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。     

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。     

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。     

鉴定水稻中一个新的专一结合GCC元件的AP2/EREBP族转录因子

TSH1,是通过搜寻GenBank的EST库而获得的一个来源于水稻的含AP2/EREBP保守结构域的蛋白质.为了详细分析TSH1蛋白与其DNA顺式元件的结合特性,首先采用传统的凝胶阻滞实验和酵母单杂交技术,证实TSH1在体内和体外均专一性地结合于GCC元件,然后利用原子力显微镜技术精确测量了TSH1蛋白与GCC元件在单分子水平的相互作用力.结果表明,GST-TSH1与DRE元件没有特异性的结合,而GST-TSH1与GCC元件结合力的大小为(83.9±2.2)pN,这种特异性的结合可以被加入的游离TSH1蛋白明显降低.GST蛋白和突变GCC元件作为负对照显示出与GCC元件无特异性作用力.以上结果充分证明,TSH1是专一性地与GCC元件相作用的转录因子,而且原子力显微镜对于检测转录因子与DNA相互作用时单碱基的突变十分灵敏.通过比较几种评估转录因子与DNA顺式元件结合特异性的方法,阐述了原子力显微镜技术的特点及优越性.     

巴西橡胶树一个AP2／EREBP转录因子的克隆及表达分析

本文采用RACE技术从巴西橡胶树中鉴定出一个AP2／EREBP转录因子。该转录因子全长cDNANl225bp,最长开放阅读框699bp,预测编码蛋白包含232个氨基酸;序列比对分析发现,该转录因子具有一段保守的AP2／EREBP结构域,与拟南芥Soloist（At4g13040）具有较高的相似性,将该基因命名HbSoloist。半定量胙PcR分析结果表明,HbSoloist在巴西橡胶树的胶乳、叶片、树皮和花中均有表达。与健康橡胶树相比,死皮树胶乳HbSoloist表达量明显下降。研究发HbSoloist表达受乙烯利、茉莉酸和低温处理调控,表明HbSoloist基因可能在巴西橡胶树乙烯、茉莉酸和低温反应中发挥作用。     

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。     

山菠菜EREBP/AP2类DNA结合蛋白基因的克隆及其耐逆性研究

EREBP/AP2类蛋白是一个仅存在于植物中的DNA结合蛋白(DBP)大家族.其中一些成员如APETALA2和AtDREB/CBF分别调控花的发育和植物对环境胁迫的反应.为了阐明在植物响应盐胁迫过程中所涉及的转录因子的特点,用高盐浓度处理盐生植物山菠菜,构建了cDNA文库,并从此文库中分离得到了一个编码EREBP/AP2类蛋白的基因.此cDNA包含一个723bp的开放读码框和一个长达655bp的3＇端非编码区,推导的氨基酸序列显示其有一个保守的EREBP/AP2的DNA结合域,此基因被命名为AhDREB1.将AhDREB1置于CaMV 35S启动子下转入烟草,获得9个独立的转基因株系,对其进行了长期的盐胁迫实验.结果显示,AhDREB1的组成性表达显著提高了转基因烟草的耐盐能力,这可能是由于其激活了一些具有抗盐效应的下游基因.通过与拟南芥的全基因组进行同源性比较得到了具有较高相似性的7个EREBP/AP2家族成员,二级结构预测显示了它们在DNA结合区段的α螺旋结构上具有相似性.     

山菠菜EREBP／AP2类DNA结合蛋白基因的克隆及其耐逆性研究

EREBP/AP2类蛋白是一个仅存在于植物中的DNA结合蛋白（DBP）大家族,其中一些成员如SPETALA2和AtDREB/CBF分别调控花的发育和植物对环境胁迫的反应,为了阐明在植物响应盐胁迫过程中所涉及的转录因子的特点,用高盐浓度处理盐生植物山菠菜,构建了cDNA文库。并从此文库中分离得到了一个编码EREBP/AP2类蛋白的基因,此cDNA包含一个723bp的开放读码框和一个长达655bp的3′端非编码区,推导的氨基酸序列显示基有一个保守的EREBP/AP2的DNA结合域,此基因被命名为AhDREB1,将AhDREB1置于CaMV35S启动子下转入烟草,获得9个独立的转基因株系,对其进行了长期的盐胁迫实验。结果显示。AhDREB1的组成性表达显著提高了转基因烟草的耐盐能力。这可能是由于其激活了一些具有抗盐效应的下游基因。通过与拟南芥的全基因组进行同源性比较8得到了具有较高相似性的7个EREBP/AP2家族成员,二级结构预测显示了它们在DNA结合区段的α螺旋结构上具有相似性。     

植物AP2/ERF类转录因子研究进展

植物AP2/ERF是一个庞大的转录因子基因家族,含有由60~70个氨基酸组成的AP2/ERF结构域而得名,存在于所有的植物中。AP2/ERF转录因子参与多种生物学过程,包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。AP2/ERF类转录因子参与水杨酸、茉莉酸、乙烯、脱落酸等多种信号转导途径,而且是逆境信号交叉途径中的连接因子。文章对国内外近年来有关植物AP2/ERF类转录因子的分类、生物学功能、基因调控等方面的研究进行了综述。     

油菜AP2/ERF-B4类转录因子克隆及表达载体的构建

利用油菜UniGene数据库,以拟南芥转录因子保守序列为探针,通过电子克隆方法分离得到一个UniGene库Bna.17538,进一步序列拼接得到一个油菜AP2/ERF-B4亚族的转录因子BnaERFB4-1,长度为672 bp,并进行了相关的生物信息学分析.结果显示BnaERFB4-1是亲水性蛋白,蛋白质三级结构与拟南芥RAP2.6L非常相似,蛋白质无序化程度大于拟南芥RAP2.6L.设计引物通过PCR和RT-PCR方法分别从甘蓝型油菜沪油15幼苗的DNA和cDNA中分离了BnaERFB4-1基因,命名为BnaERFB4-1-Hy15.序列测定和分析显示,来源于沪油15的BnaERFB4-1-Hy15基因与电子克隆的基因序列差异很小,有3个氨基酸位点不同,存在一个内含子.将BnaERFB4-1-Hy15基因通过BamHⅠ和SacⅠ酶切后分别插入酵母表达载体YK3302和植物双元表达载体pYF1404的相应位置,构建了BnaERFB4-1-Hy15基因的酵母体内结合和植物转化载体,为深入研究该基因在油菜抗逆调控中的作用奠定了基础.     

衰老细胞转录因子AP_1/CREB结合活性对EGF的可诱导性下降

转录因子与ＤＮＡ的结合是基因转录的关键环节．通过迁移位移法分析了转录因子ＡＰ１、ｃＡＭＰ反应元件结合蛋白（ＣＲＥＢ）、糖皮质激素反应元件（ＧＲＥ）结合蛋白在衰老细胞中的结合活性．结果表明,ＡＰ１与ＣＲＥＢ的结合活性在衰老细胞中对表皮生长因子（ＥＧＦ）的反应性低于年轻细胞;而ＧＲＥ结合蛋白的结合活性在衰老细胞中对ＥＧＦ的反应性无明显变化．这提示ＥＧＦ不能有效刺激衰老细胞增殖可能与其转录因子结合活性的改变有关     

欧洲红豆杉AP2/ERF转录因子基因序列分析

以东北红豆杉AP2转录因子氨基酸序列为查询序列,搜索比对欧洲红豆杉基因组草图数据得到一个AP2转录因子全长序列,并命名为TbAP2。同时,利用生物信息学方法对TbAP2基因序列及其编码蛋白进行了特征分析和功能预测,发现该基因全长1 817bp,编码一个217个氨基酸的ORF;TbAP2相对分子量为23.68×103,等电点为4.92,亚细胞定位分析推测该转录因子定位在细胞核中,保守结构域分析发现其含有一个典型的AP2结构域,除与东北红豆杉具有99%的高一致性外,还分别与杨树、苜蓿和大豆的AP2蛋白具有81%、80%和78%的高一致性,进化树分析表明,相近科属植物的AP2转录因子归为一类,红豆杉AP2转录因子与玉米的AP2转录因子亲缘关系最近。本研究获得了TbAP2基因电子序列,为更好地利用分子生物学技术调控紫杉醇的生物合成提供理论基础。