结果表明该区域含有多个逆境响应顺式作用元件、激素响应元件、光响应以及病原菌和损伤响应元件等。在此基础上,构建了BpZFP4启动子5'-端一系列缺失片段融合GUS报告基因的表达载体。通过对系列缺失突变体在正常条件以及渗透胁迫、盐胁迫和脱落酸（ABA）处理条件下的GUS基因表达分析,鉴定得到BpZFP4启动子对干旱、盐和ABA应答响应的主要调节区域及可能的顺式作用元件。本研究结果为进一步探究BpZFP4基因应答非生物胁迫和信号分子刺激的调控机理提供了重要的理论依据。     

转录因子参与植物低温胁迫响应调控机理的研究进展

低温胁迫对植物的地理分布和生长发育有着重要影响。当植物受到低温胁迫时,转录因子通过结合基因启动子上的顺式作用元件激活低温响应基因的表达,从而调控植物体内的信号转导通路来提高植物的耐低温性。着重主要介绍了AP2/ERF、NAC、WRKY、MYB、bZIP、ZFPs等转录因子家族参与植物低温胁迫响应的最新研究进展,并提出了一个转录因子通过与其他因子和启动子元件互作的方式参与低温胁迫响应的基因表达调控网络。     

转录因子在植物进化和抗逆中的作用

植物基因的表达调控是一个复杂且精准的网络系统,一般包括转录水平和翻译水平二个层次.转录水平的调控发生在基因表达的初期,是许多基因表达调控的主要方式.在此调控过程中,被称为转录因子的蛋白质特异结合到靶基因的顺式作用元件上,控制着一系列相关基因的表达,在植物生长发育、物种起源和逆境胁迫应答过程中起着非常重要的作用,是生物遗传多样性的重要遗传基础.由于转录因子的重要作用,人们对其作用机理的理解也日渐深入.根据近期的研究进展,本文就转录因子在植物驯化、生物和非生物逆境胁迫方面的工作进行概括梳理,希望读者对此领域有一个比较深入和系统的认识,同时也能为挖掘具有关键功能的转录因子,提高重要农作物的遗传改良效率提供借鉴.     

高等植物胁迫诱导型启动子的研究进展

逆境胁迫严重影响植物生长发育,降低作物产量。目前在植物抗逆基因工程中,大多使用组成型启动子驱动目的基因表达,组成型启动子的表达虽然能提高转基因植株的抗逆性,但持续过量地表达转化的外源基因有时会阻碍植物的生长且降低其产量。因此,诱导型启动子的研究具有重要的应用价值。该文对近年来植物在逆境胁迫处理下,一些诱导型启动子的种类和功能,可能具有的顺式作用元件,反式作用因子及其研究方法进行了综述。     

棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4启动子的克隆及序列分析

棉纤维是纺织行业的重要原材料。赤霉素能够促进棉纤维的生长发育,而DELLA蛋白又是赤霉素信号转导通路中的关键调控因子,因此研究棉花DELLA蛋白基因表达的调控模式,对阐明棉纤维生长发育的分子生物学机理具有重要意义。本研究根据两个棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4序列设计特异引物,以陆地棉新陆早13号的基因组DNA为模板,用基因组步移法克隆了棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4的启动子。对两个启动子进行序列分析表明,这两个启动子均具有真核生物典型的核心启动子区,同时也都具有一个或多个光响应元件和赤霉素响应元件,说明这两个基因可能受到光信号和赤霉素信号的调控,这与其它植物中DELLA蛋白的表达模式是一致的。此外,这两个启动子还具有各种转录调控相关的顺式作用元件,比如其它激素类的响应元件和逆境胁迫响应元件,说明棉花中DELLA蛋白基因可能在响应其它激素信号以及逆境胁迫中也起到一定的作用。     

植物中DREBs类转录因子及其在非生物胁迫中的作用

低温、干旱、高盐等非生物胁迫能够严重影响植物的生长及作物的产量。最近发现了许多调控多种与逆境相关基因表达的转录因子, 其中DREBs类转录因子能够通过与含有DRE/CRT顺式作用元件的抗逆相关基因启动子区相互作用, 进而调控一系列抗逆基因的表达, 使植物品质得到综合改良从而提高植物对非生物胁迫耐受力。文章通过对DREBs的结构、表达调控、作用方式及机理进行总结, 并结合其在植物胁迫信号通路中的作用以及提高转基因植株胁迫耐受性的最新研究成果加以综述, 并对其在农业生产中的应用前景进行展望。     

植物启动子的化学因素诱导元件

启动子是位于结构基因5'端上游区域调控基因转录的一段DNA序列。已在植物启动子中鉴定出许多与诱导表达相关的顺式作用元件,这些元件对各种物理、化学刺激做出反应,调控基因表达。文章从化学因素诱导表达启动子入手,介绍植物表达启动子中激素、伤害、NaCl诱导顺式作用元件研究的进展。     

巴西橡胶树HbNTL1基因启动子的克隆与序列分析

膜结合NAC转录因子(NTLs)是植物NAC转录因子家族中一类C端具有跨膜结构域(transmembrane motifs,TMs)的转录调控因子,在植物生长发育、激素调节和逆境胁迫应答中具有重要的功能。根据巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)膜结合类NAC转录因子HbNTL1基因cDNA序列,利用基因组步移的方法从巴西橡胶树叶片基因组DNA中克隆获得了HbNTL1基因上游1 718 bp的调控片段。序列分析表明,该段序列含有一个典型的真核生物核心启动子区域,转录起始位点A位于起始密码子上游206 bp处。该启动子序列除了含有多个TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件外,还存在赤霉素、茉莉酸和脱落酸等激素响应元件以及大量逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件,如ABRE、DOFCOREZM、MYBCORE、W-box和MYCCONSENSUSATHSE等反应元件,表明HbNTL1转录因子可能是一个逆境胁迫相关NAC转录因子,在橡胶树抵御逆境胁迫的生理过程中具有重要功能。     

绿色杜氏藻不同β-胡萝卜素羟化酶基因家族胁迫应答模式研究

β-胡萝卜素羟化酶(β-carotenoid hydroxylase, CHYB)是植物类胡萝卜素生物合成途径中的一个重要限速酶。本研究对绿色杜氏藻转录组测序数据进行分析,获得2条β-胡萝卜素羟化酶家族基因chyb1和chyb2。采用染色体步移法分别克隆并获得了绿色杜氏藻chyb1和chyb2基因的启动子序列,全长分别为1080 bp(GenBank登录号：KY012338)和1155 bp (GenBank登录号：KY012339)。利用Plantcare软件分析两个启动子的顺式作用元件,结果表明绿色杜氏藻chyb1基因启动子含有与甲基茉莉酸、花生四烯酸、水杨酸等非生物胁迫相关的顺式作用元件,而绿色杜氏藻chyb2基因启动子含有与光照相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR分析了绿色杜氏藻CHYB基因家族在不同胁迫下的基因表达水平,结果表明该基因家族的基因表达水平与启动子调控相关,且不同的家族基因应答不同的胁迫。     

植物microRNA与逆境响应研究进展

MieroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约16～29 nt的小分子RNA,由内源基因编码,于转录后水平通过介导靶mRNA降解或翻译抑制调控基因表达,是真核细胞基因表达的重要调控因子.随着生物信息学与研究技术的发展,越来越多的植物miRNA得到预测和验证.逆境胁迫下,植物体诱导或下调相关miRNA表达,参与植物逆境生理调节与适应.文章综述了植物miRNA生物合成、与靶基因的作用方式,生物功能以及逆境胁迫响应miRNA,概要介绍了目前常用的miRNA研究方法.