植物WRKY转录因子

ＲＫＹ蛋白是最近才鉴定的只存在于植物中的一类新的转录因子[1] 。这些蛋白中含有保守的 6 0个氨基酸的ＷＲＫＹ结构域。由于在这个结构域中 ,Ｎ端包含了极为保守的氨基酸序列ＷＲＫＹＧＱＫ而得名。同时该结构域中还含有一类新的类似锌指的模体 ,因而也可能是一类新的锌指蛋白[2 ] 。几乎所有的ＷＲＫＹ蛋白对Ｗ框 :(Ｔ) (Ｔ)ＴＧＡＣ(Ｃ/Ｔ)都具有结合特性 ,因而是一个ＤＮＡ结合蛋白。从白薯、野燕麦、大麦和南芥中克隆了第一批ＷＲＫＹｃＤＮＡ ,就是根据ＷＲＫＹ蛋白能专性与Ｗ框结合的特性而成功克隆的。另外在欧芹、烟草[3 ] 等植物…     

植物WRKY转录因子结构及功能研究进展

WRKY蛋白是植物所特有的转录因子家族.因WRKY结构域中的N-端均含有高度保守的WRJKYGQK氨基酸序列而得名.它能够与(T)TGACC(A/T)序列(W*box)发生特异性作用,调节启动子中含W-box元件的调节基因或功能基因的表达,从而参与植物的各种防卫反应,调节植物的发育和代谢等.近些年来.有关WRKY转录因子的研究很多,如模式生物中的拟南芥和水稻基因组中拥有大量的WRKY成员.主要介绍WRKY转录因子的结构特点及生物学功能.     

WRKY转录因子表达谱的研究进展

功能有关.     

WRKY转录因子功能的多样化

WRKY是植物中一类重要的转录因子家族,其共同的特点是含有高度保守的核心氨基酸序列WRKYGQK,在C-末端有一个锌指结构。WRKY受到病原菌、损伤、SA(salicylic acid)等因子的诱导后表达,特异性识别(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box),调节基因的表达而参与许多生理过程,如抗病、损伤、生长发育以及衰老等。该文主要介绍了WRKY的结构特点及其功能的研究进展。     

油菜矮秆突变WRKY转录因子cDNA克隆及表达分析

以甘蓝型油菜为材料,利用已建立的抑制性消减文库(SSH),采用RACE技术克隆到1个植物WRKY转录因子相关基因,命名为BnD11,其cDNA全长1034 bp,含有810 bp的完整开放阅读框,编码269个氨基酸。该基因编码的氨基酸序列与拟南芥WRKY40氨基酸序列相似性为79%,与拟南芥中编码WRKY-DNA结合蛋白40基因的氨基酸序列相似性达78%,与其它多种植物的WRKY转录因子的氨基酸序列也有较高的相似性。半定量RT-PCR对BnD11进行组织特异性表达分析显示:在正常生长条件下,BnD11在野生型和矮秆油菜的各个组织中均有表达,但在矮秆突变的根、茎、茎尖的相对表达量明显高于野生型。研究表明,BnD11功能区段具有很高的保守性,可能参与了油菜的茎秆发育。     

杜仲全基因组WRKY转录因子基因家族鉴定及表达分析

WRKY转录因子基因家族是植物特有的基因家族之一,在植物整个生长发育、生物和非生物胁迫等生物过程中发挥重要调控作用.为进一步揭示杜仲WRKY转录因子家族成员信息,本研究利用生物信息学方法对杜仲(Eucommia ulmoides)WRKY转录因子家族成员进行鉴定,并对其进化关系、基因结构、理化性质、染色体定位和基因表达...     

甘菊木质素调控转录因子ClSND1-like的克隆与表达分析

为了探索纤维特异表达的NAC类转录因子SND1(secondary wall-associated NAC domain protein1,SND1)在甘菊(Chrysanthemum lavandulifolium)生长发育及非生物胁迫中的作用,该研究从甘菊中克隆了ClSND1-like基因,并对其进行生物信息学、亚细胞定位及表达模式分析。结果发现:(1)ClSND1-like基因的编码区全长1185 bp,共计编码394个氨基酸,是一个不稳定的亲水性蛋白,与除虫菊基因亲缘关系较近。(2)亚细胞定位结果表明,ClSND1-like基因在叶中不表达,在茎的导管壁上特异表达,属于木质素特异表达基因。(3)实时荧光定量PCR结果发现,ClSND1-like基因在茎中表达量最高,在根和叶中表达量极低,且随着茎秆的老化,表达量逐渐升高;在渗透胁迫和盐胁迫中表达量均显著提高。研究推测,ClSND1-like基因与甘菊木质素形成相关,并参与调控植物生长及盐和渗透胁迫。该结果为ClSND1-like基因在甘菊生长和非生物胁迫抗性中的研究奠定了基础,也为菊属植物的生长及抗性研究提供了新思路。     

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。     

植物WRKY转录因子家族研究进展

WRKY是植物特有的一类转录因子家族,因含有由WRKYGQK 7个氨基酸组成的保守序列而得名,在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中共发现了74个成员.WRKY蛋白能与TTGAC序列(又称W-box)专一结合调节基因转录,其表达主要受病原菌、损伤和信号分子SA的诱导.除主要与植物的抗逆反应和衰老有关外,WRKY也参与植物其他发育和代谢的调控.在植物的抗逆反应过程中,WRKY的表达通常发生在诱导的早期,且不需要蛋白质的重新合成.     

植物中逆境反应相关的WRKY转录因子研究进展

WRKY转录因子是植物体内一类比较大的转录因子家族,它在植物的生长发育以及抗逆境反应中起着非常重要的作用。本文综述了WRKY转录因子在植物应对冻害、干旱、盐害等非生物胁迫与病原菌、虫害等生物胁迫反应中的重要调控功能,并概括了WRKY转录因子在调控这些逆境反应中的机制。     

中粒咖啡WRKY基因家族的生物信息学分析

WRKY转录因子是植物信号网络中不可缺少的部分,作为植物中最大的转录因子家族之一,在植物的多种应激反应中发挥着重要作用。该文利用生物信息学方法对中粒咖啡WRKY蛋白家族的理化特性及其分子进化进行了详细分析。结果表明:(1)CcWRKY蛋白氨基酸数量在103～994个之间,均无信号肽,推测其为非分泌性蛋白; 其二级结构以无规则卷曲为最主要的结构元件,三级结构主要分为6类,其中以CcWRKY15、CcWRKY25、CcWRKY37和CcWRKY42为主要成员的D类结构最稳定。(2)保守结构域及进化树分析结果显示,中粒咖啡WRKY基因家族含有49个成员,其中的10个成员归为WRKY第Ⅰ家族,34个成员归为WRKY第Ⅱ家族,5个成员归为WRKY第Ⅲ家族。(3)中粒咖啡 WRKY47基因与其他物种的系统进化分析结果显示,WRKY47与烟草亲缘关系最近,与非洲油棕(Elaeis guineensis)亲缘关系最远,说明WRKY47蛋白在生物进化过程中比较保守。该研究结果可为中粒咖啡WRKY基因家族分子功能的深层次研究提供一定的借鉴作用,对进一步探究中粒咖啡WRKY基因的功能、进化以及分子育种具有重要意义。     

麻疯树种子发育过程中JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达模式研究

油质蛋白基因对种子中油体的形成至关重要,该研究通过实时荧光定量PCR,对麻疯树的两个油质蛋白基因JcOle14.3和JcOle16.6在种子不同发育时期的表达模式进行了分析。结果表明:两个基因在种子发育初期(10~30 d)表达量逐渐升高,但表达水平均较低;40 d时表达量急剧增加并达到最高,而种子发育后期(50~55 d)两个基因表达水平均逐渐降低。由此可初步推测,JcOle14.3和JcOle16.6基因的表达量可能与种子油脂积累量存在正相关。该研究结果为麻疯树油体形成机理和油质蛋白的深入研究提供了理论基础。     

纤枝短月藓BeLEA2基因的克隆及表达分析

为探究纤枝短月藓LEA2基因的结构和表达特征,该研究以纤枝短月藓为材料,首次利用PCR克隆技术得到纤枝短月藓BeLEA2基因序列,并对该基因进行分析。结果表明:(1)该基因序列中含有2个外显子和1个内含子,其开放阅读框(ORF)为456 bp,编码151个氨基酸,预测其相对分子质量为16515.96 Da。(2)将纤枝短月藓与其他植物LEA2基因氨基酸序列进行比对,构建系统进化树,结果显示纤枝短月藓与小立碗藓的亲缘关系最近。(3)利用HiTail-PCR技术克隆获得1072 bp的BeLEA2启动子序列,用PlantCARE在线工具对该启动子的顺式作用元件进行预测,结果表明该启动子除了含有核心启动子元件TATA-box和CAAT-box外,还含有ABRE、MYB、MYC、MYB结合位点(MBS)等其他顺式元件。(4)实时荧光定量PCR分析表明,BeLEA2基因在纤枝短月藓不同发育时期和不同组织中都有表达,且对脱水胁迫有响应。以上结果为进一步探究LEA2基因在苔藓植物中的功能及作用机制奠定了基础。     

西藏大花红景天RcCATs与RcSODs基因克隆及功能分析

为探究过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)基因家族成员在西藏大花红景天高原恶劣生境适应性中的作用,利用生物信息学和qRT-PCR技术对其RcCATs和RcSODs基因家族成员的序列和表达模式进行了分析,并构建RcCAT和RcSOD1的pYES2.0表达载体与pGBKT7诱饵载体,分别进行了酵母胁迫分析和拟南芥酵母文库中互作蛋白的筛选。结果显示:(1)大花红景天中共有2条RcCAT基因,3条RcSOD基因和1条Cu/Zn SOD铜伴侣基因RcCCS。生物信息学分析显示上述基因的氨基酸序列与其同源基因具有较高的相似性(66.37%～94.51%),且均没有跨膜结构域,亚细胞位置预测RcCATs位于过氧化物酶体,RcSODs和RcCCS位于细胞质或线粒体。(2)qRT-PCR结果显示6个基因在根、茎、叶三个器官中均有表达且主要在叶片中表达,低温胁迫和植物激素ABA对基因表达量的影响显著。(3)酵母胁迫结果显示异源表达RcCAT和RcSOD1基因的阳性酵母菌株在冷、热、盐、碱、重金属和H₂O₂胁迫下的细胞活力均比pYES2.0空载菌株高。(4)通过酵母双杂交共筛选到4个与RcCAT互作明显的基因AtbHLH121(AT3G19860)、AtCPCK2(AT2G23070)、AtGRP4(AT5G50750)和AtRAPTOR1B(AT3G08850),3个与RcSOD1互作明显的基因AtEMB(AT5G11890)、AtMBP2(AT1G52030)和AtRH8(AT4G00660)。综上结果表明,大花红景天能够通过RcCATs和RcSODs基因广泛参与调控其生长发育、胁迫响应等代谢途径来适应高原恶劣的环境。     

白及小分子热激蛋白BsHsp17.3基因的克隆与表达分析

为了探索人工栽培白及的适宜条件,该研究以湖北省十堰市野生白及为对象,采用同源克隆和3'RACE技术,从白及(Bletilla striata)中获得与热激蛋白合成有关的BsHsp17.3基因,并分析BsHsp17.3基因对不同胁迫的响应。结果表明:BsHsp17.3基因开放阅读框长度为453 bp,编码150个氨基酸;蛋白的分子量为17.42 kD,等电点为6.33。进化树分析表明BsHSP17.3蛋白与同为兰科的铁皮石斛进化关系较近,同在一分支上。半定量RT-PCR分析显示BsHsp17.3基因在白及根、叶、鳞茎及花组织中的表达具有特异性,且BsHsp17.3基因在叶中的表达量较高,在鳞茎及花中不表达。实时荧光定量PCR检测显示BsHsp17.3对非生物胁迫高温、低温具有明显应答反应,20%PEG模拟干旱胁迫不诱导该基因表达,推测该基因在白及防止倒苗过程中可能发挥一定作用。     

小立碗藓WRKY基因家族生物信息学分析

WRKY作为最先在植物中发现的转录因子,在植物生长发育等过程中发挥重要作用。为了更好地研究小立碗藓WRKY蛋白的结构与功能,该文以Pfam数据库中WRKY基因家族数据(登录号为PF03106)为材料,分析了小立碗藓(Physcomitrella patens)WRKY基因家族成员的理化性质、蛋白质的二级结构预测、染色体定位、内外显子分布及系统进化关系。结果表明:(1)小立碗藓WRKY基因家族成员共有38个基因,根据WRKY保守结构域个数和锌指结构类型分成Ⅰ、Ⅱ两大类,不含第Ⅲ类(锌指结构为C2HC型),其中部分基因WRKY保守结构域发生变异。(2)WRKY蛋白氨基酸长度在216~775 aa之间、相对分子质量在24.5~82.8 kDa之间,亚细胞定位显示WRKY家族成员蛋白质定位于细胞核中。(3)WRKY蛋白的二级结构以α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲四种构成元件构成,除PpWRKY11(α-螺旋为主)外,其余无规卷曲占比高达70%。(4)与拟南芥的系统进化关系表明,植物在进化过程中WRKY家族成员的数目与进化方式发生改变,WRKY基因家族成员外显子的个数为3~7个。(5)小立碗藓WRKY基因家族成员无规则分散于21条染色体上,并未形成基因簇。该研究通过分析WRKY基因家族的基本结构与性质,能为后续深入研究WRKY转录因子的功能奠定基础。     

金铁锁转录因子ptMYC2的克隆和生物信息学分析

金铁锁是 “云南白药”等多种中成药的重要组成,其有效成分为三萜皂苷,MYC类转录因子在调节植物三萜类次生代谢积累中有重要作用。为研究ptMYC2 基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调控机制,该研究基于金铁锁转录组测序数据,克隆得到ptMYC2转录因子的两个全长基因; 通过生物信息学软件对两条转录因子的同源性、理化性质、疏水性、跨膜结构、亚细胞定位、结构域、靶基因结合位点等进行初步预测分析。结果表明:两条转录因子所编码的蛋白属于亲水性蛋白,不存在跨膜区域,均是非分泌蛋白质,且不存在信号肽; 两条转录因子的亚细胞定位于细胞核; 结构域分析显示,两个基因都含有bHLH家族结构域; 预测得到金铁锁三萜皂苷合成途径中HMGR、FPS、SE、β-AS等基因的启动子可能存在与MYC2结合的E-box特异性结合位点。该研究结果将为进一步研究ptMYC2基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调节机制奠定基础。     

甘薯IbGL3的克隆和表达分析

紫色甘薯富含花青素,具有较高的食用和药用价值。花青素的生物合成受到结构基因和调节基因的控制。bHLH(basic helix-loop-helix protein)转录因子能够调节多个花青素结构基因的表达,在花青素生物合成途径中具有重要的调控作用,但目前在甘薯中还没有关于bHLH调控花青素生物合成的相关报道。为进一步了解IbGL3基因在甘薯花青素生物合成的功能和作用机理,该研究根据甘薯转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个2 120 bp的bHLH基因IbGL3,该基因包含一个1 878 bp的开放阅读框,编码625个氨基酸,蛋白质分子量69.08 kD,理论等电点(pI)5.20。IbGL3蛋白和其他植物中类黄酮合成相关的bHLH蛋白具有较高的同源性,都包含保守的MIR区、bHLH结构域和ACT类似结构域。系统发育进化树分析结果显示,IbGL3与其他植物类黄酮相关bHLH蛋白聚为一类,属于Ⅲf 亚类成员。表达结果显示,IbGL3基因在紫色甘薯中的表达量最高,在浅紫色甘薯中的表达量次之,在白色甘薯中表达量最低, 与花青素积累正相关,因此推测其在甘薯花青素生物合成途径中具有重要的调控作用。     

小蓬NeMT2基因的克隆及其植物表达载体的构建

该研究利用RACE ( Rapid amplification of cDNA ends)技术从小蓬中成功分离编码金属硫蛋白( Metal-lothionein,MT)的cDNA序列,命名为NeMT2,在GenBank中登录号为KT835290。该基因全长590 bp,开放阅读框为237 bp,编码78个氨基酸,编码的氨基酸序列中含有14个半胱氨酸残基( Cys,C),呈C-C,C-X-C,C-X-X-C排列,集中分布在肽链的N端和C端,基因编码蛋白的分子量为7.6036 kD,等电点为4.71。系统发育分析表明,小蓬金属硫蛋白NeMT2与藜科的海蓬子( AEF01492)和盐穗木( AHI62953)同源性最高,其次是甜菜( XP 010667708.1)。生物信息学分析表明,金属硫蛋白NeMT2无信号肽结构,属于非跨膜亲水性蛋白;疏水性分析表明,NeMT2蛋白的35~45个氨基酸之间有较强的疏水性,其中第41位Asp具最强的疏水性(1.444);结构预测分析该蛋白质二级结构的主要元件是无规则卷曲。通过RT-PCR对NeMT2基因的表达分析发现, NeMT2基因在铜矿区和非铜矿区的小蓬叶片中均有表达,但该基因在铜矿区小蓬叶片的表达量明显高于非铜矿区。将小蓬NeMT2基因定向克隆到植物表达载体pCAMBIA1300的35S 启动子下游,构建该基因的植物超表达载体pCAMBIA1300＋NeMT2。该研究结果为进一步研究该基因的功能和小蓬响应重金属胁迫的分子机制提供了一定基础。     

藜科植物藜和灰绿藜实时荧光定量PCR内参基因的选择

选择合适的内参基因是实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究的关键,目前对藜科耐盐(盐生)植物胁迫相关基因的表达分析中所用内参基因的报道较为有限.该研究利用GeNorm、NormFinder和BestKeeper 3个内参基因分析软件,对已选择过的β-TUBULIN、β-ACTIN、GAPDH 3个常用候选内参基因进行了比较分析,筛选出在NaCl和PEG胁迫下藜和灰绿藜中表达相对稳定的内参基因.结果表明:GeNorm、NormFinder内参软件分析在NaCl和PEG胁迫下,GAPDH是藜和灰绿藜中均共同稳定表达的内参基因,同时在藜和灰绿藜中也有各自表达较稳定的内参基因,β-ACTIN在藜中稳定表达,β-TUBULIN则在灰绿藜中稳定表达.对相同科不同种的植物内参基因表达差异进行比较,内参基因在相同科中具有相同稳定表达的内参;对相同胁迫下两种不同植物内参基因表达稳定性进行分析,内参基因的选择需根据实际的实验材料和实验条件而定.基于3个分析软件对以上3个常用内参基因的分析结果,初步确定了在藜科植物藜和灰绿藜中相对稳定的内参基因,为藜和灰绿藜胁迫相关基因的定量表达分析提供了参考依据.