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。     

巴西橡胶树HbCRK1的克隆及表达分析

钙离子依赖蛋白激酶相关激酶(CDPK-related kinase, CRK)在植物对生物和非生物胁迫抗性中具有重要作用。为了揭示CRK家族成员在橡胶树抗逆机制中的作用,本研究从巴西橡胶树品种热研7-33-97叶片中克隆了一个CRK基因,其推导氨基酸含有特征性STKc_CAMK结构域,命名为HbCRK1。该基因在树皮、花、叶片和胶乳中均有表达,在叶片中的表达量最高;在干旱、机械伤害、白粉菌侵染和激素处理下均显著上调。本研究结果表明HbCRK1受逆境反应诱导,参与橡胶树抗逆响应的生理和分子机制,为揭示HbCRK1基因的功能和橡胶树抗逆响应的研究提供理论指导。     

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HbNAC24基因克隆和表达分析

该研究以巴西橡胶树为实验材料,从橡胶树胶乳cDNA中克隆了NAC转录因子基因(HbNAC24)完整开放阅读框(ORF),并通过酵母实验和实时荧光定量PCR技术,进行转录激活活性分析和表达分析。结果显示:(1)HbNAC24基因ORF为1 167bp,编码388个氨基酸,在N端第7~174氨基酸之间含有一个典型的NAC结构域。(2)酵母实验表明,HbNAC24具有转录激活活性,转录激活区在高度变异C端,具备了NAC转录因子的基本特征。(3)序列比对和系统进化分析表明,HbNAC24蛋白属于NAC转录因子家族中的TIP亚族。(4)实时荧光定量PCR分析结果发现,HbNAC24基因在叶中的表达量显著高于其他部位;割胶和茉莉酸(JA)处理均能够诱导HbNAC24表达上调。研究认为,HbNAC24基因可能参与植物的生长发育和胁迫应答过程。     

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。     

巴西橡胶树一个编码含有C2结构域蛋白cDNA的克隆及表达分析

本研究根据从巴西橡树胶乳cDNA文库中获得的一个EST片段的序列信息设计引物,通过RACE的方法获得了橡胶树编码含有C2结构域蛋白的cDNA(命名为HbC2)。序列分析表明,HbC2长为1185bp,含有813bp的阅读框,140bp的5'-UTR和232bp的3'-UTR,编码270个氨基酸,分子量为30.9KD,等电点为6.29,含有保守的C2结构域。半定量RT-PCR分析表明HbC2在花、芽、叶、胶乳和树皮中都有表达,其中在胶乳中表达量最高。茉莉酸可抑制HbC2的表达,乙烯对HbC2的表达没有影响。此研究为进一步研究C2蛋白基因在橡胶树中的生物学功能奠定基础。     

转录因子AP—2的研究进展

转录因子AP-2家族是一类DNA结合蛋白,以二聚体形式结合到DNA丰富GC的元件上,调控基因表达,本综述了近年来对AP-2的分子结构,活性调控以及对细胞增殖,分化,胚胎发育和肿瘤发生过程的作用的研究进展。     

巴西橡胶树HbMKK4基因的克隆及表达分析

采用RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了1个促分裂原活化蛋白激酶的激酶(MKK)基因HbMKK4。该基因全长cDNA序列1 580bp,编码框1 059bp,编码352个氨基酸,含有S_TKc结构域,其编码蛋白的分子量为38.83kD,理论等电点为9.36。实时荧光定量PCR结果显示,HbMKK4在橡胶树的根、树皮、胶乳及叶片中均有表达。割胶、茉莉酸甲酯和乙烯利均能上调胶乳中HbMKK4基因的表达,基因相对表达量分别在割胶后2h、茉莉酸甲酯处理8h和乙烯利处理4h后达到最高。研究结果推测HbMKK4可能通过MAPK信号途径参与茉莉酸信号途径的响应,可能在天然橡胶生物合成调控中起关键作用。     

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。     

巴西橡胶树HbMYB62转录因子基因的克隆和表达分析

R2R3-MYB类转录因子参与包括逆境胁迫反应等多种生物反应。为鉴定橡胶树中MYB转录因子的结构与功能,从橡胶树叶片中克隆HbMYB62全长的cDNA序列。该基因片段大小为1 013 bp,包含945 bp的ORF,编码314个氨基酸残基。其推导的氨基酸序列具有植物HTH_MYB的特异性结构域,并与拟南芥AtMYB62具有高度相似性。qRT-PCR发现HbMYB62主要在橡胶树花中表达,而在树皮、叶和乳胶中表达量较少。其叶片表达量在过氧化氢（H₂O₂）、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）等处理下显著上调。表明HbMYB62与橡胶树的抗逆反应和激素信号传导过程有关,为进一步研究其结构和功能打下基础。     

巴西橡胶树6个PP2C家族基因成员分子信息学与抗旱功能分析

PP2C是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,在高等植物ABA信号途径中起着重要的作用。为阐明巴西橡胶树中PP2C基因的结构与功能,本研究通过生物信息学方法,从橡胶树转录组数据库中鉴定并获得6个PP2C家族基因,均含有PP2CD、F1和F2亚族。通过qRT-PCR技术对6个PP2C家族基因进行了干旱处理下的差异表达分析,发现6个基因都不同程度上响应橡胶树干旱胁迫。本研究为探究PP2C基因在橡胶树抗干旱反应机制提供了理论依据。     

巴西橡胶树的脂酰辅酶A还原酶cDNA克隆及其序列分析

从巴西橡胶树差减cDNA文库中筛选到一个与脂酰辅酶A还原酶同源性较高的基因片段,根据该基因片段序列信息,设计特异引物,采用RACE进行差异片段的5’和3’端的扩增,获得长度为1365bp的cDNA克隆R28（GenBank登陆号：AY461413）。序列分析表明,该基因包含1149bp的开放阅读框,5＇-UTR为96bp,3＇-UTR为128bp,编码382个氨基酸,推测其蛋白质的分子量为43．5kDa,等电点为8．97,有一个跨膜螺旋N（187至215位氨基酸）和1个由17个氨基酸组成的信号肽（1至17位氨基酸）。R28含有脂酰辅酶A还原酶的保守（NADP结合蛋白保守区）,推测该基因是一个脂酰辅酶A还原酶基因。     

巴西橡胶树HbAIH基因的克隆及表达分析

鲱精胺亚胺水解酶(Agmatine iminohydrolase,AIH)是植物通过精氨酸途径合成多胺过程中的重要酶之一。本研究首次从巴西橡胶树中克隆了AIH基因HbAIH。序列分析结果表明HbAIH全长1 462 bp,开放阅读框长为1 137 bp,编码378个氨基酸。预测 HbAIH 蛋白的分子量是42.28 kD,等电点为5.09,是一个亲水性蛋白。氨基酸相似性比对结果表明HbAIH与大戟科木薯MeAIH、蓖麻RcAIH和麻风树JcAIH等具有很高相似性,且含有植物AIH中高度保守的与酶活性位点形成和参与底物结合的11个氨基酸位点。qRT-PCR 分析表明,HbAIH表达无组织特异性,在雌花中表达量最高,树皮、茎尖、胶乳、叶片和雄花中表达量依次降低。HbAIH在不同发育时期叶片中的表达存在变化,稳定期表达量最低,淡绿期最高,说明HbAIH可能参与橡胶树叶片发育过程。此外,低温、干旱、高盐、过氧化氢、乙烯利、茉莉酸甲酯处理以及橡胶树死皮的发生均能引起HbAIH表达变化。这些结果说明HbAIH可能参与了橡胶树生长发育、产排胶调控及逆境应答过程。     

巴西橡胶树环锌指蛋白基因克隆及其分子特性

在先前的研究中通过抑制缩减杂交获得了一个在巴西橡胶树胶乳中特异表达的片段（HbSSH10）,该片段含有“RING finger”或“C3HC4”保守序列。根据HbSSH10的序列信息设计引物并通过3’-RACE和5＇-RACE的方法,获得了一个全长的cDNA（HbRZF）。该cDNA含有589个核苷酸,含有完整的阅读框架,编码156个氨基酸。从它推导出的氨基酸序列中含有“RING finger”或“C3HC4”保守区（氨基酸100～144）。该氨基酸序列与Poncirus trifoliata、Arabidopsis thaliana和Thellungiella halophila的环锌指蛋白的同源性分别为48％、52％和50％。Northern杂交分析表明HbRZF在胶乳中大量表达,在叶片中微量表达,而在根和花中几乎没有表达。茉莉酸处理可以诱导胶乳中HbRZF的表达,而乙烯对胶乳中HbRZF的表达基本上没有影响。     

橡胶树胞质型谷胱甘肽还原酶基因的克隆与表达分析

根据橡胶树GR1基因（Hb GR1）部分序列设计特异引物,运用RACE和RT-PCR技术克隆Hb GR1全长c DNA序列;运用DNAMAN、MEGA 6.06、Prot Param及Signal P 4.1 Server等生物信息学软件对Hb GR1序列、GR1系统进化关系及Hb GR1的基本理化性质和亚细胞定位等进行分析;利用实时荧光定量PCR技术研究Hb GR1的表达模式;构建原核表达载体p EASYE1-Hb GR1,并将其转入大肠杆菌BL21（DE3）,用IPTG诱导融合蛋白原核表达。获得2 082 bp的Hb GR1全长c DNA,其中5′非编码区293 bp,3′非编码区298 bp,开放阅读框长1 491 bp,共编码496个氨基酸,其编码的蛋白分子质量约为53.68 k Da,理论等电点p I为6.18。序列分析发现Hb GR1无信号肽,在氨基酸水平上与其他植物GR1具有很高的同源性,包含植物GR典型的NADH结合结构域、二聚体结构域和高度保守的GGTCV[I/L]RGCVPKK[I/L]LVY基序。对植物GR进行系统进化分析表明,Hb GR1属于双子叶植物GR分枝,与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明Hb GR1在橡胶树胶乳、叶片、树皮和花中均表达;Hb GR1表达受死皮、乙烯、茉莉酸、过氧化氢和伤害调控。SDS-PAGE电泳结果表明重组质粒p EASY-E1-Hb GR1在大肠杆菌BL21（DE3）中有效表达一个分子量约为55 k Da的融合蛋白。     

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。