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。     

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。     

水稻AP2/ERF转录因子参与逆境胁迫应答的分子机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)是植物特有的转录因子家族,广泛参与生长发育和胁迫应答等多种生物学进程。水稻是我国重要的粮食作物,但在其生长过程中受到多种逆境的影响。目前研究发现AP2/ERF转录因子在水稻逆境应答中扮演十分重要的角色。本文结合国内外研究进展,综述了水稻AP2/ERF转录因子的分类和结构,并梳理了不同亚家族的AP2/ERF转录因子响应病害、干旱、高盐和低温胁迫的功能和机制研究进展,为深入阐释水稻AP2/ERF转录因子调控逆境应答的分子网络及品种改良提供参考。     

植物DnaJ蛋白的研究进展

逆境胁迫严重影响作物的生长发育,是目前农业生产面临的主要问题之一。其中高温胁迫对作物的影响尤为严重。热激蛋白是植物在长期进化过程产生的响应热胁迫的一类蛋白。Dna J蛋白作为热激蛋白家族中的一类,是广泛存在于植物细胞中的胁迫响应因子,在许多生物及非生物胁迫响应中都扮演着重要的角色。本综述主要介绍植物Dna J蛋白的发现、结构分类、作用机制和生物学功能,并提出今后的发展方向。     

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。     

紫花苜蓿(Medicago sativa)YABBY基因家族的生物信息学分析及其对逆境胁迫的响应

YABBY转录因子家族是植物特有转录因子,与植物形态有关,在植物响应胁迫方面也有重要的调控作用。为了研究YABBY基因家族在苜蓿抗逆性中的作用,本研究利用生物信息学对苜蓿的YABBY转录因子家族成员、分布及结构等进行分析。对苜蓿、大豆、水稻和拟南芥进行系统进化树的分析,表明该家族基因在植物中具有同源性。理化性质和结构分析表明,苜蓿中YABBY基因主要分布在第2、4、5条染色体上,苜蓿YABBY家族基因中包含5个保守结构域,其蛋白质主要以无规则卷曲的形式构成,α-螺旋、β-折叠和β-转角含量较少,启动子序列分析发现该家族存在ABRE顺式反应元件,能够响应盐胁迫及ABA(Ascisic acid)胁迫,通过基因表达模式分析,发现MsYABBY2基因响应盐、碱、干旱等逆境胁迫,推测其在抗逆境胁迫中起到关键调节作用。本研究为后续研究MsYABBY基因的抗逆机制及调控机理提供了理论基础。     

植物热激转录因子在非生物逆境中的作用

非生物逆境通常导致生物体内蛋白变性。热激蛋白(Hsp)作为分子伴侣协助蛋白的重新折叠、稳定、胞内运输和降解,以阻止受损蛋白的累积,维护细胞内环境的稳定。而热激蛋白的表达是通过热激转录因子(Hsfs)结合于热激蛋白基因的启动子的热激元件上(heatshockelement,HSE),以募集其它转录因子而形成转录复合体,促进热激蛋白基因的表达。植物热激转录因子比动物系统更为多样性。根据其基本的结构域,植物热激转录因子可分为三类:HsfA、HsfB、HsfC。A类Hsfs已有大量深入的研究和报道,特别是在番茄方面。HsfB和HsfC的作用尚不清楚。在其复杂的网络中,每一热激转录因子均有其独特的作用,取决于其表达模式、亚细胞定位、聚合化、活性及与其他蛋白的相互作用。在非生物逆境,尤其是热激逆境下,A类热激转录因子在调节热激蛋白的表达起着重要作用。番茄的HsfA1起着主导作用,其缺失无法被其他相近的Hsfs所取代,但在持续热逆境下,在HsfA1的配合下,HsfA2可成为主要调节因子。B类热激转录因子可作为A类Hsfs的阻抑蛋白。然而,基于对不同的单个突变体的研究,以及对酵母Hsf1致死突变体的拯救恢复,一些热激转录因子的作用又是丰余的。此外,热激蛋白也对热激转录因子起负反馈调节作用。     

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。     

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.     

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。     

作物耐热生理基础与基因发掘研究进展

热胁迫是农作物生产中的环境限制因子,影响作物生长发育并导致农作物减产与降低农产品品质。作物耐热性生理生化、基因发掘与分子机制研究将为农业生产与耐热新品种培育奠定基础。综述了热胁迫逆境对作物营养生长阶段和生殖生长阶段的影响,重点阐述了开花期与子粒灌浆期等作物产量形成关键时期受热害时作物的生理与发育,介绍了作物主要的4种热响应方式,即膜流动性改变、蛋白质解折叠、细胞骨架解聚和代谢物变化,总结了Hsf热激转录因子的调控与耐热分子机制,并展望了应用生物技术创制作物耐热新种质与遗传改良的可行性。本文为作物耐热性生理基础、基因发掘、分子机制与育种途径等研究提供参考。     

玉米生长素响应因子家族基因的表达模式分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类重要的转录因子,通过特异性地结合生长素响应元件调节下游靶基因的转录,参与诸多植物生长发育过程的调控。玉米中有许多ARF家族基因,但其表达模式有待深入研究。本研究分析了玉米ARF家族基因在不同组织器官中的表达,发现除ARF10、ARF16和ARF34组成型表达外,其余32个ARF基因的表达水平在生殖器官中要明显高于营养器官。对ARF基因启动子区的顺式作用元件分析显示,28个ARF基因的启动子区含有逆境胁迫相关顺式元件,实时定量PCR分析结果显示,多个ARF基因分别响应冷、热、盐和渗透胁迫。研究结果不仅暗示了ARF家族基因在玉米生殖生长和非生物逆境胁迫响应中的重要性,也为全面解析ARF基因在玉米中的生物学功能提供有用信息。     

植物MYB蛋白与相应靶DNA结合位点间的相互作用

MYB转录因子家族是功能多样、数量众多的转录因子之一,参与调控植物发育、代谢和对逆境胁迫响应等多种生理过程。近些年研究人员一直致力于研究MYB转录因子的特点和功能分析,目前对转录因子和其靶DNA相互作用已有了解,但对于植物R2R3-MYB蛋白与它们的同源靶DNA相互作用的分子机制的理解并不完整。本文结合最新研究进展,综述了植物MYB转录因子家族的进化、生物学功能以及表达调控,并着重阐述了植物MYB蛋白与相应靶DNA间相互作用特性,为进一步分析功能未知的植物MYB转录因子提供了参考。     

植物应答逆境胁迫分子机制的研究进展

植物在生长过程中经常遭受各种胁迫因子的影响,随着分子生物学技术的发展,植物适应逆境的机制研究也从生理水平步入分子水平。对植物应答逆境胁迫的转录组、蛋白组和调控分子机制3个方面的研究进行了概述。     

转录因子与植物抗逆性研究进展

近年来,转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中的应用越来越广泛。本文综述了与植物逆境抗性相关的5个转录因子家族: MYB类、bZIP类、WRKY类、AP2/EREBP类和NAC类的调控机制以及它们在植物抗逆基因工程的研究进展。