AP2/EREBP 转录因子在植物发育和胁迫应答中的作用

AP2/EREBP (APETALA2/ethylene-res ponsive element binding proteins) 是一个起源古老的转录因子超家族, 它含有1个或2个由约60-70个氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合域 (DNA-binding domain), 即AP2/ERF结构域。根据AP2/ERF结构域的数目, AP2/EREBP转录因子可以分为2个亚族: EREBP亚族(具有1个AP2/ERF结构域)和AP2亚族(具有2个AP2/ERF结构域)。AP2亚族转录因子有调控花、胚珠和种子发育的功能, 而EREBP亚族转录因子(包括DREB类和ERF类) 的主要功能是调节植物对激素(乙烯和ABA等)、病原和胁迫(低温、干旱及高盐)等的应答反应。本文讨论了AP2/EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的研究进展。     

AP2/EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的作用

AP2／EREBP（APETALA2/ethylene-responsive element binding proteins）是一个起源古老的转录因子超家族,它含有1个或2个由约60—70个氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合域（DNA-binding domain）,即AP2／ERF结构域。根据AP2／ERF结构域的数目,AP2／EREBP转录因子可以分为2个亚族：EREBP亚族（具有1个AP2／ERF结构域）和AP2亚族（具有2个AP2／ERF结构域）。AP2亚族转录因子有调控花、胚珠和种子发育的功能,而EREBP亚族转录因子（包括DREB类和ERF类）的主要功能是调节植物对激素（乙烯和ABA等）、病原和胁迫（低温、干旱及高盐）等的应答反应。本文讨论了AP2／EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的研究进展。     

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。     

杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族：即1R-MYB（MYB-relaed）、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因（P≤0.05）。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

四合木抗逆相关的转录因子TmAP2-1基因的克隆及功能分析

AP2/EREBP家族的转录因子在调控植物生长发育和应答环境胁迫方面具有重要作用。利用同源克隆结合RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术, 从四合木(Tetraena mongolica)中克隆了AP2/EREBP家族的基因, 将其命名为TmAP2-1(GenBank登录号: JQ676996)。序列分析结果表明, 该基因的开放阅读框长度为1 452 bp, 编码483个氨基酸; 比对结果显示TmAP2-1有2个AP2/ERF结构域, 属于AP2/EREBP转录因子家族的AP2亚家族。亚细胞定位实验结果表明, TmAP2-1定位在细胞核中。该基因编码的蛋白在酵母中没有转录激活活性。利用Real-time PCR检测发现该基因在根、茎、叶等器官中均表达, 且在叶中表达量最高。此外, TmAP2-1还受到NaCl、低温、PEG和ABA的强烈诱导, 推测TmAP2-1可能参与四合木的逆境胁迫响应。在四合木愈伤组织中过表达该基因能够降低四合木愈伤组织中油脂的含量, 同时提高可溶性糖的含量, 暗示该基因可能通过影响糖代谢过程参与逆境胁迫响应。     

利用阵列分析水稻AP2/EREBP 家族基因的表达特性

AP2/EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2/EREBP功能域的重要转录因子家族, 通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白, 它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测,水稻基因组编码150个左右的AP2/EREBP 家族成员, 但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性, 我们以AP2/EREBP功能域的氨基酸序列为基础, 从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因, 利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro-array。 以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的 cDNA为探针, 杂交分析结果显示: 不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大, 但同一个基因在不同器官中表达量基本一致; 与此不同的是, 大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高, 而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。     

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。     

AP2功能基因在植物花发育中的重要作用

AP2基因作为调控植物花发育的功能基因,参与花分生特性建立、花器官的特性特化以及形成调控。所编码的AP2/EREBP转录因子的主要特征是都至少含有一个由60到70个左右的氨基酸组成高度保守的DNA结合区,称作AP2结合域。按其所含的AP2结构域的数目分为3个亚族,即AP2亚家族、EREBP亚家族和RAV亚家族,每个亚家族都有各自的作用。AP2基因不但自身调控着花、胚珠的发育,而且与其他因子相互协作,参与到复杂的花发育调控网络。将对AP2基因的特征和分类及其在花发育中的作用进行概述。     

小黑杨HD-Zip转录因子家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子基因是植物中特有的一类蛋白家族,在植物生长发育和逆境应答胁迫过程中发挥重要作用。HD-Zip转录因子基因是由高度保守的同源异型结构域（HD）和亮氨酸拉链域（LZ）结构域构成的特殊结构模型。杨树HD-Zip转录因子家族共有63个基因,可被分为HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ四个亚家族。本文利用RNA-Seq分析了盐胁迫条件下HD-Zip基因家族在小黑杨根、茎、叶等不同组织的基因表达差异,从转录组水平揭示其应答胁迫环境的分子机制,结果表明,盐胁迫下在叶中有25个HD-Zip基因下调表达,21个基因上调表达;茎中有42个基因下调表达,11个基因上调表达;根中有26个基因下调表达,24个基因上调表达。另外,本文根据拟南芥HD-Zip转录因子家族基因的已知功能,预测了杨树HD-Zip转录因子同源基因的功能,并利用生物信息学方法分析了杨树HD-Zip转录因子蛋白序列的保守结构域、氨基酸组成和理化性质等,为进一步研究杨树HD-Zip转录因子基因功能提供参考。     

毕氏海蓬子SbDREB基因的克隆与表达分析研究

以毕氏海蓬子的基因组为模板,通过PCR技术扩增到一个编码DREB蛋白AP2保守结构域的基因片段;根据该片段序列设计引物,以毕氏海蓬子经NaCl处理的植株肉质茎cDNA为模板,应用RACE技术获得该基因的cDNA全长,命名为SbDREB(GenBank登录号:JF894301)。SbDREB基因cDNA全长1206bp,包含一个编码284个氨基酸的完整开放阅读框。对氨基酸序列比对分析表明,该蛋白在靠近N端具有典型的AP2/EREBP保守结构域,且该结构域与一些高等植物DREB类转录因子的AP2区域具有高度同源性。进化树分析表明SbDREB属于DREB亚家族中的A-6亚族。实时荧光定量PCR结果显示:干旱、高盐和ABA能够诱导其表达,而低温则使其表达下调,表明该基因在毕氏海蓬子植株对干旱、盐和低温等非生物胁迫的应答中起作用。     

利用阵列分析水稻AP2/EREBP家族基因的表达特性

AP2／EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2／EREBP功能域的重要转录因子家族,通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白,它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测．水稻基因组编码150个左右的AP2／EREBP家族成员,但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性,我们以AP2／EREBP功能域的氨基酸序列为基础,从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因,利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro—array。以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的cDNA为探针,杂交分析结果显示：不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大,但同一个基因在不同器官中表达量基本一致：与此不同的是,大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高,而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。     

DREB1A 转录因子蛋白的原核表达

DREB1A是DREB转录因子的一员,它们都含有一段与DNA结合的保守区域,由58个氨基酸组成,称为EREBP/AP2结构域(EREBP/AP2 domain)。一个DREB转录因子可以调控多个与植物干旱、高盐及低温耐性有关的功能基因表达。从拟南芥中克隆了DREB1A转录因子基因,成功构建了DREB1A基因的原核表达载体,转化E.coliBL21(DE3),经1 mmol/L IPTG诱导表达获得了DREB1A蛋白,但以包涵体形式存在。为以后深入研究DREB转录因子与DRE顺式作用元件相互作用的具体机制奠定了基础。     

抗逆相关AP2/EREBP转录因子研究进展

干旱、低温、土地盐碱化等非生物胁迫是影响植物生长发育以及作物产量的重要因素。近年来大量研究表明,多种转录因子参与调控植物对各种生物及非生物胁迫的应答与防御反应,与此同时人们对其作用机理的探索也日渐深入。AP2/ERF转录因子家族是植物所特有的一类转录因子,在拟南芥中该家族至少有146个成员;而在水稻中该基因家族多达181个,是已知水稻转录因子基因中最大的家族。这些编码含有一个保守APETALA(AP2)结构域的蛋白质可能在植物多个发育过程及应答外界环境信号过程中发挥重要功能。综述了AP2/EREBP类转录因子的结构特征及其功能特性,并重点讨论了它们在植物抗逆中的调控作用及其在植物抗逆性分子遗传改良上的意义。     

DREB1A类转录调控域中对转录激活功能起关键作用的氨基酸

从烟草品种k326中克隆到2个干旱应答元件结合蛋白类(DREB-Like)转录因子基因,命名为NtDREBI和NtDREB1A.序列分析发现,NtDREBI和NtDREB1A编码的蛋白质具有典型的AP2/EREBP转录因子家族EREBP亚族A类特征.酵母单杂交结果显示,NtDREBI具有激活功能, 而NtDREB1A不能激活下游基因,但可以与DRE元件结合.将NtDREBI、NtDREB1A与其它AP2/EREBP类转录因子序列比对,发现在C末端第148位氨基酸有显著差别.采用定点突变方法进一步研究表明,DREB1A类转录因子的第148位氨基酸残基与其邻近氨基酸残基的相互作用对调控转录激活功能起关键作用.     

大叶杨干旱和水淹胁迫的转录组分析

大叶杨（Populus lasiocarpa）是中国特有的杨属物种,干旱和水淹是影响大叶杨生长和分布范围的两个关键因子。AP2/ERF转录因子家族在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。本研究采用转录组测序、生物信息学分析手段并结合分子实验验证初步鉴定了参与大叶杨干旱和水淹胁迫响应的关键基因。研究结果显示：（1）在大叶杨中分别鉴定到3,986/385个响应干旱/水淹胁迫的差异表达基因,其中包括237个同时响应干旱和水淹胁迫的差异表达基因。（2）在大叶杨中共鉴定到205个AP2/ERF家族成员,系统发育分析表明其在大叶杨中主要分为5个亚家族,并显著富集于差异表达基因中。（3）筛选部分胁迫前后差异表达的PlAP2/ERF基因进行qRT-PCR实验,经证实这些基因在大叶杨受到干旱/水淹胁迫时均可被诱导表达。综上,大叶杨在水淹胁迫下的差异表达基因数量明显少于干旱胁迫,AP2/ERF基因家族的部分基因参与到大叶杨干旱/水淹胁迫的应激表达过程。     

草坪草狗牙根中抗逆基因BeDREB的克隆及功能鉴定

DREB(dehydrationresponsiveelementbindingprotein)蛋白是一类在植物中所特有的,能与DRE(dehydrationresponsiveelement)顺式作用元件特异性结合的转录因子,调控与干旱、高盐以及低温等逆境胁迫应答有关基因的表达.根据狗牙根近缘植物的DREB转录因子的AP2EREBP保守结构域的基因序列,通过RTPCR和RACE的方法分别从冷诱导和盐诱导的狗牙根cDNA中扩增到了2个似DREB基因,分别命名为BeDREB1和BeDREB2,并已提交NCBIGenBank,其登录号分别为AY462117和AY462118.这两个基因的编码框均为753个碱基,编码251个氨基酸,具有DREB转录因子的典型特征.两种逆境胁迫下扩增的基因序列同源性很高,达到了97.8%.利用酵母单杂交真核转录激活的方法进行了功能鉴定,证明BeDREB1和BeDREB2蛋白均可以与DRE顺式作用元件结合,激活下游报告基因HIS3的表达.RTPCR结果显示,BeDREB1基因受冷胁迫诱导表达,而BeDREB2受盐胁迫的诱导表达,且随着诱导时间的不同,表达量也在发生变化.上述结果表明,从狗牙根中克隆到的BeDREB1和BeDREB2基因属于DREB转录因子家族的新成员,在狗牙根中分别与冷胁迫和盐胁迫的信号转导有关.     

植物逆境抗性相关转录因子的研究进展

植物各种诱导性基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。转录因子也称反式作用因子,通过与靶基因启动子中的顺式作用元件结合发挥调节作用。根据与DNA结合的区域不同,转录因子分为若干个家族。本文综述了与植物逆境抗性相关的4个转录因子家族：bZIP类、WRKY类、AP2/EREBP类和MYB类在逆境信号转导中的作用以及它们在植物抗逆基因工程改良中的应用现状。     

植物逆境抗性相关转录因子的研究进展

植物各种诱导性基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控.转录因子也称反式作用因子,通过与靶基因启动子中的顺式作用元件结合发挥调节作用.根据与DNA结合的区域不同,转录因子分为若干个家族.本文综述了与植物逆境抗性相关的4个转录因子家族:bZIP类、WRKY类、AP2/EREBP类和MYB类在逆境信号转导中的作用以及它们在植物抗逆基因工程改良中的应用现状.     

紫鸭跖草热激转录因子基因家族鉴定及在Cu2+胁迫下表达模式分析

热激转录因子(Hsf)是植物中最重要的转录因子家族之一,在植物遭遇热、干旱和重金属等多种非生物胁迫中具有重要的作用。为明确紫鸭跖草Hsf基因家族的结构及功能,从紫鸭跖草全长转录组数据库筛选鉴定出20个SpbHsf基因,并运用生物信息学工具和qRT-PCR进行分析。结果显示:SpbHsf蛋白均为亲水性蛋白,定位于细胞核的SpbHsf蛋白有12个,所有SpbHsf蛋白二级结构的α螺旋和无规卷曲的含量较高。SpbHsf基因分为3个亚族,各亚族都包含独特的保守基序。全部SpbHsf蛋白含有DBD和HR-A/B结构域。系统进化分析显示,与SpbHsf蛋白同源性最高的是水稻OsHsf蛋白。20个SpbHsf基因在紫鸭跖草根组织中均有表达。相比于对照组,根组织在Cu²⁺胁迫下,8个SpbHsf基因的表达量显著上调,8个SpbHsf基因的表达量显著下调。研究结果为紫鸭跖草Hsf基因家族的功能验证及表达模式提供了一定的理论参考。     

植物AP2/ERF转录因子家族的研究进展

作为植物最大转录因子家族之一,AP2/ERF转录因子广泛存在于植物中,并因其在基因育种等方面具有重要作用而倍受关注。AP2/ERF转录因子家族成员至少含有一段60个左右氨基酸构成的AP2保守结构域,根据结构域的数量和识别序列的不同可以将其分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 5个亚家族,且在拟南芥、水稻、玉米和番茄等植物中,AP2/ERF转录因子及其各个亚家族成员的数量各不相同。研究发现,AP2/ERF转录因子可通过响应乙烯、细胞分裂素和生长素的调节从而直接或间接参与种子发育过程、花和果实等器官的形态建成等植物发育的多个进程;除了初生代谢,AP2/ERF转录因子还在植物次生代谢尤其是在调控药用植物主要药用活性成分(如青蒿素、紫杉醇和木质素)合成方面效果显著。同时,有报道称拟南芥AP2/ERF基因具有正向调节抗灰霉病的功能,一些AP2/ERF基因也被报道在植物应对高盐、干旱、缺氧、低温等非生物胁迫方面具重要功能;另外,AP2/ERF类转录因子还参与了乙烯等介导的非生物信号传导。介绍AP2/ERF转录因子的结构分类特征、在不同植物中的数量分布,并阐述其在植物发育、次生代谢、生物与非生物胁迫和信号传导等方面的研究进展,以期为培育出兼具高产、抗病的实用型转基因作物提供理论依据。