植物ANT类转录因子研究进展

ANT(AINTEGUMENTA)类转录因子是植物所特有的一类转录因子,隶属于AP2/EREBP(APETALA2/ethylene-responsive element binding proteins)家族。其家族成员均含有两个由60~70个氨基酸组成的AP2结构域,氨基酸序列仅在AP2结构域处较为保守,其他区域序列存在差异。该家族基因不均匀分布于各物种染色体上,且普遍含有内含子。ANT类转录因子不仅参与调控多种生物学进程,包括花、果实、根、种子等器官的发育,而且还参与对干旱和盐等环境胁迫的响应。本文对近年来国内外关于ANT类转录因子的蛋白结构特点、基因特征、生物学功能、作用机制等作简要综述,以期为进一步研究和利用ANT类转录因子提供参考。     

烟草WRKY12基因的分离、表达与多克隆抗体的制备

在高等植物中,WRKY转录因子家族成员广泛参与植物的生长发育、代谢、生物胁迫和非生物胁迫等生理过程的调控.本研究采用同源序列克隆的方法获得烟草WRKY12基因,序列分析表明,该蛋白属于WRKY家族第2类成员,只有一个WRKY结构域,锌指结构为C-X4-C-X23-H-X1-H.构建系统发育树结果表明,它与大豆中GmWR...     

WRKY转录因子调控植物养分吸收利用及重金属解毒的研究进展

WRKY蛋白是植物特有的一类重要转录调控因子，它们通过与下游基因启动子上的W-box元件特异性结合诱导或抑制相关基因的表达，从而调控植物生长发育以及植物对生物和非生物胁迫的响应。植物WRKY基因组数目多，在拟南芥、大豆和水稻基因组中已经分别鉴定出74、182和109个，在植物对干旱、盐害、高温、养分匮乏和病原体感染等各种生物、非生物胁迫的响应过程中起关键作用。例如AtWRKY45和AtWRKY75参与调控拟南芥应答低磷养分胁迫，GmWRKY142正向调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。在植物面对逆境胁迫时，WRKY蛋白通过与养分相关基因启动子的W-box元件特异性结合，进而实现自我调节或交叉调节，激活或抑制下游基因的转录以应对各种逆境胁迫。众多WRKY下游靶基因也已被鉴定出来，例如PHT家族成员与磷营养相关；3个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因参与调控植物对氮素的吸收利用；6个拟南芥WRKY基因、10个大豆WRKY基因和5个水稻WRKY基因调节植物应对低磷胁迫；2个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因影响植物对钾的吸收利用；3个大豆WRKY基因参与调控植物对硫营养的吸收利用；1个拟...     

拟南芥Nodulin MtN21家族At1g0938基因功能的初步研究

拟南芥Nodulin MtN21 蛋白家族含有1～2个DUF6结构域,具有内在膜蛋白的特性。推测该家族基因在小分子跨膜运输、信号转导和抗逆性等方面发挥作用。At1g09380是拟南芥Nodulin MtN21 基因家族成员。本研究通过PCR筛选获得At1g09380对应的T-DNA 插入纯合子,并通过RT-PCR鉴定该突变体为无效突变体。对突变体萌发和萌发后阶段进行盐胁迫和干旱胁迫分析,结果表明,At1 g09380 突变体萌发后对NaCl和干旱胁迫敏感,证明该基因参与拟南芥的盐和干旱胁迫响应过程。同时还发现在长日照条件下突变体植株比野生型植株早开花7d左右。以上研究结果为进一步分析该基因的生物学功能打下基础。     

植物CBL基因家族的研究进展

细胞中游离的Ca2+是植物细胞中普遍存在的第二信使,类钙调神经素B亚基蛋白CBL作为一种特殊的钙感受器在植物生长发育和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用.本文主要对植物CBL家族的起源与进化、蛋白结构、亚细胞定位以及CBL的功能进行综述,并对今后钙感受器CBL家族的研究重点和发展方向进行了展望.     

植物GDSL脂酶家族基因的研究进展

GDSL脂酶是指蛋白N'端具有保守GDSL序列的、广泛存在于原核和真核生物的一类水解酶。植物GDSL脂酶是一个大的基因家族,家族成员间存在较大的结构和功能多样性,在植物生长发育、逆境胁迫和油脂代谢等生理活动中发挥重要的生物学功能。本文对植物GDSL脂酶家族成员的结构、分类、进化、表达与功能上研究进展进行较为全面的综述,并简要介绍了本实验室有关GDSL基因在油料作物种子油脂积累过程中的作用方面的研究进展。     

白菜型油菜BrBBX家族的鉴定与BrBBX46和BrBBX53基因的胁迫响应分析

BBX是一类重要的锌指蛋白转录因子家族,包含1~2个高度保守位于蛋白质序列N端的BBX结构域,在调控植物的生长发育和响应环境胁迫中发挥着重要作用。利用生物信息学分析手段,在白菜型油菜中鉴定出59个BrBBX家族成员,对它们的染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域,以及BrBBX46和BrBBX53基因的启动子进行了分析,并用qRT-PCR技术鉴定了BrBBX46和BrBBX53基因在模拟干旱和盐胁迫下的表达水平。结果显示,59个BrBBXs不均匀地分布于白菜型油菜基因组的10条染色体。通过对系统进化、基因结构、蛋白保守 结构域的分析,59个BrBBXs被分为5个亚族,每个亚族的基因结构、蛋白结构域和保守基序均相对保守,同一亚族的成员具有相似的基因结构和保守结构域。对启动子的分析结果显示,BrBBX46和BrBBX53基因的启动子中均含有大量的胁迫相关响应元件,尤其是干旱胁迫响应元件,二者均有14个;在40% PEG和120 mmol/L NaCl处理下,二者的表达水平均显著上升,说明BrBBX46和BrBBX53基因能够响应干旱和盐胁迫的诱导,可能在干旱和盐胁迫下发挥着重要功能。以上结果为进一步了解和利用BrBBX家族成员改良白菜型油菜耐旱耐盐新品种提供了良好的基因资源。     

玉米ZmCIPK21基因的克隆与分析

CIPK(CBL-interacting protein kinase)是近年来鉴定出的植物中特有的一类Ca2+传感器,与其互作的蛋白一起在植物特定的生长发育和应答胁迫过程中起重要作用。本研究从玉米中克隆到1个1338bp的ZmCIPK21基因,荧光定量PCR分析表明ZmCIPK21与盐、ABA、高温等逆境胁迫相关;生物信息学分析表明ZmCIPK21基因组含有14个外显子和13个内含子,蛋白结构上具有CIPK所共有的N端激酶结构域和C端NAF保守结构域。与拟南芥CIPK家族进化分析结果显示ZmCIPK21与AtCIPK21具有较高同源性。     

植物C_2H_2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,对真核生物的生长发育及逆境胁迫的耐受能力都有着重要关系,而植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种锌指蛋白,该蛋白大部分锌指结构具有一段高度保守的氨基酸序列QALGGH,这是植物中独有的特征,且据报道该C2H2型锌指蛋白与逆境胁迫是相关的。本文主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的分类、结构和功能,植物C2H2型锌指蛋白与DNA、RNA和蛋白质的相互作用,以及概述了与盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、氧胁迫和光胁迫等逆境胁迫相关的植物C2H2型锌指蛋白,最后还对其进一步的深入研究进行了展望,这就为日后利用基因工程技术改良作物品质、提高作物的抗逆性提供了有利条件。     

桃WRKY转录因子PpWRKY18克隆及表达分析

为了探究WRKY转录因子在植物抵抗逆境胁迫方面的重要作用,本研究从桃中克隆PpWRKY18基因,通过生物信息学分析PpWRKY18蛋白含有典型WRKY功能结构域。系统进化树分析表明,桃PpWRKY18与蔷薇科物种的亲缘关系最为相近。生物信息学预测PpWRKY18蛋白定位细胞核,并通过农杆菌瞬时注射烟草叶片证实PpWRKY18定位于细胞核。对PGEX-PpWRKY18融合蛋白进行诱导表达,发现PpWRKY18融合蛋白主要在包涵体中表达。荧光定量PCR结果表明,PpWRKY18受干旱诱导表达量上升,复水后PpWRKY18表达量下降。生物信息学预测显示,蛋白磷酸酶蛋白家族(Protein Phosphatase 2C)、C2H2蛋白家族(PpZAT5)、ERF蛋白家族(PpERF9)、BHLH蛋白家族(PpBHLH92)可能与PpWRKY18蛋白互作,推测PpWRKY18蛋白通过与这些蛋白互作协同响应干旱胁迫。本研究为探索PpWRKY18响应干旱的分子机制提供了理论依据。     

番茄GRX基因家族的鉴定及表达分析

GRX基因家族是从原核生物到真核生物中普遍存在的一类巯基-二硫键氧化还原酶,在植物的生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中均发挥重要作用.本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄的GRX基因组家族的成员、分布及结构和功能等进行分析.预测结果显示,番茄GRX家族包含55个蛋白质,分为4个亚族,其中植物特有的CC亚族成员最多,有35个,其他GRX基因成员与拟南芥GRX家族具有相似分类.在番茄GRX结构域中包含12个重要的基序,主要分布在序列的N端,相同亚族中的GRX成员蛋白序列的氨基酸保守域构成基本一致,且各亚族成员的氨基酸保守域组成特异,表明这些基序的存在对GRX蛋白功能的执行是必需的.利用实时荧光定量PCR对番茄GRX基因的组织表达和胁迫响应分析,结果表明,GRX基因具有组织特异性表达差异,CC型在根和花中表达较高,在果实中表达较低;在盐、SA、ABA、高温和低温胁迫条件下,22个番茄GRX基因的表达模式被阐明;其中部分基因的表达水平被显著地诱导增加或者降低,很可能参与了调控番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应.本研究结果将为番茄GRX家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析GRX基因功能奠定基础.     

花椰菜AP2/ERF转录因子家族成员BobERF17响应逆境胁迫的表达及功能研究

AP2/ERF为植物特有的一类转录因子超家族,其中ERF家族成员被证实在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。为研究花椰菜中不同ERF转录因子的功能,本研究对花椰菜ERF家族中的一个成员BobERF17进行了克隆、表达及功能探究。序列分析显示,BobERF17编码区全长576 bp,编码一个由191个氨基酸组成的蛋白。聚类分析表明,BobERF17与双子叶植物,特别是芸薹属植物中的ERF17序列具有较高相似性,但与单子叶植物中该转录因子序列差异很大。不同逆境胁迫处理条件下的表达谱分析证实,BobERF17在干旱及高温胁迫条件下均呈现显著上调表达,但对盐及低温胁迫响应不敏感。将构建的BobERF17过表达载体转化入拟南芥,获得过表达BobERF17拟南芥纯合株系。功能分析显示,在拟南芥中过表达BobERF17对转化株的生长发育无明显影响,但可以显著提高转化株对干旱及高温胁迫的耐受。本研究结果证实,BobERF17在花椰菜干旱及高温胁迫中可能发挥重要的正向调控作用,为进一步探究BobERF17的功能及调控机制奠定了基础。     

几种芸薹属作物APX家族基因的鉴定与序列分析

抗坏血酸过氧化物酶(APX)是植物体叶绿体清除H₂O₂的关键酶。为了探究芸薹属作物中APX家族基因的序列特点和表达模式,本研究利用生物信息学方法,从大白菜、甘蓝和欧洲油菜中分别鉴定出10、9和22条APX 家族基因,对这41个成员序列特点、染色体分布、CDS保守域、蛋白保守结构域、蛋白三级结构和系统进化关系等进行预测分析,并通过基因表达数据库分析这些基因在高温、干旱和生物胁迫等逆境条件下的表达模式。结果表明,APX在进化树上可分为8个亚族,分散在不同的染色体上;这些APX基因拥有相对稳定的CDS保守结构域、蛋白保守结构域和三级结构,都具有过氧化物酶功能域,在peroxidase功能域的后端均含有一个螺旋结构状的保守域Motif6。APX基因的Ka/Ks值均小于1,表明APX家族基因整体上正在经历纯化选择。大部分APX1和APX2基因在受到高温胁迫时表达上调,其中BrAPX2a在大白菜的胚和胚乳中强烈响应高温胁迫,但在大白菜其他部位表达微弱,存在一定的表达组织特异性。APX3、APX4等基因对干旱和高温胁迫响应不明显;甘蓝3个APX1基因在白粉虱为害胁迫时表达上调。本研究结果为芸薹属作物APX家族成员的克隆、表达与功能研究提供了一定参考。     

小麦耐热相关转录因子基因TabZIP28的分离及功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与多种胁迫响应与生长发育过程.本研究从小麦(Triticum aestivum)中克隆到一个热胁迫诱导的bZIP家族转录因子基因TabZIP28 (GenBank登录号:KT753298.1),ORF长度为1 713 bp,编码570个氨基酸.生物信息学分析结果表明,TabZIP28与拟南芥bZIP家族转录因子中B亚组的3个基因Atb ZIP17、AtbZIP28和AtbZIP49归为一类.氨基酸序列比对结果表明,该蛋白具有bZIP和跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)两个保守结构域以及规范的位点1蛋白酶(site 1 protease,S1P)剪切位点.对该基因起始密码子ATG上游1 699bp的序列进行顺式作用元件分析,发现该基因的启动子区域包含众多激素和逆境胁迫响应元件.通过qRT-PCR对该基因在逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,TabZIP28在热胁迫处理1h即上调表达且达到最大值;用20％PEG 6000模拟干旱环境处理小麦幼苗后,TabZIP28在处理6h达到最大值,并在12h时急剧下降;对5mmol/L H2O2处理响应比较缓慢,在处理12h才上调表达;该基因不受到二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)处理的诱导表达.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过量表达TabZIP28基因,转基因株系在高温胁迫后的成活率和种子发芽率较野生型明显提高,说明该基因可能对植物的耐热性有贡献,可以作为耐热性育种的候选基因.     

植物磷转运子 PHT1 家族研究进展

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素。植物 PHT1 磷转运蛋白家族在植物磷吸收、运转及再利用等过程中发挥了重要作用。迄今已在多种高等植物中相继分离出大量 PHT1 家族基因。本文综述了国内外关于植物 PHT1 家族的主要研究进展,详细阐述了植物 PHT1 家族的表达模式、功能及可能的调控途径。 主要进展植物 PHT1 家族属于 MFS (major facilitator superfamily) 超家族,不同物种 PHT1 家族蛋白的结构非常保守,通常具有 12 个亲脂跨膜结构域,形成“6 螺旋–亲水大环–6 螺旋”式的结构镶嵌于质膜当中。同时,该家族具有 H₂PO₄–/nH+ 共运子、糖转运子和 MFS 通用转运子等特征结构域和一段保守的氨基酸特征序列 GGDYPLSATIMSE。一般情况,植物 PHT1 家族基因吸收转运 1 个无机磷需要 2～4 个质子协同进入质膜,并伴随膜电位的变化。植物 PHT1 家族的磷转运特性差异较大,其动力学参数 Km 值差别较大。高等植物 PHT1 家族成员众多。在拟南芥、水稻、大豆、茄科植物及其他物种中的研究发现,PHT1 家族各成员间的时空表达模式存在差异,多数成员受低磷信号调控且主要在根部表达,少部分成员在除根以外的其他器官中表达,并行使相应的磷转运功能。已有研究表明,植物 PHT1 家族基因的转录水平受到多因素的调控,例如外界环境中的无机磷浓度,转录因子如 MYB 家族、WRKY 家族以及 ZAT6 等基因能与 PHT1 家族基因启动子区的特殊调控元件如 MYCS 元件、P1BS 元件及 W-box 元件等结合,调控基因的转录。此外,部分 PHT1 家族基因的转录水平受丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhizal fungi,AMF) 的调控。除了转录水平的调控,关于植物 PHT1 家族转录后水平的调控途径同样取得了较大进展。PHF1 基因、含 SPX 结构域的蛋白家族、MicroRNA、蛋白磷酸化与去磷酸化、染色质修饰及其他等一系列调控途径均参与到 PHT1 家族基因的转录后调控及信号转导。植物激素如生长素、乙烯和细胞分裂素等也参与这一调控过程。 建议与展望植物对磷吸收利用的分子调控机理及信号转导途径十分复杂,因此,培育磷高效利用基因型作物任重而道远。关于植物 PHT1 家族基因的研究已从模式植物向作物及其他高等植物中扩展,然而对该家族蛋白的生化及结构生物学等研究还待进一步深入。同时,对于一些基因组较复杂的多倍体物种如甘蓝型油菜、小麦、大麦及棉花等,仍有待开展进一步研究。     

胡萝卜DcDREB-A6亚族转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱响应元件结合蛋白(dehydration responsive element-binding protein,DREB)类转录因子是干旱应答元件的结合蛋白,在植物响应非生物胁迫时发挥重要作用。本研究基于胡萝卜(Daucus carota L.)转录组数据,检索和拼接获得一个胡萝卜DREB类转录因子基因序列,并根据其序列设计引物,采用RTPCR方法从黑田五寸获得该胡萝卜转录因子基因DcDREB-A6(GenBank登录号:KM386646)。序列分析显示,来源于胡萝卜中的DcDREB-A6基因含有993 bp的开放阅读框,编码330个氨基酸。氨基酸组成成分、理化性质、亲水性/疏水性和三级结构分析结果显示,胡萝卜DcDREB-A6转录因子蛋白质分子量为36.68 kD,等电点为6.00,属于亲水性蛋白。进化树分析显示,DcDREB-A6属于APETLA 2/乙烯反应元件结合蛋白(AP2/ERF)家族转录因子中DREB亚族中的A6组。空间结构表明,该转录因子结构域具有典型的植物AP2/ERF家族转录因子的结构特征,有1个α螺旋和3个β折叠。实时定量荧光PCR证实,胡萝卜DcDREB-A6转录因子基因受高温、低温和高盐胁迫诱导,分别在高温、低温处理4和2 h后表达量增加2倍左右;盐胁迫对其影响较大,处理8 h时,基因表达量增加4.6倍;而干旱胁迫下该基因表达变化幅度相对较小。胡萝卜DcDREB-A6转录因子基因能够响应高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫,本研究结果有助于进一步开展胡萝卜DREB类转录因子的逆境调控研究。     

棉花早期光诱导蛋白基因GhELIP1序列及表达分析

植物早期光诱导蛋白(ELIP)参与到植物逆境胁迫响应和果实成熟过程中。对棉花Gh ELIP1基因进行了研究分析,发现该基因全长582 bp,编码193个氨基酸,属于叶绿素a/b结合蛋白超家族。系统发育关系分析表明,Gh ELIP1蛋白与棉花中的其他4个ELIP蛋白亲缘关系最近,其次是可可。表达分析表明,Gh ELIP1基因在衰老叶片中的表达量最高,表明Gh ELIP1基因参与棉花叶片的衰老调控。该研究结果可为在棉花中进一步阐明Gh ELIP1基因的功能奠定基础,为棉花生物技术和分子育种提供优异的基因资源。     

植物褪黑素功能及其作用机制的研究进展

褪黑素是一种重要的植物生长调节剂，在植物中具有多种功效。鉴于褪黑素在植物中的多种功能作用，为了给褪黑素在农业生产中的应用提供理论依据，通过查阅并梳理相关文献，阐述了植物中褪黑素的合成及代谢途径，褪黑素对植物生长发育的调控及对植物响应逆境胁迫的影响和褪黑素诱导作用的机制。褪黑素不仅参与植物种子萌发、根系发育、开花结果等生长发育过程，还能充当胁迫缓解剂，调节植物对多种生物胁迫/非生物胁迫的响应，且用外源褪黑素处理能够有效地缓解低温、干旱、盐碱以及病虫害等对植物的损伤程度，今后的研究应将盆栽试验与田间试验结合起来，以加速褪黑素在农业中的广泛应用。