北京中医药大学中药学院

转录因子是能够结合某基因上游特异核苷酸序列上的蛋白质,活化后从胞质转位至胞核,通过识别和结合基因启动子区的顺式作用元件,启动和调控基因表达。真核生物在转录水平上的基因表达调控,影响和控制着细胞和生物个体的许多生物学过程。本文综述了转录因子的结构、分类以及其在植物干旱胁迫中发挥的作用。     

转录因子在植物干旱应激中的功能研究进展

转录因子是一种多功能蛋白,在感知应激信号、应答相应应激基因表达及传导应激信号中起着关键作用。干旱是影响植物生长发育的主要非生物胁迫之一。为了适应干旱环境,植物发展了复杂的分子机制,其中转录因子可同时控制多种途径调控干旱应激,是操纵调控和应激响应途径的有力工具。近年来,越来越多的植物转录因子的功能被阐明,了解转录因子在干旱应激的功能,对植物的工程抗旱有重要的实践意义。综述转录因子在植物干旱应激中的功能研究进展,以期为今后转录因子的研究和利用提供理论依据,培育具有较强抗旱能力的植物。     

不同水分条件下杜鹃花转录因子的转录组分析

为了解杜鹃花(Rhododendron pulchurum)转录因子在干旱胁迫下的表达模式,利用高通量测序技术,对不同水分条件下"白凤4号"叶的转录因子表达谱进行分析。结果表明,在不同水分处理间有34~161个差异表达的转录因子,杜鹃花响应不同水分的转录调控主要是通过ERF、b HLH和MYB基因的表达协同完成的;干旱胁迫时,特异调动了NAC的差异表达和WRKY、b ZIP、PLATZ的上调表达,干旱后复水时特异调动了GATA表达来调控。RT-q PCR验证结果表明,基因表达趋势与测序结果一致,证明了测序结果的有效性。这为明晰杜鹃花抗旱的分子机理及分子育种奠定了理论基础。     

AtDREB1A基因在菊花中的异源表达提高了植株对干旱和盐渍胁迫的耐性

将携带有AtDREB1A基因, 并以35S或rd29A启动子驱动的植物表达载体转入地被菊花(Dendranthema grandiflorum)的粉色品种‘Fall color’. 与野生型相比, 35S:DREB1A转基因植株表现出严重的生长抑制, 而rd29A:DREB1A植株生长正常. RT-PCR检测表明, 在胁迫条件下, AtDREB1A基因在35S: DREB1A转基因植株中呈现组成型过量表达, 而在rd29A:DREB1A植株中则是受胁迫诱导型过量表达. 这两种启动子驱动的转基因植株对干旱和盐渍胁迫都表现出较强的耐性, 其中rd29A:DREB1A植株耐性显著强于35S:DREB1A植株. rd29A:DREB1A植株中的脯氨酸含量和SOD活性都强烈地被胁迫诱导升高, 且高于35S:DREB1A植株. 这些结果表明, 在地被菊花中表达AtDREB1A基因可以提高植株对干旱和盐渍胁迫的耐性, 同时这些耐性的升高可能与脯氨酸含量和SOD活性的上升有关.     

漆树TvMYB1基因的鉴定及干旱响应潜力分析

该研究筛选漆树MYB转录因子家族成员,经同源比对、开放读码框(ORF)、序列基本特征等分析,选取其中的TvMYB1进行基本生物学信息及逆境表达分析。以一年生漆树(Toxicodendron vernicifluum)盆栽苗为材料,采用RT-PCR技术克隆漆树TvMYB1基因的cDNA,以漆树茎和根部的cDNA为模板对漆树TvMYB1基因进行克隆,采用实时荧光定量(qRT-PCR)分析经PEG6000胁迫后其在根部、茎、叶片中随处理时间的表达变化。结果表明:(1)生物信息学分析显示,TvMYB1基因ORF长900 bp,编码蛋白含299个氨基酸,分子质量为32.45 kD,理论等电点为9.51,其蛋白结构含有1个MYB不完全重复子结构域,属于1R-MYB类,亚细胞定位在细胞核内。(2)进化树分析显示,TvMYB1基因编码蛋白与阿月浑子(Pistacia vera)、可可豆(Theobroma cacao)、柑橘(Citrus sinensis)的MYB蛋白具有较近的亲缘关系。(3)qRT-PCR分析结果显示,经PEG6000处理后,TvMYB1在漆树不同组织中均可被诱导表达,在叶片中的表...     

单叶蔷薇NAC基因家族鉴定及干旱胁迫响应分析

NAC转录因子在植物胁迫应答中起关键作用，单叶蔷薇（Rosa persica）主要分布于我国新疆，研究其耐旱能力对治理荒漠地区生态问题具有重要意义。对单叶蔷薇NAC基因家族进行全基因组鉴定，分析基因家族特征和表达模式，利用RT-qPCR验证NAC基因在干旱胁迫下的表达情况。NAC基因家族的基因特征变化较大，而基因结构和基序相对保守。启动子分析表明RbeNAC在调节激素合成和适应环境胁迫方面具有重要作用。基于转录组数据分析发现RbeNAC基因的表达表现出组织特异性和对干旱胁迫的响应。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)结果表明，7个基因（RbeATAF、RbeSOG1、RbeNAC17、RbeNAC71、RbeNAC72、RbeNAC90和RbeNAC96）在根和叶中积极响应干旱胁迫。本研究鉴定了单叶蔷薇NAC基因，初步探究了不同基因可能发挥的功能，获得了7个响应干旱胁迫的候选基因，为后续开展单叶蔷薇抗逆性育种提供参考依据。     

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PsnNAC007高耐旱性小黑杨种质创制及其特性分析

小黑杨(Populus simonii×P. nigra)是东北地区速生、耐寒、材性优良的树种。为了创制适种范围广、耐旱性状明显改良的林木新种质,利用小黑杨为材料,以干旱胁迫关键响应因子PsnNAC007转录因子为对象,创制了小黑杨过表达OE-PsnNAC007转基因植株。对OE-PsnNAC007转基因植株的生长指标、干旱胁迫适应能力、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、导水率指标、细胞形态和木材组分进行分析。结果显示：与野生型小黑杨相比,转基因植株的生长情况无明显差异,而干旱胁迫成活率提高了26.15%。在干旱胁迫条件下,转基因植株气孔导度减小、蒸腾速率下降、水分利用效率明显提高,植株茎干的导水率损失显著减少。解剖学分析发现,PsnNAC007的过量表达导致植株茎干产生更多、更小的导管细胞,这种细胞特性有利于植株在干旱条件下维持水分连续高效的运输。木材组分分析发现,转基因植株茎干木质素沉积明显增强,构成纤维素、半纤维素的单糖含量均无明显变化。     

玉米ZmNAC99基因的克隆及干旱诱导表达分析

以不同抗旱性玉米自交系为材料,克隆得到玉米ZmNAC99基因的gDNA序列和cDNA序列,并对其进行了初步的生物信息学分析,同时结合RT-PCR和qRT-PCR技术对其在不同干旱程度下的表达模式进行了分析。结果显示:(1)ZmNAC99基因的gDNA长1 892~1 908bp,cDNA长1 188bp,共编码395个氨基酸,其N-端具有保守的NAM结构域;系统进化分析表明推断的ZmNAC99蛋白属于NAC家族中的OsNAC3亚类。(2)RT-PCR和qRT-PCR分析表明,干旱胁迫诱导下ZmNAC99表达上调;顺式元件分析进一步揭示了ZmNAC99基因的推断启动子包含2个干旱应答顺式元件MBS和1个低温应答元件LTR。(3)不同抗旱性玉米自交系来源的ZmNAC99推断氨基酸序列存在4个氨基酸突变,推测其结构差异对玉米抗旱性可能产生一定影响。研究表明,ZmNAC99可能在植物的抗逆过程发挥作用。     

长穗偃麦草EeNAC9基因功能初步研究

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答反应中发挥重要作用.通过同源克隆方法从长穗偃麦草中分离到一个NAC转录因子基因EeNAC9(Elytrigia elongate NAM-ATAF-CUC 9),该基因编码274个氨基酸,等电点为9.03;对该蛋白二级结构预测发现主要存在9个螺旋区(helices)和无规则卷曲(coils).氨基酸疏水性分析表明,该蛋白存在大量的疏水性氨基酸.将该基因构建到PBI121双元植物表达载体上,通过农杆菌介导转化烟草,经PCR分子检测获得T0代35S∷EeNAC9转基因烟草阳性植株65株.胁迫培养基上初步功能研究表明,过表达EeNAC9转基因烟草表现出对ABA的敏感性,同时增强了对干旱、高盐的胁迫耐性,从而为小麦抗逆分子育种提供了优良候选基因资源.     

热激转录因子在植物抗非生物胁迫中的功能研究进展

植物在遭受环境胁迫时会产生一系列应激反应,而热激转录因子可通过介导热激蛋白或其他热诱导基因的转录和表达,来参与调控植物抵抗逆境胁迫过程和其他生命活动。主要介绍了植物热激转录因子的基本蛋白结构域,阐述了3类热激转录因子在抗极端温度（高温、低温）胁迫、干旱胁迫、高盐胁迫、活性氧胁迫中的功能与作用机制,并探讨和展望了植物热激转录因子在植物育种和提高植物抗逆性的研究中的发展与应用前景,以期为深入研究热激转录因子在调控植物抵抗逆境胁迫中的生物学功能与机制提供理论参考。     

菌根真菌在改善附生兰干旱耐受性中的作用：以禾叶贝母兰为例

干旱胁迫是在多种生态系统中影响植物生存、发育及产量的最主要的非生物因素之一。菌根共生已被证明可以提高植物对干旱的耐受性。兰科植物对菌根真菌有非常高的依赖性,但是有关兰科菌根真菌是否可以提高宿主植物的耐旱性以及能提高到什么程度还少有报道。在本研究中,我们检测了一株分离自附生型兰科植物禾叶贝母兰Coelogyne viscosa的胶膜菌属真菌Tullasnella sp. hy-111对宿主植物幼苗生长及耐旱性的影响,并从转录组水平检测了该菌根真菌对禾叶贝母兰幼苗基因表达的影响。结果显示,接种hy-111不仅能显著提高幼苗的生物量、与耐旱相关的酶活性以及渗透调节物质的富集,而且还能显著诱导植物抗性途径相关基因的上调表达。本研究表明菌根真菌能改善生长于胁迫的附生生境中的兰科植物对于干旱的耐受性,并可能在兰科植物的生态适应中起到重要作用。     

水分胁迫下不同抗旱性小麦品种叶片转录因子表达差异研究

通过研究不同抗旱性小麦品种中转录因子表达水平的差异,为阐明小麦抗旱机制奠定基础。依据候选基因序列设计PCR引物,以干旱胁迫后0、3、6、9、12和24 h的小麦叶片为实验材料,以26S rRNA为内参,运用荧光定量PCR技术,检测Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性和干旱耐受性小麦叶片中的相对表达量。定量PCR结果显示：干旱胁迫后,Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性小麦叶片中的表达明显低于干旱耐受性小麦,在不同品种叶片中的响应时间和表达趋势存在差异。研究认为,Wdreb2、Wlip19基因在不同品种小麦受到干旱胁迫后的表达差异,与该品种小麦的抗旱能力具有一定的相关性。     

PEG模拟干旱胁迫下马铃薯茎段转录组分析

该研究以‘青薯9号’马铃薯无菌苗为材料,采用转录组测序技术分析模拟干旱胁迫下马铃薯茎段的差异表达,探究茎段在干旱胁迫下的分子机制。结果表明:(1)不同程度干旱胁迫下,马铃薯叶片脯氨酸、可溶性糖以及可溶性蛋白含量明显增加;马铃薯茎段差异表达基因下调的数量均多于上调,其中3种处理条件下共有的差异表达基因有657个。(2)GO富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在氧化还原过程、激素响应、氧化还原酶活性以及糖基水解酶活性;Pathway富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在植物激素信号转导、苯丙酸生物合成、玉米素生物合成、苯丙氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢以及次生代谢产物的生物合成。(3)实时荧光定量PCR验证结果表明,6个差异表达基因在不同程度干旱胁迫中的差异表达与转录组分析的结果基本一致,证明转录组数据的可靠性。该结果对进一步研究马铃薯干旱胁迫响应机制有一定参考价值,也丰富了马铃薯抗旱育种的基因资源。     

低磷和干旱胁迫对小麦生长发育影响的研究初探

研究了低磷和干旱胁迫对小麦（Triticum aestivum L.）生长发育的影响。结果表明,低磷胁迫能显著降低小麦的分蘖数、叶片相对含水量和叶绿素含量,进而抑制小麦的生长发育,降低其生物产量和经济产量,不耐低磷品种中国春受影响的程度要大于耐低磷品种烟中144。在相同条件下,干旱能够强化磷胁迫效应,表现出明显的胁迫叠加现象。     

过表达NtMYB4a基因增强烟草抗旱能力

为探究转录因子NtMYB4a参与调控烟草(Nicotiana tabacum)抵抗干旱胁迫的能力,以NtMYB4a过表达株系(OE)、敲除株系(KO)和野生型(WT)为材料,通过盆栽实验模拟自然干旱胁迫,对比分析三个株系在干旱胁迫0、2、4、6、8 d和复水2 d后的光合特征、根系活力、叶绿素、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性等指标。结果表明,OE株系的净光合速率(Pn)、根系活力、叶绿素含量、Pro含量以及SOD、POD和CAT活性均显著高于WT株系,而蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、MDA含量则显著低于WT株系;KO株系多数时期Pn、根系活力、叶绿素含量、Pro含量及SOD、POD和CAT活性显著低于WT株系,Tr、Gs、MDA含量则显著高于WT株系。因此,超表达NtMYB4a可能通过提高烟草的光合能力、根系活力和抗氧化酶活性,减少细胞膜损伤来提高烟苗抗旱性。     

利用转基因途径提高植物非生物胁迫耐受性的研究进展

包括干旱在内的非生物胁迫是农业生产中导致作物减产的主要因素。利用现代分子生物学技术阐明非生物胁迫耐受性的控制机理,以及工程化胁迫耐受性作物均基于特异胁迫相关基因的表达。因此,发展胁迫耐受性植物的基因工程可能是增强作物品种胁迫耐受性的一条捷径。但转基因品种产生不仅受限于转化过程的是否成功,而且受限于胁迫耐受性是否适当整合;仍需阐明胁迫条件下转基因植物的评价,以及转入基因在整体植株水平的生理效应。综述利用转基因技术提高植物非生物胁迫耐受性的研究进展,讨论在接近大田环境条件下的非生物胁迫响应的评估和转基因植物耐受性的检测标准。     

高粱SPL基因家族的鉴定及表达分析

Squamosa启动子结合类蛋白(SPL)基因家族编码一类植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。虽然SPL基因在很多作物中有广泛研究,但是在高粱中仍有待进一步探索。本研究通过生物信息学方法,利用同源序列法在高粱基因组水平对SPL基因家族进行分离和分析,共获得19个高粱SPL基因,并命名为SbSPL。高粱SbSPL家族基因不均匀地分布于高粱9条染色体上。通过系统进化树、保守结构域和基因结构等分析,将SbSPL基因家族成员分为5组,不同组的SbSPL基因在功能结构上具有保守性。此外,分析了SbSPL基因家族成员的启动子,发现SbSPL基因家族具有响应非生物胁迫相关信号转导的顺式作用元件。利用qRT-PCR技术,发现部分高粱SbSPL基因的表达受干旱胁迫诱导。这些结果揭示了SbSPL基因可能在高粱响应环境非生物胁迫过程中起到重要作用。     

沙鞭转录因子PvCBF1的基因克隆及功能验证

沙鞭(Psammochloa villosa)是西北地区重要的防风固沙植物,关于其耐旱调控基因克隆与功能验证的研究尚未见报道。基于三代转录组测序技术,本研究克隆出沙鞭中调控耐旱的关键转录因子PvCBF1基因,对其编码产物的理化性质、蛋白质结构特点和进化关系进行了分析,测定了其在沙鞭不同组织及模拟干旱胁迫条件下的表达,并验证了PvCBF1在转基因烟草(Nicotiana tabacum)中的功能。结果表明,PvCBF1基因编码区长度为690 bp,编码229个氨基酸,包括AP2保守结构域,并含有CBF转录因子的两段特征序列PKRPAGRTKFRETRHP和DSAWR;进化分析显示,沙鞭PvCBF1与普通小麦(Triticum aestivum)CBF1转录因子亲缘最近;RT-qPCR结果表明,PvCBF1基因在沙鞭根、茎、叶和种子中均能表达,无组织表达特异性;模拟干旱胁迫0～6 h,PvCBF1基因迅速表达并在6 h时达到峰值;20%PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,随模拟干旱胁迫时间的增加,转PvCBF1基因烟草叶片萎蔫程度明显低于野生型烟草,转PvCBF1基因烟草和野生型烟草的超氧...     

植物抗旱机理及相关基因研究进展

提高植物的抗旱能力已经成为现代植物研究工作中的关键问题之一.近年来,随着分子生物学的应用与发展,该领域的研究也已引起国内外学者广泛的兴趣和重视,在抗旱机理研究及相关基因克隆及表达调控方面已取得可喜进展.对植物抗旱机理及相关基因研究进展做了详细的综述,并对以后植物抗旱的研究做了展望.