植物逆境相关C2H2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,因其具有指状结构特征且能结合Zn2+而得名。植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种,大多包含特有的QALGGH保守结构。该蛋白广泛参与到植物的生长发育和逆境胁迫信号转导过程中。本研究主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的结构、功能、分类及逆境相关的作用机制,概括了C2H2型锌指蛋白在参与植物非生物和生物胁迫耐受性的研究成果,并对其进一步的深入研究进行了展望,为将来利用锌指蛋白基因提高作物抗逆性提供较为全面的资料。     

玉米C2H2型锌指蛋白基因ZFP225的鉴定、生物信息学分析与克隆

使用生物信息学方法从玉米中预测并克隆了一个锌指蛋白基因,该基因定位于玉米7号染色体上,编码一个由219个氨基酸残基组成并且具有双锌指结构域的C2H2型锌指蛋白,分子量和等电点分别为22.53kDa和8.812。根据其编码蛋白分子量大小将其命名为ZFP225。ZFP225可能具有一个转录抑制活性的DLN-box,与植物中的C2H2型锌指蛋白具有较低的一致性,只在比较保守的锌指区具有相似性。进化分析表明,ZFP225与水稻锌指蛋白ZFP252亲缘关系最近,亲缘关系较近的锌指蛋白多参与植物的胁迫应答反应,而亲缘关系较远的蛋白多数参与调控植物的生长发育。使用RT-PCR方法,从玉米幼苗中成功克隆出了ZFP225基因。     

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。     

鹰嘴豆锌指蛋白基因ZE1的克隆及表达分析

利用一段从PEG胁迫的鹰嘴豆幼苗叶片所构建的cDNA文库中得到的EST序列,通过3'RACE方法克隆到一个鹰嘴豆C_2H_2型锌指蛋白基因ZF1,该基因不含内含子,编码一条244个氨基酸残基的多肽,含有两个典型的Cys2/His2锌指结构.其氨基酸序列含有一个可能的核定位型号,农杆菌介导的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明,ZF1蛋白位于细胞核内.半定量RT-PCR分析表明,ZF1在鹰嘴豆的根、茎、叶、花、幼荚和幼胚中均有表达,在茎和叶中表达较弱,为组成型转录因子.半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR检测结果显示,ZF1不但受高温及干旱诱导,而且还受6-苄基腺嘌呤(6-BA)、脱落酸(ABA)、乙烯利(Et)、赤霉素(GA_3)、吲哚-3-乙酸(IAA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和氧胁迫诱导.这些结果表明,ZF1基因可能作为一个核调控因子参与植物的生长代谢以及多种生物与非生物胁迫的应答.     

小麦抗逆相关基因TaSAP1的5′非翻译区内含子功能分析

逆境相关蛋白(stress associated protein, SAP)是植物中一类具有A20/AN1锌指结构域的蛋白,而A20/AN1锌指蛋白主要参与植物逆境响应。小麦中TaSAP1基因参与植株对各种逆境的响应,其5′非翻译区含有2个内含子(5' untranslated region intron, 5UI)。本研究利用重叠PCR,构建了TaSAP1的2个5UI缺失突变的表达载体,并转化二穗短柄草(Brachypodium distachyon),通过分析GUS活性,研究TaSAP1启动子及其5UI的生物学功能。结果表明TaSAP1启动子P1可受干旱、低温和外源ABA胁迫上调表达,表达活性分别是对照的10、6和4倍。TaSAP1基因2个5UI对启动子活性至关重要,2个5UI同时突变可致P1失活;Intron-1缺失突变导致P1活性降低约2.7倍(P0.05),但不影响P1对逆境胁迫的响应;Intron-2缺失突变导致P1失去对干旱、低温和外源ABA的响应能力。本研究结果为深入研究TaSAP1 5UI的生物学功能奠定了基础,也为改善作物抗逆性提供了重要元件。     

猕猴桃WRKY转录因子家族全基因组鉴定与分析

本研究旨在鉴定猕猴桃WRKY基因家族成员,为进一步研究Ac WRKY转录因子在猕猴桃生长和发育进程及生物和非生物胁迫中的调控作用提供信息。利用‘红阳’猕猴桃全基因组数据,通过生物信息学在线分析网站与软件利用的方法,对猕猴桃WRKY转录因子家族成员进行鉴定和系统分析。分析表明:从猕猴桃全基因组中共鉴定出89个Ac WRKY基因,分组鉴定和进化分析显示,Ac WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ个类型。Ⅰ组共有19个成员,其锌指结构是CX_4CX_(22-23)HXH(C_2H_2类型);Ⅱ组共有61个成员,进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe共5个亚组,分别有4、7、27、11和12个成员,其锌指结构为CX_(4-5)CX_(23)HXH(C_2H_2类型);Ⅲ组有9个成员,其锌指结为CX_7CX_(23-24)HXC(C_2HC类型);Ac WRKY蛋白序列比对及保守基序分析表明,Ac WRKY结构域高度保守,但也存在一定的变异。染色体定位表明Ac WRKY基因不均匀分布于除9号染色体外的28条染色体上,有11个WRKY基因无法定位到染色体上,同时发现部分基因存在串联复制现象。同源拟南芥不同组织的基因表达模式分析表明,33个WRKY基因在植物根、叶、花和果四个器官中均有显著性表达,但相对表达水平存在差异。猕猴桃WRKY基因家族具有丰富的生物学功能,与其它已报道的物种WRKY基因相似,广泛参与植物营养和生殖生长以及环境胁迫等多方面的调控。     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫的应答机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)家族转录因子是植物中的一大类转录因子,最早从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离出。该家族转录因子一般包含两个AP2/ERF结构域,该结构域大约由60～70个氨基酸组成与DNA结合有关。AP2/ERF家族参与非生物胁迫的反应,比如干旱胁迫、高盐胁迫和低温胁迫等。这些胁迫会激活植物激素ABA、茉莉酸(jasmonate, JA)、乙烯(ethylene, ET)、水杨酸(salicylic acid, SA)等信号途径,同时激活AP2/ERF转录因子家族基因的表达,进而调控其下游功能基因的表达。本研究综述了近年来有关植物AP2/ERF转录因子响应非生物胁迫应答机制的新进展,探讨了该家族转录因子的结构特点、分布,及其对植物发育和次级代谢的影响以及对非生物胁迫的应答。     

甘蓝锌指蛋白转录因子BoC2H2的克隆、定位与表达分析

C2H2型锌指蛋白是植物中最重要的转录调节子之一, 主要调控植物的生长发育和胁迫应答反应。本研究通过分析自交不亲和甘蓝未授粉, 自花授粉15、30和60 min, 异花授粉15、30和60 min柱头转录组数据, 筛选到一个自花授粉诱导上调表达的C2H2型锌指蛋白基因, 命名为BoC2H2。BoC2H2开放阅读框756 bp, 编码251个氨基酸残基, 蛋白分子量为26.7 kDa, 等电点为4.62, 是一种亲水性蛋白, 不含信号肽和跨膜域, 含有C2H2型锌指蛋白家族高度保守的ZnF_C2H2结构域。BoC2H2起始密码子上游2000 bp的核苷酸序列中含有光响应、昼夜节律、茉莉酸响应、防御和应激反应等多种顺式作用元件。通过原生质体亚细胞定位和瞬时浸染烟草, 发现BoC2H2蛋白在细胞核和细胞质中表达。BoC2H2在下胚轴、叶片和花中均有表达, 柱头中的表达量随发育时间而变化, 开花当天后表达量降低。荧光定量PCR结果显示, BoC2H2在自花授粉和异花授粉0~60 min的表达量变化趋势与转录组分析结果基本一致。综上所述, 甘蓝BoC2H2属于C2H2型锌指蛋白家族, 可能参与了柱头响应花粉刺激的分子过程, 这有利于揭示BoC2H2在甘蓝自交不亲和过程中的作用机制, 为研究C2H2型转录因子在甘蓝自交不亲和过程中的调控机制提供依据。     

WRKY转录因子及其在植物防御反应中的作用

WRKY蛋白是只存在于植物中较为复杂的转录因子家族。由WRKY蛋白N端高度保守的WRKYGQK氨基酸序列及其特殊的锌指结构而命名的WRKY结构域能专性与其顺式作用元件W-盒[(T)(T)TGAC(C／T)]结合。根据WRKY结构域的数量及锌指结构的特征将WRKY蛋白家族分为3类,其中拟南芥中第三类家族中几乎所有的WRKY成员都与应答生物胁迫有关。WRKY蛋白的表达特性为快速、瞬时、具组织特异性诱导表达。目前,WRKY蛋白被广泛认为参与植物生物与非生物胁迫应答反应、植物衰亡、种皮及毛状体发育及果实发育等一系列的生理活动,本文综述了WRKY转录因子的结构特征及其功能特性,重点讨论了它们在植物防卫反应中的调控作用。     

芥菜锌指蛋白转录因子基因Bj26的克隆与鉴定

锌指蛋白是一类重要的转录因子家族,参与植物基因转录调节、发育及胁迫反应等生理过程。我们前期研究发现芥菜诱导型启动子BjC-P的W-box-like-4为其真菌诱导的核心元件,本研究通过酵母单杂交技术从芥菜cDNA文库中筛选到与W-box-like-4序列特异互作的转录因子基因Bj26。生物信息学分析表明,Bj26含735 bp的开放阅读框,编码一个新的C2H2型锌指蛋白,包括2个典型的C2H2型锌指结构及2个植物特有的QALGGH氨基酸保守序列,等电点pI为9.2,分子量为26.6 kD。亚细胞定位显示该蛋白位于细胞核。本氏烟瞬时表达分析表明Bj26蛋白通过与BjC-P的真菌诱导核心元件序列特异互作,激活启动子BjC-P。实时荧光定量PCR结果显示Bj26在真菌诱导下表达量明显增高。Bj26的CDS序列与拟南芥和水稻中的C2H2型锌指蛋白序列比对及进化树分析表明,Bj26与拟南芥的C2H2型蛋白同源性高于水稻。以上结果揭示Bj26蛋白可能介导BjC-P真菌诱导响应并参与植物抗真菌病原菌的调控过程。     

拟南芥中一个锌指蛋白AT 5 g 47610的基因克隆及表达分析

逆境胁迫是植物正常生长发育与作物产量提高的重要限制因素,具有锌指结构的E 3泛素连接酶作为一个重要的蛋白家族,在植物逆境胁迫应激中起着重要的调控作用。本文从一个含有锌指结构的蛋白AT 5 g 47610出发,通过PCR对其基因进行克隆,然后连接到PET 32 a原核表达载体,37℃通过0.2 mM IPTG诱导出了目标蛋白,为后续的蛋白功能鉴定研究奠定了基础。     

果树NAC转录因子的研究进展

转录因子也称为反式作用因子,是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白,通过它们之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制转录。NAC(NAM, ATAF1/ATAF2和CUC2)转录因子家族是植物特异的转录因子超家族之一,由保守的N端结构域和高度可变的C端转录激活域组成。广泛参与植物生命活动中的基因表达调控,在植物的生长发育,如胚胎发育、次生生长、果实成熟、衰老及细胞死亡等植物生命历程,以及胁迫应答等方面具有重要作用。本综述旨在总结NAC转录因子在果树生长发育以及胁迫响应中的生物学功能研究进展,以期为相关研究领域更高效地将NAC转录因子应用于果树的遗传改良和育种提供参考。     

小麦TaCRF2基因的克隆及其在烟草中的初步功能验证

通过RT-PCR从小麦cDNA中扩增获得一个锌指蛋白基因TaCRF2, 该基因的cDNA长度为847 bp, 序列分析表明它编码一个含有280个氨基酸的蛋白质。在线软件预测该蛋白质的相对分子质量为30.97 kD, 等电点为7.03, 且在C-末端含有一个典型的RING-H2型锌指蛋白结构域, 在N-末端含有两个跨膜结构域。氨基酸序列比对发现, TaCRF2与水稻中的一个RING型锌指蛋白(ABF95226)的相似度为82%。亚细胞定位分析显示, 该蛋白分布在细胞核和细胞膜上。Real-time PCR表达特性分析显示, TaCRF2基因的表达受干旱、盐和ABA的强烈诱导, 低温对该基因的表达量影响不明显。初步功能验证发现过表达TaCRF2基因增强了转基因烟草对干旱和盐胁迫的耐性。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。     

棉花C2H2类型锌指蛋白基因GhSIZ1的克隆及表达分析

通过RT-PCR技术从陆地棉中克隆到1个编码C2H2型锌指蛋白的基因,命名为Gh SIZ1(Stress Induced Zinc finger protein1)。该基因编码239个氨基酸残基,预测蛋白分子量为26.6205 k D,等电点为6.52。Gh SIZ1包含一个C2H2型锌指结构域,在其N端含有保守的L-box,C–末端含有一个转录抑制结构域EAR/DLN-box。系统发育树分析表明Gh SIZ1与可可(XP_007044496.1)和中粒咖啡(CDP00218.1)中的锌指蛋白亲缘关系较近。实时定量PCR分析Gh SIZ1在棉花各组织中均有表达,但在根中表达量最高。低温、高盐、干旱胁迫处理后Gh SIZ1的表达水平显著上调。亚细胞定位分析表明,Gh SIZ1定位在细胞核中。本研究表明,Gh SIZ1可能在棉花响应低温、高盐、干旱等非生物胁迫中起着重要作用。     

逆境胁迫下植物 DNA甲基化及其在抗旱育种中的研究进展

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传现象,通过多种甲基转移酶的作用,能够在不改变DNA序列的情况下调节植物基因组的功能。此外,DNA甲基化能够对多种环境刺激做出迅速的反应,帮助植物应对不同的环境胁迫。由于DNA甲基化的变异可以遗传给后代,这种类似于经典遗传学的特性使其为植物育种中的应用提供了可能。对植物DNA甲基化的特点和变异的发生以及DNA甲基化在植物多种逆境胁迫下的研究进展等方面进行了总结和综述,并探讨了DNA甲基化在植物抗旱性育种中的应用前景。在将来的研究中可利用DNA甲基化/去甲基化抑制剂处理创造突变材料,创造抗旱性新种质;同时深入开展植物DNA甲基化与抗旱机制研究,开发新型甲基化分子标记用于抗旱分子育种实践。     

植物LEA 蛋白及其功能

干旱、盐碱和冻害是限制植物生长发育的主要逆境因子,胚胎晚期丰富蛋白（LEA）是一类重要的植物细胞脱水保护蛋白,在抵御干旱等非生物胁迫过程中发挥着重要功能。本文介绍了植物LEA蛋白的种类、结构及其表达特性,并综述了该类蛋白在提高植物抗旱、耐盐及抗冻能力等方面的研究进展。     

玉米水孔蛋白基因ZmPIP4c作为C4特征性基因的确定

水孔蛋白作为跨膜运输的一种通道蛋白,不仅可以对植物体内的水分进行运输,同时也对CO_2、H_2O_2等小分子进行运输,影响光合作用等生理代谢过程。尽管光合作用对植物的生长发育至关重要,C_3植物与C_4植物的光合作用机制却不尽相同,原因之一是C_3植物与C_4植物在叶片解剖结构上的差异,C_4植物拥有更膨大、更发达的维管束鞘细胞,有利于水分的储存。因此,我们对C_4模式植物玉米的水孔蛋白进行了一系列生物信息学分析,其中一个命名为ZmPIP4c的基因,该基因呈现叶片维管束鞘细胞特异性高表达,有利于水分通过该蛋白进入鞘细胞储存,并平衡叶肉细胞的水分供应。而且该基因从叶基部到叶尖的表达趋势不但与用来筛选C_4光合作用有关转录本的标志基因——NAD-苹果酸酶基因(NAD-ME)表达趋势一致,并与C_4循环其他关键基因磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)以及碳酸酐酶(CA)表达趋势一致,均为从叶基部到叶尖表达逐渐上调,表明ZmPIP4c基因参与C_4叶片的细胞特异性特征的构成,为C_4特征的组成部分。此外,ZmPIP4c基因与C_4光合作用关键基因PEPC、CA、NAD-ME在时间节律中的表达趋势一致,表明在光照情况下,该基因为束鞘细胞中所进行的C_4光合作用提供了充足的水环境,并避免束鞘细胞在黑暗条件下积累过多的水分,而造成水分和能量的浪费。另外,在盐胁迫下束鞘细胞特异性表达基因ZmPIP4c和叶肉细胞特异性表达的PEPC以及CA均呈现下调趋势。由于叶片束鞘细胞和叶肉细胞间存在水力传导信号,该水孔蛋白基因表达下调,可能改变了叶肉细胞内的水溶液环境,进而对PEPC和CA的表达产生影响。总之,对玉米水孔蛋白ZmPIP4c基因的研究,为我们深入研究C_4植物中尚未确定的C_4新特征提供了候选基因,并有助于我们深入了解细胞特异性水孔蛋白基因介入C_4循环过程的分子机制。