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。     

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。     

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。     

砀山酥梨TCP基因家族全基因组鉴定与分析

TCP蛋白是植物特有的转录因子家族之一,在植物生长和发育等多个过程起到重要作用。本研究利用生物信息学方法对砀山酥梨TCP基因家族成员、染色体定位、进化分析、亚组分类、保守域结构和保守元件进行了相关分析。结果显示,梨TCP基因家族含有34个成员;进化分析表明,根据进化树拓扑结构将其分为两类:ClassⅠ和ClassⅡ,其中ClassⅡ可被分为CYC/TB1和CIN两个小组。结构域分析表明,梨TCP基因家族TCP结构域高度保守;保守元件分析表明,梨TCP基因家族包含5个保守元件:元件1是TCP保守域;元件2为R结构域,元件3、4和5为功能尚未鉴定的结构域,所有梨TCP蛋白都含有元件1,ClassⅡ组中CYC/TB1小组包含特异元件2。以上结果将为今后揭示梨TCP基因的功能提供重要的理论基础。     

紫花苜蓿NAC转录因子MsNAC1基因的克隆、生物信息学分析及非生物逆境胁迫下的表达分析

NAC转录因子是高等植物所特有的具有多种生物功能的转录因子,在植物生长发育、抵抗逆境和激素调节等过程中发挥着重要作用。本研究利用RACE-PCR技术,克隆获得了紫花苜蓿NAC转录因子Ms NAC1(Gen Bank登录号为JN099384.1)基因的c DNA序列。生物信息学分析显示,Ms NAC1基因的开放阅读框(ORF)为993 bp,编码一个由330个氨基酸残基组成的亲水性蛋白,N-端具有保守的NAM结构域,C-端高度变异,具备NAC转录因子的基本特征;Ms NAC1蛋白被定位在细胞核中,含有2条核定位信号序列,具有9个糖基化位点和23个磷酸化位点,三级结构为对称的同型二聚体。多重比对发现,Ms NAC1蛋白与拟南芥ATAF1和水稻Os NAC6蛋白的同源性较高;系统进化分析表明,Ms NAC1蛋白属于NAC转录因子家族中的ATAF亚族,与ATAF1的亲缘关系最近。非生物逆境胁迫下的表达分析显示,Ms NAC1基因在高盐、干旱和低温胁迫下表达量均呈现先上调后下调的趋势,不同处理时间的差异达到极显著水平,并且根中的表达量上调幅度高于叶片,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。     

草莓(Fragaria×ananassa)MYC2-like基因的克隆和非生物胁迫下的表达分析

髓细胞组织增生蛋白2(myelocytomatosis protein 2, MYC2)作为MYC型bHLH转录因子家族成员,是茉莉酸响应途径的关键转录因子,在调控植物抵抗逆境胁迫中具有重要作用。本研究基于NCBI数据库中野草莓(Fragaria vesca)的基因序列,从草莓(Fragaria×ananassa)品种‘红颜’(‘Benihoppe’)中克隆鉴定了1个FaMYC2-like基因,其开放阅读框长度为1 473 bp,编码490个氨基酸残基。保守结构域分析表明,FaMYC2-like蛋白具有bHLH-MYC家族保守结构域。系统发育分析显示,FaMYC2-like蛋白与月季花(Rosa chinensis)等蔷薇科(Rosaceae)植物中的同源基因编码的蛋白质具有较近的亲缘关系。通过启动子顺式作用元件预测,发现其启动子区含有大量的光信号、胁迫响应及激素信号的响应元件。亚细胞定位结果表明,FaMYC2-like蛋白定位于细胞核中。组织特异性RT-qPCR结果显示,FaMYC2-like基因在草莓的根中表达量最高,在茎、叶和花中也有较高表达,在匍匐茎中表达量最低;在果实发育早期...     

茶树品种‘安吉白茶’ CsDREB-A4 b基因的克隆及其对非生物胁迫的响应

采用RT-PCR方法从茶树﹝Camellia sinensis ( Linn.) O. Ktze.﹞品种‘安吉白茶’(‘Anjibaicha’)叶片的cDNA中克隆得到1个编码DREB转录因子的基因,命名为CsDREB-A4b。序列分析结果显示,CsDREB-A4b基因包含长度为873 bp的开放阅读框,编码290个氨基酸,具有保守的AP2结构域。与拟南芥﹝Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.﹞AP2/ERF家族转录因子进行同源进化分析,CsDREB-A4b转录因子属于DREB亚族中的A4组。多重比对结果显示：CsDREB-A4b转录因子与蓖麻(Ricinus communis Linn.)等植物的DREB类转录因子保守结构域氨基酸序列的相似性较高。 CsDREB-A4b转录因子为亲水性蛋白,理论相对分子质量为31938.5,理论等电点为pI 5.91,总平均疏水性为-0.603,碱性、酸性、芳香族和脂肪族氨基酸的比例分别为12%、12%、7%和15%。在高温(38℃)胁迫处理前期,CsDREB-A4b基因的相对表达量显著高于胁迫处理前;在低温(4℃)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈显著升高的趋势;在盐(200 mmol·L-1 NaCl)和干旱(200 g·L-1 PEG)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈先降低后显著升高的趋势。表明CsDREB-A4b基因参与‘安吉白茶’非生物胁迫的响应过程,且在不同胁迫条件下具有表达差异性。     

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。     

非生物逆境胁迫相关NAC转录因子的生物信息学分析

通过生物信息学手段,对22种NAC蛋白(14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白、8种涉及不同生物学功能的NAC蛋白)进行氨基酸序列比对和系统发生树构建,对14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白氨基酸组成、理化性质、亲/疏水性、保守结构域、亚细胞定位、二级结构及三级结构等进行了分析、预测。结果显示,22个NAC蛋白中,非生物逆境相关的NAC蛋白聚成一类,其余NAC蛋白聚为另一类;非生物逆境胁迫相关的NAC蛋白序列分析显示,N-端具有A、B、C、D、E 5个保守的亚结构域,共同组成NAC结构域,C-端含有多个保守的酸性氨基酸位点,具有转录激活功能,同时蛋白中含有多个丝氨酸(S)、苏氨酸(T)和酪氨酸(Y)磷酸化位点;非生物逆境胁迫相关NAC蛋白主要亲水区域位于A、C、D亚域,大多定位于细胞核,个别定位于细胞质或线粒体,二级结构则以α-螺旋和β-折叠片为主;拟南芥RD26和ANAC三级结构上的一致性暗示了功能上的相似。     

WRKY转录因子超家族的研究

WRKY转录因子是一类能与W盒特异结合的DNA结合蛋白,最初从植物中分离获得,该家族因子均含有一个或两个保守的WRKY结构域,该结构域约含有60个氨基酸残基,在WRKYGQK残基核心序列之后接有一个C2H2或C2HC类型的锌指基序。WRKY转录因子在高等植物中形成一个庞大的基因家族,基因数量众多。大量的实验证据说明,WRKY蛋白参与植物的抗病反应,并影响植物的衰老、抗胁迫能力以及生长和发育。     

苦荞转录因子基因FtDREB1和FtDREB2的克隆及其对非生物胁迫的应答

基于苦荞(Fagopyrum tataricum)花期转录组数据,采用RT-PCR技术克隆到2个编码DREB类转录因子的基因,命名为Ft DREB1和Ft DREB2。氨基酸多重序列比对表明,其编码蛋白Ft DREB1和Ft DREB2具有与拟南芥DREB相同的保守AP2结构域。进化树分析表明,Ft DREB1和Ft DREB2与抗逆相关DREB转录因子归为A2亚家族。实时荧光定量PCR分析表明,在PEG模拟的干旱胁迫下,Ft DREB1和Ft DREB2表达量有所上升,峰值分别在2 h与12 h,分别为对照组的2.09倍(p0.01)和2.83倍(p0.01);低温与Na Cl胁迫下,Ft DREB1和Ft DREB2表达量均显著下降,趋势基本一致。本研究推测Ft DREB1和Ft DREB2基因以相似的应答模式参与了苦荞对不同非生物胁迫的应答过程。     

甜荞FeFUL2基因的克隆与表达分析

为了探索甜荞FUL同源基因参与花与籽粒发育调控的分子机制,该文采用同源克隆的方法从甜荞(Fagopyrum esculentum)长花柱和长雄蕊突变体(lpls)中克隆到1个长837 bp的FeFUL2基因(GenBank登录号为MG779493.1),其包含长690 bp的完整开放阅读框,编码1个由229个氨基酸残基组成的MADS-box转录因子。通过对FeFUL2进行分子系统发生、同源蛋白比对与转录因子结构分析,结果显示FeFUL2与核心真双子叶植物AP1/FUL亚家族转录因子中的euFUL进化系聚于1个进化分支,属甜荞euFUL型MADS-box转录因子,且包含1个57个氨基酸残基长的高度保守的MADS结构域、1个69个氨基酸残基长的次级保守的K结构域,其C末端转录激活区在序列长度和氨基酸残基组成上与其他euFUL型转录因子差异较大,但仍含有2个euFUL型转录因子特有的保守基元:FUL motif和paleo AP1 motif。用qPCR检测基因表达的组织特异性显示:FeFUL2基因在甜荞lpls突变体的根、茎、叶、花被片、雄蕊、雌蕊和发育4 d的幼果中均有表达,但其在花被片中表达量极显著高于该基因在其他器官中的表达量(LSD,P0.01)。综合转录因子的结构与基因的表达模式推测,FeFUL2基因与其他euFUL型基因的功能可能存在一定差异,其在花发育过程中可能主要参与甜荞花被片的发育调控。     

普通小麦祖先种类TaNAC2a基因的生物信息和表达分析

采用生物信息学方法,利用核酸、蛋白数据库对普通小麦祖先种乌拉尔图小麦(Triticum urartu L.)和粗山羊草(Aegilops tauschii L.)NAC转录因子基因家族进行分析,分别鉴定出107、126个NAC蛋白家族成员。根据拟南芥、水稻NAC基因家族分类系统,将其分为15个亚族。通过与抗逆相关基因TaNAC2a进行同源进化树分析,发现5个TuNAC、6个AetNAC基因与其高度同源,对这些基因的蛋白结构域、基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析。结果表明,11个NAC蛋白具有典型的NAC结构域。进化关系较近的基因具有相似基因结构;启动子区域预测发现其均含有逆境胁迫响应作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,TuNAC、AetNAC基因分别在乌拉尔图小麦和粗山羊草根、胚芽鞘、叶组织中均有表达,并呈现出明显的组织表达特异性。通过芯片表达数据和逆境胁迫基因表达试验,推测AetNAC2c基因可能参与植物干旱胁迫响应,AetNAC2b可能参与调控植物的耐旱、耐低温胁迫反应。上述分析结果为普通小麦祖先种基因家族的系统研究,优异候选功能基因的预测、筛选提供了试验依据。     

油橄榄AP2/ERF转录因子鉴定及水胁迫表达分析

为探究油橄榄AP2/ERF基因家族对水胁迫的响应机制,该研究对受干旱及水淹胁迫的‘佛奥’和‘TYZ-1号’2个品种的根和叶进行转录组测序,并对油橄榄中AP2/ERF转录因子的蛋白理化性质、基因结构及系统进化进行分析,同时分析与水胁迫相关的AP2/ERF转录因子在2个油橄榄品种中的基因表达差异且进行RT-qPCR验证。结果表明：(1)在油橄榄中鉴定得到110个AP2/ERF基因家族成员,该110个蛋白质所含氨基酸大小为173～717 bp,均不存在信号肽,为非分泌蛋白。将油橄榄AP2/ERF与模式植物拟南芥AP2/ERF蛋白构建进化树发现,油橄榄AP2/ERF蛋白分为AP2、RAV、ERF和Solosist 4大类,其中ERF分为ERF和DREB 2个亚类,ERF包含ERF B1～ERF B6 6个子亚类,DREB包含DREB A1～DREB A6 6个子亚类,这与模式植物拟南芥AP2/ERF的分类一致,每个亚家族同时包含了油橄榄和拟南芥AP2/ERF蛋白,说明拟南芥和油橄榄的AP2/ERF家族在进化水平上有一定的相似性。(2)油橄榄AP2/ERF同一亚家族蛋白具有相同的基因结构及保守元...     

茶树CsDREB-A1转录因子基因的克隆及其特性分析

基于茶树品种‘迎霜’（Camellia sinensis‘Yingshuang’）的转录组数据,采用PCR方法从其基因组DNA中克隆获得编码DREB转录因子的CsDREB-A1基因。结果显示：该基因的开放阅读框（ORF）长度为585 bp,编码194个氨基酸,该氨基酸序列即为CsDREB-A1转录因子。CsDREB-A1转录因子的N端含有AP2/ERF家族转录因子典型的AP2 DNA保守结合结构域,其中包含保守的YRG元件和WLG基序,且其第14位和第19位分别为缬氨酸和谷氨酸,该结构域的上、下游分别有PKK/RPAGRx KFx ETRHP和DSAW特征序列。通过进化分析可知CsDREB-A1转录因子属于AP2/ERF家族中DREB亚族的A1组,其与茶树CBF转录因子的相似性较高,与拟南芥〔Arabidopsis thaliana（Linn.）Heynh.〕等植物的DREB类转录因子也有较高的相似性。CsDREB-A1转录因子为亲水性蛋白,理论相对分子质量为21 165.4,理论等电点为p I 9.56,碱性、酸性、芳香族和脂肪族氨基酸比例分别为18%、10%、6%和18%;该转录因子只有1个包含53个氨基酸的无序化区域,且大部分无序化氨基酸位于AP2DNA保守结合结构域内,无序化氨基酸的比例为27.32%;在CsDREB-A1转录因子的三级结构中,N端有1个α螺旋、C端有3个β折叠。研究结果显示：CsDREB-A1转录因子可能与茶树的抗寒性相关。     

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。     

甜荞FaesSTK基因在长花柱长雄蕊突变体lpls中的表达分析

采用RACE技术,从甜荞（Fagopyrum esculentum Moench）中克隆获得3种花型的STK同源基因FaesSTK,并对其序列特征进行分析。结果显示,甜荞3种花型植株STK同源基因序列一致,全长为967 bp,包含长689 bp的完整开放阅读框,编码一个由225个氨基酸残基组成的D类MADS-box转录因子。蛋白序列比对及系统发育分析结果表明,FaesSTK蛋白属于MADS-box转录因子中的STK进化系。包含1个由57个氨基酸残基组成的高度保守的MADS结构域;1个由82个氨基酸残基组成的次级保守区域的K结构域,在C端的转录激活区还含有另外2个高度保守的基序（AGⅠ和AGⅡ）。实时荧光定量检测结果显示,FaesSTK基因主要在甜荞lpls突变体的雄蕊、雌蕊和不同发育时期的幼果中表达,在根和花被片中仅能检测到微弱的转录信号,在叶和茎中不表达,其中在雌蕊和果实中的表达量极显著高于其他组织。推测该基因在花发育过程中可能主要参与调控甜荞lpls突变体雌蕊和果实的发育。     

结缕草转录因子基因ZjDREB4.1克隆和逆境表达模式

以日本结缕草(Zoysia japonica)‘Meyer’品种为材料,克隆获得了1个DREB(dehydration responsive element binding)类转录因子基因,命名为Zj DREB4.1。该基因编码区长651 bp,编码216个氨基酸,推测的蛋白质Zj DREB4.1分子量为22.9 k D,等电点p I为5.74,第50-110位氨基酸组成一个典型的AP2保守结构域。在基因的系统发生树中,Zj DREB4.1蛋白与拟南芥At TINY蛋白和玉米Zm DBF2蛋白聚为一支,属于DREB亚家族A-4组。在叶组织中Zj DREB4.1为组成型表达,受低温诱导上调表达,在干旱和高盐胁迫下表达先下调后恢复至正常水平。     

野生大豆盐碱胁迫相关GsTIFY11b的克隆与功能分析

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料,采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明,与其他物种相比,GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高,达到56%;序列分析表明GsTIFY11b蛋白除具有TIFY保守结构域外,还具有一个N端保守结构域和一个C端保守的Jas结构域;实时荧光定量PCR结果显示该基因受盐和碱胁迫诱导表达;将GsTIFY11b转化拟南芥来验证其耐盐碱功能,获得两个转基因纯合体株系,盐碱胁迫分析结果表明,GsTIFY11b的超量表达没能提高拟南芥对盐碱胁迫的耐性,并且与野生型相比,转基因植株在种子萌发期和苗期表现出对盐胁迫更加敏感。盐胁迫信号通路相关marker基因在转基因拟南芥中的表达特性分析表明,GsTIFY11b可以调控RD29B、KIN1、DREB等基因的转录。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GsTIFY11b-GFP融合蛋白的结果表明,GsTIFY11b定位于细胞核中。上述结果表明,该基因在细胞核中起着转录调节子的作用,可能是通过调控盐胁迫信号通路中关键基因的表达来改变植物对盐胁迫的耐受性。     

野生大豆盐碱胁迫相关GsTIFY11b的克隆与功能分析

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料, 采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY 类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明, 与其他物种相比, GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高, 达到56%; 序列分析表明GsTIFY11b蛋白除具有 TIFY保守结构域外, 还具有一个N端保守结构域和一个C端保守的Jas结构域; 实时荧光定量PCR结果显示该基因受盐和碱胁迫诱导表达; 将GsTIFY11b转化拟南芥来验证其耐盐碱功能, 获得两个转基因纯合体株系, 盐碱胁迫分析结果表明, GsTIFY11b的超量表达没能提高拟南芥对盐碱胁迫的耐性, 并且与野生型相比, 转基因植株在种子萌发期和苗期表现出对盐胁迫更加敏感。盐胁迫信号通路相关marker基因在转基因拟南芥中的表达特性分析表明, GsTIFY11b可以调控RD29B、KIN1、DREB等基因的转录。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GsTIFY11b-GFP融合蛋白的结果表明, GsTIFY11b定位于细胞核中。上述结果表明, 该基因在细胞核中起着转录调节子的作用, 可能是通过调控盐胁迫信号通路中关键基因的表达来改变植物对盐胁迫的耐受性。