抗逆相关DREB转录因子的研究进展及应用

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白,可以特异地与DRE顺式作用元件结合,在非生物逆境胁迫(干旱、低温、高盐)中激活胁迫诱导基因的表达,使植物能够耐受水分胁迫的影响.本文介绍DREB转录因子的结构特点和生物学功能,表达调控以及在抗逆基因工程方面的研究进展,同时对DREB转录因子在信号传递和调控网络方面的复杂性进行了讨论.     

小麦bHLH型转录因子TaHLH1的分子特征和表达特性研究

利用cDNA-AFLP技术,鉴定了1个对低磷胁迫逆境产生明显应答的小麦bHLH型转录因子转录本片段(TDF)。比对分析表明,该TDF(TaHLH1 EST)与前人在水稻中鉴定的对低磷产生明显应答的bHLH型转录因子基因OsPTF1高度同源。利用生物信息学技术,获得了TaHLH1 EST对应的cDNA序列。TaHLH1的cDNA全长为2 209bp,含有1个编码480个氨基酸残基的开放阅读框。TaHLH1含有bHLH型转录因子具有的Basic-Helix-Loop-Helix保守基序,分别由13,15,6和22个氨基酸残基组成。比对分析表明,TaHLH1与源于水稻、大麦和玉米的同源基因编码蛋白在保守基序的氨基酸组成上高度同源。TaHLH1对低磷、低氮、干旱和高盐等逆境明显应答,但对低钾、低钙、脱落酸(ABA)和低温不产生应答。研究表明,TaHLH1是小麦bHLH型转录因子家族的重要成员,在介导低磷等非生物逆境的信号转导中可能发挥着重要作用。     

水稻B-box锌指蛋白基因OsBBX26的 克隆及表达分析

[目的]克隆水稻B-box锌指蛋白基因(OsBBX26),并分析其在非生物胁迫下的表达模式,为探究水稻B-box蛋白的非生物胁迫响应机制提供理论依据.[方法]以水稻模式品种日本晴为材料,采用RT-PCR克隆OsBBX26基因,对其进行生物信息学分析,并通过构建pBA-OsBBX26-YFP植物表达载体进行亚细胞定位.同时,采用实时荧光定量PCR检测分析OsBBX26基因的组织特异性及非生物胁迫(干旱、ABA、低温和高盐)下的表达模式.[结果]克隆获得的OsBBX26基因(LOC_Os08g42440)cDNA全长序列为1467 bp,编码488个氨基酸,其编码蛋白分子量为51.86 kD,理论等电点(pI)为6.63,包含1个B-box锌指结构域和1个CCT结构域,其中B-box结构域位于第13~60位氨基酸,CCT结构域位于第435~478位氨基酸,该蛋白定位于细胞核中.OsBBX26基因位于8号染色体上,启动子区域除了含有TATA-Box和CAAT-Box等基本转录元件外,还含有与逆境相关的顺式作用元件,包括低温响应元件LTR、脱落酸响应元件ABRE、水杨酸响应元件TCA-element、厌氧响应元件ARE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif,以及MYB转录因子结合位点.OsBBX26蛋白与粳稻B-box蛋白亲缘关系最近,其次与籼稻B-box蛋白亲缘关系较近,与其他植物B-box蛋白也存在较高的相似性,其中与小米、大麦、高粱、玉米和短柄草B-box蛋白的氨基酸序列相似性分别达72%、72%、71%、69%和68%.OsBBX26基因在幼叶中的表达量最高,其次是在成熟叶片中,在幼根、成熟根、茎和幼穗中的表达量均极低,表明该基因表达具有明显的组织表达特异性.干旱、高盐、ABA和低温胁迫处理下OsBBX26基因均上调表达,干旱、高盐和ABA胁迫处理12 h达峰值,但低温胁迫处理在24 h后才达峰值.[结论]OsBBX26基因受干旱、高盐、ABA和低温胁迫诱导均上调表达,推测其参与水稻植株响应多种非生物胁迫,在逆境响应中发挥重要调控作用.     

玉米干旱诱导表达基因ZmBTF3b的克隆与表达分析

【目的】克隆玉米ZmBTF3b并研究其参与逆境反应的分子机制,为揭示玉米抗逆分子机制奠定基础。【方法】应用生物信息学方法分析ZmBTF3b启动子序列特点;应用酵母单杂交方法验证该基因编码转录因子的转录激活活性;应用实时荧光定量PCR方法分析ZmBTF3b在玉米不同组织中的表达差异及其在非生物胁迫下的表达模式。【结果】从玉米抗旱自交系CN165中克隆得到干旱诱导表达基因ZmBTF3b,该基因编码蛋白含有169个氨基酸,具有新生多肽复合体(nascent polypeptide-associated complex,NAC)保守结构域;酵母单杂交试验证明ZmBTF3b具有转录激活功能;实时荧光定量PCR结果表明,ZmBTF3b在玉米花丝、幼穗、幼胚中表达量较高。ZmBTF3b受脱水干旱胁迫和PEG模拟干旱胁迫诱导根上调表达,而受冷、NaCl、ABA和SA诱导下调表达。【结论】ZmBTF3b编码蛋白具有转录因子的基本特性,在应答逆境胁迫特别是干旱胁迫时起重要作用。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

玉米ZmCIPK基因的克隆及表达模式分析

为了克隆玉米逆境胁迫应答基因,根据玉米CIPK基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术从玉米中克隆了1个ZmCIPK基因。结果表明,ZmCIPK基因cDNA全长1 776bp,5′-非编码区长249bp,3′-非编码区长177bp,编码区长1 350bp,编码449个氨基酸,预测分子量为50.64kDa,等电点为9.58。氨基酸同源性分析发现,ZmCIPK与高粱的CIPK同源性较高。实时定量PCR检测表明,ZmCIPK基因的表达受脱落酸、干旱、高盐胁迫和低温诱导,说明玉米ZmCIPK基因可能参与玉米对逆境胁迫的应答。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

水稻转录因子DREB1的克隆与原核表达

DREB类转录因子特异地与DRE顺式作用元件结合,在非生物逆境胁迫(干旱、低温、高盐)中激活胁迫诱导基因的表达,使植物能够耐受水分胁迫的影响。以顺式元件rd29A3 cis构建诱饵质粒.通过酵母单杂交方法从水稻cDNA文库中筛选获得7个阳性质粒,序列分析显示阳性质粒中插入的cDNA序列一致,根据核苷酸序列推导出cDNA编码一219个氨基酸组成的多肽,该多肽有保守的EREBP/AP2结构域,N端为核定位信号(NLS),而C端则为转录激活区域,属于EREBP/AP2类转录因子,命名为RdreB1。重新合成的RdreB1 I基因降低了GC比含量,诱导处理产生了约45 kD的特异表达的融合蛋白。     

花花柴抗逆相关转录因子WRKY的鉴定及分析

WRKY转录因子作为参与生物或非生物胁迫应答的重要基因家族,在植物逆境胁迫的响应过程中起着重要作用。花花柴作为沙漠植物,具有极强的广谱抗逆性,发掘并应用花花柴的抗逆基因资源对研究植物逆境生物学及抗逆性分子育种具有重要意义。本研究通过对沙漠植物花花柴的转录组学分析,筛选出与高温胁迫相关的15个差异表达的WRKY基因。并将这15个基因与拟南芥、水稻的WRKY基因构建系统发育树,通过对同亚族同源性较高的基因功能及其顺式作用元件的功能预测,推测花花柴WRKY基因可能参与了极端温度、干旱、高盐、病原菌等逆境胁迫响应,并对与高温胁迫响应相关的2个花花柴WRKY基因进行表达模式分析。该结果将为荒漠植物及其基因资源的发掘利用提供一定的参考价值。     

矮牵牛冷响应锌指蛋白基因PhTZF1的分离与表达分析

利用矮牵牛基因表达谱芯片筛选出应答低温胁迫的关键基因,从中发现1个CCCH型的锌指蛋白基因PhTZF1。通过RT-PCR分离获得该基因的cDNA全长为2 085bp,预测其编码694个氨基酸,含有2个CCCH型锌指蛋白保守结构域。系统进化树分析发现,PhTZF1与拟南芥AtSZF1相似度最高。利用半定量RT-PCR检测其在根、茎、叶和花中的表达特性发现,正常生长条件下该基因在各组织中的表达都较弱;利用实时定量PCR检测其在低温、干旱、ABA、MeJA、高盐和高渗胁迫处理下的表达情况发现,PhTZF1表现出不同程度的上调,其中对低温胁迫最为敏感且上调倍数最高,初步推测该基因与矮牵牛应答低温、干旱等非生物逆境相关。     

一个水稻CCCH型锌指蛋白基因的表达模式分析

利用RT-PCR、生物信息学及其启动区与GUS基因的融合表达分析等方法，分析了一个水稻CCCH型锌指基因OsZF77的表达模式。OsZF77开放阅读框包含843个核苷酸，编码280个氨基酸，含有2个CCCH锌指结构域。RT-PCR分析表明该基因在水稻种子的胚乳中具有较高丰度的表达而在胚中不表达。对OsZF77上游2．5kb左右的启动子区段进行分析发现含有种子特异性表达必需的序列元件RY（CATGCATG）。进一步分析了该基因启动子区段与GUS基因融合表达载体的转基因水稻植株，结果表明GUS在种子胚乳特别是靠种皮的外围胚乳中具强表达，而在胚中检测不到GUS活性。以上结果说明该基因是一个胚乳优势表达基因。     

玉米锌指蛋白基因ZmAN14过表达转基因烟草对非生物胁迫的响应

【目的】ZmAN14是玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族成员,该家族在水稻中广泛参与非生物胁迫应答。通过分析玉米旱21（H21）及转ZmAN14烟草在非生物胁迫下的表达情况,为玉米ZmAN14及其家族的功能和分子机制的全面解析提供新信息。【方法】通过对ZmAN14进行序列分析,发现其属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。以玉米自交系H21为研究材料,在三叶期时对其进行非生物胁迫和ABA诱导处理,0、1、3、6、12和24 h时取整株样品,同时在玉米不同生长期取根、茎、叶、胚芽鞘、雌蕊、雄蕊、花丝、苞叶等不同组织样品,利用实时荧光定量PCR方法对ZmAN14的组织表达谱和非生物胁迫及ABA诱导的表达谱进行分析,并结合启动子区顺式作用元件分布情况进行对比分析。将ZmAN14编码序列克隆至GFP表达载体pMDC85,利用亚细胞定位技术验证ZmAN14在胞内的定位情况。将ZmAN14克隆至GAL4 DNA结合结构域载体,并转化酵母,将其涂布在缺陷培养基上观察酵母生长情况,分析其有无转录激活活性。将ZmAN14编码区与植物表达载体p1300-221连接构建超表达载体,并将其转入烟草,选择ZmAN14 mRNA 表达量高的T₂纯合体株系进行盐、干旱胁迫和ABA诱导,观察其对非生物胁迫的应答。【结果】序列分析表明,ZmAN14开放阅读框（ORF）为516 bp,编码一个171个氨基酸的蛋白,预测分子量为18.3 kD,等电点是8.28。ZmAN14具有A20和AN1结构域,属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。实时定量荧光PCR结果表明ZmAN14在叶中大量表达,受NaCl、干旱胁迫和ABA诱导上调。ZmAN14与GFP融合蛋白定位于细胞质和细胞核中,定位结果与ZNF216 和ZmAN13类似,而ZmAN14本身并没有核定位信号,暗示ZmAN14与其他蛋白结合进入细胞核中发挥其生物学功能。ZmAN14在酵母中表达时不能在酵母缺陷培养基（SD/-Leu-His medium）上生长,因此,未发现其具有转录激活活性。将ZmAN14在烟草中过表达会增加烟草苗期对盐和干旱的抗性。【结论】ZmAN14属于玉米A20/AN1型锌指蛋白基因家族。ZmAN14主要在叶中表达,受非生物胁迫和ABA诱导,在烟草中过表达可以提高烟草苗期对盐和干旱的抗性。ZmAN14可能通过与其他蛋白的互作行使功能。相比较于其他的A20/AN1型锌指蛋白,在转基因烟草中,ZmAN14也参与非生物胁迫应答。ZmAN14与ZmAN13具有高同源性,但在盐和干旱胁迫时,二者却具有向反方向调控的功能。     

异源表达玉米ZmC3H54基因增强水稻的耐旱性

CCCH锌指蛋白是一类重要的转录调控因子。从玉米中分离得到一个受干旱和ABA诱导表达的CCCH型锌指蛋白基因ZmC3H54，通过构建过量表达载体并转化水稻来进一步研究其功能。 与对照组相比，转基因植株在干旱胁迫处理下具有更高的相对含水量与存活率以及较低的相对电导率，表明过量表达ZmC3H54基因可以提高转基因水稻的耐旱性。此外，转基因水稻幼苗对外源ABA敏感性更高。以上结果表明玉米ZmC3H54基因可能是通过ABA信号通路调控植物对干旱的耐受性。     

大豆C2H2型锌指蛋白基因STF-2的克隆及结构分析

大豆是我国重要的粮油经济作物,是众多行业中必需的原材料。锌指蛋白是一种重要的转录因子,其中双锌指的植物C2H2型锌指蛋白多数与植物的非生物胁迫相关,可以利用生物技术手段提高作物对非生物胁迫的耐受能力。该文利用生物信息学和同源克隆的方法克隆得到了大豆C2H2型锌指蛋白基因STF-2,并且利用软件对其蛋白结构进行了初步分析。     

一个水稻茎叶优势表达锌指基因启动子的克隆及功能分析

通过RT-PCR分析,鉴定了一个在水稻茎、叶中特异表达的锌指基因OsZF153.利用PCR扩增了OsZF153基因上游约2 kb启动子区,构建了启动子与GUS的融合表达载体pCZF153P-GUS.pCZF153P-GUS转基因T0植株GUS活性分析显示:转基因植株的根、茎、叶、颖壳中检测到GUS活性,其中茎和叶GUS表达活性较强,而根和颖壳表达较弱,在雄蕊和雌蕊及种子不同发育阶段中没有检测到GUS活性,表明OsZF153启动子是一个水稻非生殖器官表达,且在茎、叶中优势表达的启动子.     

海岛棉GbWRKY53基因的克隆与表达分析

黄萎病被称为棉花的"癌症",挖掘和鉴定抗病相关基因是棉花抗黄萎病分子育种的基础。WRKY转录因子在植物对生物和非生物胁迫应答过程中起重要调控作用。从高抗黄萎病品种海岛棉Pima90-53中克隆了WRKY转录因子Gb WRKY53,其开放阅读框(open reading frame,ORF)为999 bp,编码332个氨基酸,含有1个WRKY结构域及HXC型锌指结构,属于WRKY转录因子家族的第Ⅲ组。基因结构分析表明,Gb WRKY53基因有3个外显子和2个内含子。系统进化分析表明,Gb WRKY53与雷蒙德氏棉(Gossypiumr aimindii)Gr WRKY53的亲缘关系最近。当黄萎病菌诱导后,Gb WRKY53基因表达量呈先增加后降低的变化趋势,处理后12 h其表达量达到最大;水杨酸(SA)诱导后,Gb WRKY53表达量在8 h明显增加,且一直持续增高到24 h;而茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后,Gb WRKY53表达量在12 h达到最高值随后下降,且其表达水平明显低于同时间水杨酸诱导后的表达量。1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)诱导后,Gb WRKY53基因表达量仅微量上调。由此推断,Gb WRKY53基因可能参与了复杂的植物信号途径并在棉花抗黄萎病菌胁迫应答中起重要作用。     

水稻Ds插入具芒突变体相关基因的功能预测

[目的]研究水稻Ds插入具芒突变体形成的分子机理。[方法]采用TAIL-PCR技术,从水稻Ds插入具芒突变体中克隆出Ds侧翼基因序列,分析被插入基因的结构,并分析预测基因编码的蛋白功能。[结果]Ds插入在具芒突变体7号染色体Os07g0588700基因前1 339 bp处。Ds插入位置的下游基因编码产物含一个锌指区CX2CX3FX5LX2HX3H,且含高度保守的QALGGH保守区,为水稻的单锌指蛋白。[结论]Ds转座元件插入基因组中,影响了编码锌指蛋白基因的表达调控,使突变体显示出具芒的表型。     

沙冬青A20／ANl锌指蛋白基因序列及表达分析

A20/AN1锌指蛋白普遍存在于真核生物中,在胁迫响应引起的信号传导过程中发挥着重要作用。本文利用生物信息学和RT-PCR方法从低温干旱胁迫的沙冬青叶片组织中分离锌指蛋白基因AmSTZF,该基因编码一条含172个氨基酸残基的多肽,含A20和AN1两个锌指蛋白保守结构域,属A20/AN1锌指蛋白。生物信息学分析显示该蛋白定位于细胞质中,具有磷酸化位点,参与细胞转录调控。RT PCR分析表明:低温和干旱胁迫处理的沙冬青叶片中,AmSTZF的表达增强,初步推测该基因与沙冬青低温、干旱胁迫响应相关。      

茉莉酸和真菌病原诱导的水稻WRKY30转录因子基因的分离及表达特征

 【目的】分离水稻WRKY30,为阐明WRKY转录因子在水稻抗病反应中的调节作用提供依据,为抗病性的合理利用和品种遗传改良提供基因材料。【方法】采用RT-PCR获得包含最大开放阅读框（ORF）的WRKY30 cDNA序列,运用生物信息学手段进行序列分析,通过Southern杂交确定基因在基因组中的拷贝数,利用Northern分析或RT-PCR方法,研究基因的器官特异性表达和病原、激素以及非生物胁迫诱导表达的特征。【结果】 WRKY30 包含一个长2 022 bp的完整ORF,编码674个氨基酸,具有1个核定位信号和2个典型的WRKY保守结构域,锌指纹组成为C2H2,归类于WRKY第一组,与大麦、高粱和短柄草等单子叶植物WRKY的氨基酸序列同一性较高。WRKY30在基因组中以单拷贝存在,在茎、叶和颖果中表达丰度最高,根和穗中次之,花中最低。WRKY30受稻瘟菌和纹枯菌快速诱导。抗病相关信号分子水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）也能诱导该基因表达迅速上调,而乙烯（ET）对其表达无明显影响,脱落酸抑制其表达。除伤引起WRKY30表达上调外,其它非生物胁迫如冷、高盐和干旱对其表达无明显影响。【结论】WRKY30可能参与水稻对稻瘟菌和纹枯菌防御反应的调控,这种调节作用依赖于SA和JA介导的信号途径,而与ET信号途径无关。