在低氮肥胁迫下马铃薯MYB转录因子的特征分析

MYB转录因子对调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应发挥着重要作用。为探究MYB转录因子对马铃薯低氮肥胁迫的调控作用,对马铃薯苗期进行了低氮肥胁迫处理后,分别取根和叶片进行转录组测序,进而对有差异表达的MYB转录因子家族基因进行生物信息学分析。结果表明,36个MYB转录因子基因在根和叶片中显著性差异表达,且对应启动子区域的激素相关调控元件也呈现出差异的组成与分布;其中6个候选的响应低氮肥胁迫MYB转录因子与拟南芥中主要参与抗逆的MYB转录因子存在较近亲缘关系。基于对马铃薯MYB转录因子的研究,推测这6个表达差异的MYB类转录因子基因可作为马铃薯响应低氮肥胁迫的重要候选基因,可为后续研究氮高效马铃薯新品种提供理论依据。     

植物钙调素结合蛋白IQD的研究概况

Ca~(2+)信号通路是调节植物生长和响应环境约束必不可少的。钙调素和钙调素样类蛋白质(Ca M/CML)是植物中主要的Ca~(2+)传感器,调控下游众多具有调控特性的靶蛋白的生化活动。IQD(IQ67-domain containing protein)基因家族蛋白质构成了一大类植物特有的CAM/CML结合靶蛋白,其特征是具有67个氨基酸构成的IQ67保守结构域,即IQ67结构域,其共享了以串联方式排列的多个不同的Ca M基序。对拟南芥和番茄基因的研究揭示了IQ蛋白的首要作用是与基础防御反应和植物生长发育有关。本研究总结了植物中IQD蛋白的结构、系统发育分析、亚细胞定位研究以及环境胁迫的应答等生物学功能研究进展,并由此展望了今后的研究进展。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

转录因子TCP4参与植物生长发育和抗逆调节研究进展

转录因子TCP(TEOSINTE BRANCHED1,CYCLOIDEA,PROLIFERATING CELL FACTORS)家族具有bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)二级结构域,根据结合位点碱基序列不同,将TCP家族分为两大类:Ι类(GGNCCCAC)和Ⅱ类(GTGGNCC).转录因子TCP4是植物特有的转录因子Ⅱ类TCP家族成员之一,调控植物的生长发育,影响多种植物激素的合成,参与植物抗逆调节.本研究综述了转录因子TCP4与植物其他转录因子家族相互作用参与植物种子萌发、表皮毛分化、叶片形态、开花等重要植物生长发育过程,以此适应外界不断变化的生长环境.植物在生长发育过程中会遇到各种不利环境,从而对其造成逆境胁迫.在非生物胁迫下转录因子TCP4与功能基因的顺式作用元件结合调控其表达,调控植物激素的合成,从而参与植物抗逆.在植物发育过程中TCP4还具有时空限制的表达模式,这些表达模式提高了TCP4在局部触发或拮抗激素信号传导的可能性.为转录因子TCP4如何调控植物生长发育和精准的参与植物激素合成提供参考依据和理论基础,对植物生长调节和逆境下优良品种的选育有重要指导意义.     

谷子转录因子基因SiNAC45在拟南芥中对低钾及ABA的响应

NAC(nascent polypeptide-associated complex)转录因子在植物生长发育和非生物胁迫响应等过程中发挥重要的调控作用,目前,关于NAC转录因子参与耐低钾胁迫的研究报道很少。本研究在前期工作对低钾胁迫的转录组测序基础上,对筛选出的一个低钾胁迫下表达量上调的NAC类转录因子基因SiNAC45进行了深入研究。结果表明,SiNAC45基因全长1383 bp,编码461个氨基酸,分子量为50.7 k D,等电点为6.92。SiNAC45在20~100个氨基酸之间有一段NAM保守结构域。系统进化树结果显示,SiNAC45位于NAC基因家族的第1亚族。基因表达谱分析显示,SiNAC45主要在谷子根部表达,并且能够被低钾和ABA诱导表达。亚细胞定位结果显示SiNAC45定位于细胞核。基因功能分析结果显示,在不同浓度低钾处理下,和野生型拟南芥相比,SiNAC45转基因拟南芥的根长和植株鲜重显著增加,说明过表达SiNAC45可以提高转基因植物对低钾胁迫的抗性。下游基因表达分析结果显示,在SiNAC45转基因植物中两种重要的钾离子转运体基因AKT1和HAK1的表达显著提高,证明SiNAC45通过调控植物钾离子转运体基因的表达影响植物对低钾胁迫的耐性。种子萌发试验结果显示,SiNAC45转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA的敏感性降低,说明SiNAC45可能负调ABA信号。     

碳酸氢盐胁迫对拟南芥根部基因表达的影响

土壤碱胁迫是农作物生长的独特而严重的威胁,对于碱胁迫信号感知、转导和响应的机制,目前仍不清楚。本研究充分利用拟南芥丰富的生物信息资源,对比拟南芥在对照和碱胁迫两种处理下根系转录组的基因表达差异,发现碱胁迫诱导下拟南芥根系3 729个基因表达,抑制了3 828个基因表达。GO和KEGG富集分析表明,钙离子响应和氧化还原平衡等过程在拟南芥碱胁迫响应过程中起重要作用。此外,本研究还发现丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和钙调蛋白类蛋白等基因与拟南芥碱胁迫反应密切相关。本研究以拟南芥为材料进行系统分析,充分利用了拟南芥丰富的基因资源,为深入了解植物应对碱胁迫的机制提供了理论基础。     

玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)蛋白是真核生物所特有的一类转录因子,对于植物在逆境下的基因表达调控具有重要作用。为丰富对玉米bZIP转录因子功能的认识,本研究以从玉米中克隆到的一个A亚族bZIP转录因子编码基因ZmbZIP81为对象展开。ZmbZIP81基因位于玉米第6染色体,编码区全长2492 bp,由4个外显子和3个内含子组成,编码蛋白含254个氨基酸。研究表明ZmbZIP81基因表达受外源ABA、NaCl和干旱胁迫诱导。过表达该基因的拟南芥植物表现出ABA不敏感和NaCl胁迫抗性增强的表型,推测ZmbZIP81可能作为ABA信号途径的负调控因子参与植物抗逆基因表达调控网络。     

玉米SBP转录因子全基因组鉴定与功能分析

SBP基因家族是一类植物基因组特有的转录因子,参与植物生长发育及多种生理生化过程。近来,大量研究已在多种植物中鉴定出SBP转录因子,但关于玉米(Zea mays L.) SBP转录因子家族的系统分析报道尚少。本研究通过对拟南芥、水稻等植物已知的转录因子与玉米基因组数据比对,并设置一系列严格的筛选标准从玉米基因组中挖掘SBP转录因子,系统发育分析显示单子叶植物玉米和水稻的SBP基因保守性更强、亲缘关系更近;共鉴定37个SBP基因,分布在9条染色体上;通过基因分析注释以及启动子功能预测,进一步发现SBP家族基因参与植物生长发育、形态建成、逆境胁迫响应、花器官发育以及植物光反应等过程。并且,玉米SBP转录因子可通过参与赤霉素、生长素、脱落酸、水杨酸等多条激素信号调控途径来调节植物的生长发育。     

热激转录因子在植物胁迫应答和生长发育中的作用

由于其固有的生长方式,植物常常会面临诸如干旱、盐碱、极端温度和病虫害等不利因素的影响,因此,植物在漫长的进化过程中发展出一套精巧的调控机制来应对自然界中的各种环境和生物胁迫,并维持其正常的生长发育。植物基因表达的分子调控网络十分复杂,包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等多个层次。转录因子介导的转录水平上的调控对于基因表达调控发挥着至关重要的作用,转录因子与靶基因启动子区的顺式元件相互作用来调控下游基因的表达。热激转录因子(heat shock factor,HSF)是真核生物中广泛存在的一类转录因子,通过识别热激元件(heat shock element,HSE)调控基因表达,从而参与植物的各种生命活动。植物HSF数量众多、功能多样、调控机制复杂精巧,不仅能够影响植物对高温、干旱、重金属等胁迫的抗性以及植物的抗病性,还参与了对植物配子形成和根发育等过程的调控。本综述归纳了植物中HSF的基本结构和分类、HSF受到的调控,重点介绍了HSF在应答各种胁迫条件和调控植物生长发育中的研究进展,并对植物HSF研究中有待进一步阐明的问题进行了探讨和展望,以期为植物的抗逆性改良和分子育种中潜在候选基因的选择提供参考依据。     

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合,进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前,关于马铃薯PIF家族基因的研究较少,鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法,以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列,通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员,并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示,StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序;在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件;基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明,家族成员具有明显的组织表达特异性,基因存在功能...     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

陆地棉三个WRKY基因的克隆及表达分析

WRKY转录因子可调控下游抗逆基因的表达,进而在植物生长发育以及对外界环境的反应中起着重要的调控作用,目前对棉花WRKY家族基因的研究比较少。本研究利用电子克隆的方法,从陆地棉品种山农圣杂3号中克隆得到了3个具有完整开放阅读框的棉花WRKY基因,聚类分析表明它们同属于WRKY家族中的第Ⅱ类。利用RT-PCR结果表明:250mmol/LNaCl盐胁迫和20%PEG6000干旱胁迫下同时诱导GhWRKY4的基因表达,GhWRKY5仅受干旱胁迫下的诱导,而GhWRKY6对这两种逆境胁迫都没有变化。     

钙信号系统与植物激素信号

Ca2+是高等植物细胞内普遍存在的一种信使分子,能介导植物对外界信号的刺激反应,调节多种生理过程, 并参与植物体内多种刺激-反应的藕联过程。目前证实在植物里钙依赖性蛋白激酶（CDPKs）、钙调素（CaM）、钙调磷酸酶B类似蛋白（CBLs）三类钙结合蛋白,这些蛋白质可识别特定的钙签名,并依赖这些钙信号向下游转达以适应外界刺激。Ca2+信使系统与激素在植物的花发育(成花诱导、花芽分化及开花调控),有性生殖方面(在花粉萌发和花粉管生长),逆境生理等都起着非常重要的作用。近些年有关学者在植物激素受体蛋白、信号转导、基因表达等方面的研究,以及与Ca2+相关的信号传递机理的研究中发现：Ca2+/CaM、Ca2+/CDPK和Ca2+/CBL三类钙信号系统与植物激素信号密切相关。     

植物耐盐机理研究进展

高盐是限制农作物生长和生产最主要的非生物逆境之一。土壤中过多的盐离子对植物细胞造成渗透、离子和氧化胁迫。植物感知胁迫信号后,激活脱落酸、盐过敏感通路维持体内渗透平衡和离子稳态,运行抗氧化系统以应对过量的活性氧。本文通过信号转导、渗透保护剂及溶质的生物合成、离子稳态及区域化、抗氧化系统和植物激素调控等方面综述了植物盐胁迫反应的组成、途径及其调控机制的研究进展,有助于研究人员在逆境条件下培育高产优质的农作物。     

植物类萌发素蛋白研究进展

在植物整个生长发育过程中时刻受到外界环境信号调控,遭遇各种逆境胁迫。在研究植物对逆境胁迫响应中,很多胁迫响应蛋白被发现。植物类萌发素蛋白(Germin-like proteins,GLPs)是其中一类重要的胁迫响应蛋白。它是一类与小麦萌发素(Germin)序列高度同源的、位于胞外基质的可溶性糖蛋白,几乎在所有生物中均发现有该类蛋白的存在。它具有多种生物学功能,在植物的生长发育阶段、生物和非生物逆境胁迫应答中起重要的作用。从植物GLPs 的分类、结构等方面全面介绍了植物GLP蛋白的主要特点,同时归纳它在抵御生物胁迫及非生物胁迫等方面的研究进展,为今后的进一步研究提供参考。     

鹰嘴豆miR164基因家族的生物信息学分析及靶基因预测

miR164是植物特有的一类miRNA,参与调控植物的生长发育和对逆境胁迫的响应。为深入理解Car-miR164的功能和调控机制,本研究通过全基因组手段鉴定鹰嘴豆Car-miR164家族成员并预测靶基因功能,在PmiREN中获得Car-miR164家族5个成员的序列,通过染色体定位技术表明其位于鹰嘴豆Ca3、Ca4和Ca7三条染色体上。通过多序列比对发现Car-miR164家族5个成员的21 bp成熟序列的一致性很高,仅在5'端第13、17和21个核苷酸处存在差异。二级结构分析表明Car-miR164家族5个成员的前体序列都能形成稳定的茎环结构,成熟的miRNA序列均位于5'端。进化树分析表明水稻、拟南芥、苜蓿、大豆和鹰嘴豆中miR164家族成员主要聚为3个分支,Car-MIR164a与Mtr-MIR164j聚在一个分支,其他4个Car-MIR164聚在另外一个分支。靶基因预测表明Car-miR164家族5个成员的靶基因为鹰嘴豆NAC转录因子家族成员NAC09、NAC11和NAC57。转录组数据分析表明在鹰嘴豆8个不同组织中Car-miR164b/c/e的表达量比Car-miR164a/d高。本实验为进一步研究鹰嘴豆Car-miR164家族成员及其靶基因提供理论依据。