多年生黑麦草温度胁迫差异表达转录因子的比较转录组分析

多年生黑麦草是禾本科冷季型草种,温度胁迫严重影响其分布和产量。转录因子调控基因表达在植物响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究以多年生黑麦草品种雅晴为材料,采用高通量RNA-seq技术,对热(40℃)、冷冻(-10℃)和对照(22℃)处理的样本进行转录因子应答分析,以探索多年生黑麦草转录因子对温度胁迫的响应规律,并筛选抗逆转录因子候选基因。结果显示:(1)共鉴定了694个转录因子unigenes,分属于AP2/ERF、GTF、HSF、MYB、NAC、WRKY、bHLH和bZIP等32个家族。(2)在热和冷冻胁迫下,ERF(AP2/ERF)、MYB、NAC和bZIP家族基因均以上调为主,而WRKY家族则多数下调。HSF、GTF和DREB(AP2/ERF)家族成员大多数受热诱导上调,而多数bHLH家族成员受冷冻胁迫上调。(3)功能富集结果表明,多年生黑麦草差异表达的转录因子基因主要参与植物激素信号转导、昼夜节律和病原体互作等通路。研究表明,多年生黑麦草中与胁迫适应相关的转录因子基因普遍上调表达,而与生长和抗病相关的基因多数下调。该研究筛选到大量抗逆转录因子候选基因,为分子育种提供抗逆基因资源。     

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。     

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.     

枣AP2/EREBP转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

AP2/EREBP类转录因子为植物所特有的一类转录因子,参与了植物的发育和胁迫途径。本研究利用枣的全基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定枣的AP2/EREBP家族的全部成员,并分析AP2/EREBP转录因子家族保守域特点与功能及表达情况,为枣的遗传改良抗性育种提供理论依据。利用在线软件EBI、TAIR、Hmmer3.0、SMART、Pfam、MEME、ProtParam、SOPMA、SignalP4.1Sever和String网站,以及ClustalX2、BioEdit、MEGA6.0、MapInspect软件,对枣的AP2/EREBP转录因子家族的类型、结构域、系谱进化、序列元件、蛋白理化性质及二级结构、信号肽分析、基因定位、基因芯片表达和蛋白功能联系预测进行了分析。分析表明,枣全基因组中有127条AP2/EREBP转录因子,根据其结构域划分为4个亚家族:AP2、RAV、DREB及ERF,各家族成员数分别为:17、6、50及54。进行多序列比对和系谱进化分析,发现2个亚家族各分为6个亚族。生物信息学分析表明,AP2/EREBP家族蛋白均为亲水性蛋白、非分泌型蛋白,且该家族蛋白富含酸性氨基酸;基因定位表明,该家族基因在12条染色体上呈不均匀分布,有染色存在串联复制现象;对127个枣AP2/EREBP蛋白之间的功能联系网络进行了系统预测,分析预测了相关基因的功能和多个基因间的联系;基因芯片表达表明,AP2/EREBP转录因子在低温、高温、光照、遮阴、紫外线、UV敏感处理及外源ABA处理条件下均能被诱导表达,且在根、叶、花和果4个器官中均有显著性表达。枣AP2/EREBP基因家族结构高度保守,对外界胁迫有显著性表达,可能在枣的生长发育及其在枣的多种生理反应信号转导中发挥着重要作用,且各家族成员之间在植物生长发育过程和胁迫响应及激素信号转导途径具有交叉作用。     

不同盐度胁迫下杜氏盐藻全转录组测序及注释

【目的】通过对杜氏盐藻的转录组进行测序和基因功能分析,阐明不同浓度盐胁迫对杜氏盐藻生长发育以及不同信号途径的影响。【方法】分别获取9%NaCl浓度和24%NaCl浓度培养下的杜氏盐藻转录组并通过Illumina平台进行测序。将所得的序列进行拼接、去冗余处理。【结果】获得40682个unigenes,其中注释到NR数据库的10905个,注释到NT数据库的2768个,注释到SWISS-PROT数据库的7261个,注释到COG/KOG数据库的6499个。受到高盐胁迫的杜氏盐藻细胞相比低盐环境下,有717个基因表达上调,1012个基因表达下调。进一步对60个显著差异基因进行了功能聚类,发现盐胁迫诱导了光合作用途径的基因表达。【结论】杜氏盐藻通过提高光合作用基因表达增强耐盐性。该研究最大范围上挖掘了杜氏盐藻在高盐和低盐环境的基因转录水平,为深入揭示杜氏盐藻盐胁迫下基因差异表达提供了平台,并为进一步研究杜氏盐藻耐盐机理提供理论依据。     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

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。     

转录因子网络与植物对环境胁迫的响应

转录因子所介导的基因表达调控网络在植物抵御各种环境胁迫的反应中具有重要功能.已鉴定的参与植物环境胁迫响应的转录因子及家族有APETALA2/EREBP、BZIP、WRKY和MYB等.这些转录因子组成调控网络,精细调控植物胁迫反应中各种相关基因的表达.转录因子及其调控网络的遗传修饰已成为从系统水平上探索胁迫生物学和提高植物胁迫耐性和抗性的有效工具.     

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.     

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。     

沙冬青响应非生物胁迫的转录因子基因鉴定与分析

以沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng f.]幼苗为实验材料,对其转录组进行测序,筛选出质量体积分数18%聚乙二醇6000模拟干旱胁迫下差异表达的转录因子基因;在此基础上,对干旱胁迫下差异表达bHLH转录因子的系统进化关系以及干旱胁迫和100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫下差异表达bHLH基因的表达模式进行分析。结果表明:沙冬青中存在49个转录因子基因家族,共包含1 575个转录因子基因。干旱胁迫下沙冬青地上部有44个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中33个转录因子基因上调表达,11个转录因子基因下调表达;地下部有57个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中50个转录因子基因上调表达,7个转录因子基因下调表达。沙冬青响应干旱胁迫的差异表达转录因子基因主要分布于AP2-EREBP、MYB、WRKY、NAC和bHLH基因家族。沙冬青地上部和地下部表达量上(下)调2~5、5(含5)~10(含10)及10倍以上的差异表达转录因子基因数分别为28、7和9个,以及11、27和19个。聚类分析结果显示:沙冬青6个差异表达bHLH基因编码的氨基酸序列与拟南芥[Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.]bHLH基因编码的氨基酸序列有不同程度的相似性。干旱胁迫和NaCl胁迫下,沙冬青6个差异表达bHLH基因的表达受到不同程度的诱导。本结果为研究非生物胁迫过程中沙冬青调控机制提供了大量的转录因子基因资源。     

利用酵母双杂交筛选与丹参R2R3-MYB类转录因子SmPAP1互作的蛋白

根据NCBI数据库公布的R2R3-MYB类转录因子Sm PAP1基因序列(Gen Bank登录号GU218694.2),构建丹参Sm PAP1的酵母双杂交诱饵表达载体p GBKT7-Sm PAP1,检测p GBKT7-Sm PAP1的自激活活性及其对酵母AH109细胞的毒性。以Sm PAP1为诱饵筛选构建到p GADK7中的丹参c DNA文库,挑取阳性克隆进行测序,并在NCBI数据库中进行BLAST比对分析。利用Uniprot在线网站,对筛选到的60个基因进行了功能注释。对其中4个候选互作蛋白,包括病程相关类蛋白AP2/ERF,氧化还原酶类蛋白Sm C4H,逆境胁迫相关类蛋白Sm WRKY及b HLH转录因子类蛋白Sm MYC2进行回转验证实验。通过酵母双杂交实验,确定Sm PAP1与AP2/ERF类、Sm C4H、Sm WRKY及Sm MYC2相互作用。这些数据为深入探究Sm PAP1调控丹参中酚酸类化合物合成的分子机理提供了参考。     

杨树WRKY基因家族鉴定及其干旱胁迫响应模式分析

WRKY是近年来研究较广泛的植物转录因子,其序列的氨基(N)末端含有高度保守的七肽WRKYGQK,能够与顺式作用元件W盒[(T)(T)TGAC(C/T)]发生特异性结合,从而调控下游靶基因的表达。该研究利用生物信息学方法,对杨树WRKY转录因子进行了序列鉴定、结构分析、染色体定位、结构域分析、系统进化分析和胁迫响应模式分析,鉴定出杨树WRKY基因家族有122个成员,分为3大类(34个Ⅰ类成员、78个Ⅱ类成员和10个Ⅲ类成员); WRKY基因染色体定位分析发现,位于每条染色体的数目各不相同,并且在9号染色体上没有分布,表明WRKY基因在染色体上呈现出不均匀分布;系统发育分析表明, WRKY家族成员形成3个主要进化支,此外,结合基因结构分析发现,位于相同进化支的WRKY基因通常具有相似的基序组成和外显子/内含子结构模式,表明WRKY基因的功能相似性;转录组分析发现, 62个家族成员表现出上调或下调的差异表达,可将其划分为5个基因聚类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ这4个聚类中绝大多数基因在干旱胁迫8 h左右表现明显上调, Ⅱ类在干旱胁迫2～4 h表现明显上调,而PtWRKY70、PtWRKY81、PtWRKY104、PtWRKY108等在干旱胁迫处理后开始明显下调,表明WRKY基因在响应干旱胁迫的过程中具有重要作用。通过上述研究,极大丰富了杨树WRKY基因家族以及其应对干旱胁迫的功能,并为杨树抗旱育种计划提供了候选基因。     

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。     

盐胁迫下两个甜瓜品种转录因子的转录组分析

利用新一代高通量测序手段——转录组测序（RNA-Seq）技术研究在300 mmol.L-1NaCl胁迫下两个甜瓜（Cucumis melo L.）品种‘玉露’和‘冰雪脆’的转录因子基因表达变化。这两个甜瓜品种在叶绿素荧光参数上的差异表明其在盐胁迫下有不同的生理反应。转录组测序结果表明,盐胁迫与对照相比,‘玉露’共有属于19个转录因子家族的56个转录因子基因表达发生变化（在转录水平,属于7个转录因子家族的22个转录因子上调表达,属于14个转录因子家族的34个转录因子下调表达）。‘冰雪脆’有属于20个转录因子家族的47个转录因子基因表达发生变化（在转录水平上,属于5个转录因子家族的17个转录因子上调表达,属于17个转录因子家族的30个转录因子下调表达）。盐胁迫下,两个甜瓜品种差异表达的转录因子既表现特异性,也存在部分重叠。‘玉露’有29个转录因子特异响应,‘冰雪脆’有20个特异响应。盐胁迫响应重叠的转录因子有27个,其中9个上调表达,18个下调表达。采用实时荧光定量PCR对几个转录因子进行了盐胁迫下的表达检测,其趋势与转录组分析结果基本一致。     

水稻逆境相关转录因子研究进展

干旱、盐碱、高温和低温等逆境因子胁迫水稻的生长发育,进而影响水稻的产量和品质。因此,研究水稻的抗逆性,尤其是揭示其抗逆分子机理具有重要的生物学意义。近年来,水稻抗逆分子机理的研究主要集中在转录因子及其分子调控机制方面。在水稻中,目前研究较多的转录因子类型主要有b ZIP、MYB/MYC、WRKY、AP2/EREBP和NAC,它们的结构通常由DNA结合结构域、转录活化结构域、寡聚化位点和核定位信号组成。转录因子在水稻逆境信号转导途径中起着中心调节作用,它们将逆境信号传递和放大,通过与目的基因启动子区中顺式作用元件特异结合,调控下游多个逆境相关基因的表达,从而引起水稻对逆境应答反应,最终实现水稻获得综合抗逆性的提升。该文简要概述了植物转录因子的调控机制、结构特点、分类与功能特性,重点论述了转录因子在水稻抗逆中的作用,指出了转录因子应用过程中转基因水稻产生的负效应问题,并提出了解决负效应问题的研究思路,同时展望了今后转录因子的研究前景,以期为挖掘和应用新的水稻转录因子基因以及阐明其抗逆调控机制提供理论依据。     

基于转录组测序的花烟草低温胁迫响应转录因子挖掘

为了鉴定参与花烟草低温胁迫的转录因子,对花烟草幼苗进行了4℃低温处理,并在处理后12 h采集其幼苗样本,提取总RNA后,采用高通量测序技术,进行了转录组测序。在对差异表达基因进行GO及KEGG分析的基础上,对参与其中的转录因子进行了挖掘,并采用qRT-PCR的方法,对转录组测序的结果进行了验证。结果表明,低温处理后,花烟草基因表达量变化在2倍以上的基因有8388个(P<0.01),其中,上调表达4229个,下调表达4159个。这些差异表达基因的功能归类于生物过程、细胞组分及分子功能3大类69个GO条目,并显著富集在40条KEGG代谢通路中。同时,在低温胁迫下,花烟草有118个转录因子的表达发生了显著改变,其中,上调表达82个,下调表达36个。这些转录因子属于28个家族,其中,数量最多的为NAC家族19个,其次为ERF家族16个、MYB家族15个、WRKY家族15个。本研究的结果为花烟草低温响应分子机制的研究提供了借鉴。     

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。