转录因子调控番茄抗旱性研究进展

番茄原产自热带地区，是全世界栽培面积最大的蔬菜之一。农业生产上，干旱胁迫是限制番茄产量和品质的主要制约因素。因此，挖掘抗旱基因用于番茄抗旱育种意义重大。番茄的抗旱性状是由多基因控制的复杂性状，而转录因子能通过转录级联效应同时调控干旱胁迫响应通路上的多个基因来调节植物的抗旱性，是培育抗旱番茄品种的重要遗传资源。本文对近年来有关转录因子调节番茄抗旱性和参与干旱胁迫响应的最新研究成果进行了归纳总结，综述了bHLH、MYB、NAC、bZIP、ERF、WRKY、HD-Zip等家族转录因子调控番茄响应干旱胁迫的研究进展。在干旱胁迫下，这些转录因子参与的调节网络主要涉及脱落酸(ABA)和活性氧等相关通路。对转录因子在培育番茄抗育品种中的应用进行了讨论，提出增强转录因子遗传改良在时空水平的特异性用于抗旱番茄品种选育的方法，旨在为番茄抗旱育种研究提供新思路。     

HD-Zip Ⅰ转录因子在植物非生物胁迫中的研究进展

HD-Zip（同源结构域-亮氨酸拉链）蛋白是植物特有的转录因子,分为4个不同的亚家族（HD-Zip Ⅰ～Ⅳ）。HD-Zip Ⅰ转录因子在响应植物非生物胁迫中扮演重要的角色。文章结合国内外研究进展,综述了植物HD-Zip Ⅰ转录因子的结构特点,论述了HD-Zip Ⅰ亚家族响应干旱、脱落酸（ABA）、低温、盐和氧化胁迫的研究进展,为深入阐释植物HD-Zip Ⅰ亚家族调控非生物胁迫应答的分子网络机制提供参考。     

植物microRNAs在干旱胁迫响应中的研究进展

干旱是常见且反复出现的气候特征,严重影响农作物生产。microRNAs（miRNAs）是一类长度为18~24 nt的小分子非编码RNA,转录后的miRNAs可调节基因表达,参与植物生长发育过程。从miRNAs的发现、合成及作用机制,干旱胁迫响应miRNAs的种类及其靶基因、miRNAs介导干旱胁迫的响应机制等方面进行了综述,指出miRNAs在植物响应干旱胁迫过程中存在物种依赖性和组织特异性,且受干旱胁迫条件的影响。同时发现,目前植物miRNAs参与干旱胁迫响应的作用机制及其靶基因调控网络尚不清楚。对未来的研究前景如探究miRNAs调控基因中的顺式调控元件的特征、探索靶基因功能与植物干旱胁迫应答网络关键因子间的相互作用、植物抗旱miRNAs资源库的构建等进行了展望,以期为推动miRNAs在植物抗干旱胁迫中的应用提供参考。     

植物转录因子MYB基因家族研究进展

转录因子是响应环境胁迫,即干旱、盐分和寒冷等植物信号传导途径的主要调节剂,MYB是植物最大转录因子家族之一,MYB转录因子亚家族特定于植物界。综述提供了MYB基因家族在植物中的最新功能调控研究进展,以了解植物中MYB转录因子的调控机制,为植物分子育种研究提供新思路。     

苦荞转录因子FtNAC15基因的克隆及表达分析

为研究NAC转录因子在苦荞中的功能,从苦荞发育种子中克隆了一个NAC家族基因,其开放阅读框全长1 098 bp,编码365个氨基酸,将其命名为FtNAC15。基因结构分析表明:FtNAC15基因由3个外显子和2个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明:FtNAC15蛋白与水稻ONAC003、拟南芥ANAC010和ANAC073亲缘关系较近,属于NAC家族转录因子家族中同一亚组。基因上游启动子序列顺势作用元件分析表明:该基因启动子中的顺式作用元件可以分为5类,即启动子核心元件、节律和光照响应元件、转录因子结合位点、非生物胁迫响应元件和激素响应元件。表达分析表明:FtNAC15基因在种子发育的成熟期和干旱胁迫下上调表达,表明其参与调控荞麦种子发育和响应干旱胁迫。     

药用植物中GRAS转录因子的功能研究进展

GRAS是重要的植物转录调控因子,依据结构特征分为10个主要亚家族。目前已在许多药用植物和其他植物中开展了GRAS转录因子的研究,发现其家族成员广泛参与生长、发育、非生物胁迫响应、信号转导相关应答、初级和次级代谢等过程。对GRAS转录因子的结构特征、功能作用以及在药用植物中的研究进展进行了综述。结合自身研究对药用植物研究前景进行分析后指出,后续研究可以聚焦以下几个方面:首先重点解析每个GRAS亚家族保守结构域的功能;其次是分析GRAS蛋白N端可变序列的进化特征;再者是解析GRAS家族成员调控品质和响应逆境胁迫的分子调控网络;最后是解析表观遗传调控与GRAS的协同作用模型。     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

转录组学在植物响应干旱胁迫中的研究进展

干旱胁迫是植物生长周期中极易遭受的非生物胁迫之一,了解植物如何响应干旱逆境及其调控途径,成为了一个热点问题。随着转录组技术的广泛应用,人们可以从基因层面了解在干旱胁迫下,植物体内的信号转导及其相关的网络调控机制。本文主要查阅近年来RNA-Sep技术在植物干旱胁迫方面的研究进展,介绍了植物受到干旱胁迫后,从膜上信号感受器,到细胞内信号转导,以及主要的植物激素代谢调控途径等方面的调控机制,展望了未来转录组学在植物响应干旱胁迫中的发展方向。     

DREB转录因子提高植物抗非生物胁迫的研究新进展

DREB是植物生长调节过程中重要的转录因子之一,在调控与逆境相关基因的表达、提高植物对逆境胁迫适应性中发挥重要作用。综述了DREB转录因子的结构特点,以及近年来该基因在抵御干旱、低温、高盐等非生物胁迫中作用的研究进展,指出今后应加强DREB调控下游基因及其网络的研究。     

植物WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子是一个大的植物转录因子家族。该转录因子家族最显著的特征是家族各成员至少包含一个WRKY结构域,该结构域的N-端有一个高度保守的WRKYGQK基序,C-端为一个锌指类似结构域(zinc-finger-like motif),一般组成为C-X_(4-5)-C-X_(22-23)-H-X-H。WRKY转录因子通过WRKY结构域与下游目标基因启动子区的W-box进行特异性结合从而调控目标基因的表达。研究表明,WRKY蛋白除了广泛参与植物种子萌发与休眠、叶片衰老、代谢、激素信号转导外,还参与生物和非生物胁迫等生理生化反应过程的调控等新功能。综述了国内外有关WRKY转录因子的研究进展,讨论了其在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫过程中发挥的调控功能,以期为全面研究WRKY转录因子家族的结构和功能提供新的观点。     

高通量测序鉴定中间锦鸡儿干旱条件下的microRNA

中间锦鸡儿分布于干旱和半干旱地区,适应干旱和高温逆境环境,被广泛应用于固沙和水土保持,具有很高的生态价值。microRNA是一类非编码RNA,广泛分布于植物体内,参与干旱、盐、低温等多种胁迫响应。为了鉴定中间锦鸡儿中抗旱相关的miRNA,构建了干旱条件的small RNA文库,通过高通量测序和生物信息学分析,共鉴定得到116个miRNA,88个保守的miRNA属于33个已知miRNA家族和28个新miRNA,差异表达的miRNA中,cin-miR164a、cin-miR164b、cin-miR168a、cin-miR168b在三个干旱处理时间下调表达,cin-novel-3、cin-novel-11、cin-novel-21在干旱处理1和3 h上调表达,cin-novel-26 在干旱处理3 h特异表达;28个新miRNA通过psRNATarget在中间锦鸡儿中预测到582个靶基因,在拟南芥中预测到212个靶基因,大多数靶基因参与干旱胁迫响应。这些为后续研究中间锦鸡儿miRNA响应干旱胁迫奠定了基础。     

Regulatory Network of Transcription Factors in Response to Drought in Arabidopsis and Crops

Drought is one of the most important environmental constraints limiting plant growth, development and crop yield. Many drought-inducible genes have been identified by molecular and genomic analyses in ...     

作物耐旱基因的表达特性及遗传工程研究

干旱会限制作物生长及产量形成,并引起作物体内一系列生理生化反应。作物耐旱性是多基因控制的复杂数量性状,为了应对水分缺失,作物体内形成多条信号途径,并在形态、生理和分子水平上适应干旱。受到干旱胁迫后,作物通过激活相关转录因子来调控相应下游基因的表达,并且通过转录后调控和渗透调节来适应干旱,维持正常的生理活动和代谢活动,减少干旱胁迫对植物的伤害。逆境也会诱导小RNA的产生,其通过诱导目的基因mRNA的降解以及阻止翻译过程去调控靶基因,达到耐胁迫逆境的作用。耐旱相关基因的遗传工程对作物在非生物逆境下的正常生长非常重要,总结了干旱响应机制所涉及的基因的功能及利用情况,以期为耐旱育种提供参考依据。     

干旱胁迫下两个玉米自交系雄穗花器官分化期的转录组分析

【目的】 运用现代分子生物学及高通量测序技术,在全基因组水平鉴定耐旱相关的基因,研究玉米雄穗花器官分化期对干旱胁迫的响应机理, 为抗旱育种将提供新的理论基础。【方法】 以干旱胁迫15 d和正常浇水的耐旱自交系“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63” 花器官分化期的雄穗进行Illumina HiSeq 2000高通量测序分析,将测序得到的Unigene与玉米参考基因组进行比对,利用 RPKM 来衡量样本间的基因表达丰度, 以|log₂foldchange|≥1,P<0.05,FDR≤0.001筛选出样本间的差异表达基因, 并通过 Gene Onto 1ogy (GO ) 数据库、 KEGG pathway 数据库对筛选出的差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】 与正常水分处理相比,耐旱自交“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63”在干旱胁迫下分别有1 394个和1 300个显著差异表达基因,其中共有差异表达基因831个,包括上下调表达趋势是一致的822个基因和9个具有相反的表达模式基因。除这些基因外,各自分别还有563个和469个基因型特异的干旱响应基因,这些特异的干旱响应基因的G0 富集分析的条目并不完全相同,除共同富集在刺激响应,细胞壁改变外,耐旱自交“PHBA6”还富集在激素合成调控,机氮化合物代谢、蛋白结合上,特异的干旱响应基因的KEGG 显著性富集分析在2个自交系中也不完全相同,耐旱自交“PHBA6”还有部分差异基因富集在生物素代谢通路上,另外,筛选出耐旱自交“PHBA6”中在干旱胁迫下差异表达的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子。【结论】 胁迫相关基因的特异性响应可能是材料间耐旱性存在差异的主要原因,耐旱自交“PHBA6”中的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子基因在玉米耐旱育种中可能有重要的利用价值。     

小麦响应干旱胁迫环状RNA的鉴定

目的 干旱是限制全球小麦生产的主要非生物胁迫之一,探索小麦应对干旱的分子调控机制对小麦分子育种具有重要意义。环状RNA（circRNA）已被证实在植物抵御外界环境胁迫的过程中扮演着重要角色。鉴定小麦响应干旱胁迫的circRNA,有助于构建小麦干旱胁迫响应的调控网络,为解析小麦的抗旱性机制奠定基础。方法 以2个抗旱性差异显著的小麦品种（周麦13和冀麦38）为试验材料,对其在干旱及对照条件下的根部样本进行circRNA测序。鉴定小麦circRNA并对其进行特征分析,筛选与干旱胁迫响应相关的差异表达circRNA,并对其靶向microRNA（miRNA）进行预测。进一步根据miRNA及其靶基因在干旱胁迫下的表达模式,构建小麦响应干旱胁迫的潜在circRNA-miRNA-mRNA调控模块。结果 共鉴定获得1 409个小麦circRNA,其中,多数（68.91%）为外显子circRNA,且仅有133个circRNA在2个品种中被同时鉴定获得。在干旱胁迫下共鉴定获得239个差异表达circRNA,其中138个circRNA在抗旱型品种周麦13（ZM13）中特异性差异表达,19个circRNA在2个品种中同时差异表达。共预测到34个靶向miRNA以及1 408个miRNA靶基因。根据这些差异表达circRNA、靶向miRNA以及miRNA靶基因在干旱胁迫后的表达模式,共筛选出5个分别以tae-miR9664-3p、tae-miR1122b-3p、tae-miR9662a-3p、tae-miR6197-5p和tae-miR1120c-5p为中心的小麦响应干旱胁迫的潜在circRNA-miRNA-mRNA调控模块。结论 小麦circRNA具有明显的品种特异性,且在不同抗旱型小麦品种之间具有不同的表达模式。共鉴定到239个响应干旱胁迫的小麦circRNA以及5个潜在的circRNA-miRNA-mRNA调控模块。     

蔬菜作物应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究进展

蔬菜作为重要的经济作物,近年来的种植面积、产量及需求都在不断增加。蔬菜作物在生长和发育过程中经常受到非生物逆境（包括干旱、盐、极端温度及重金属胁迫等）的侵害,影响其产量及品质。近十年来,国内外关于蔬菜应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究领域取得了一定的进展。在应答干旱胁胁迫方面,DREB、WRKY、NAC、bHLH及bZIP等转录因子受干旱信号诱导,调节下游抗旱基因的表达,从而提高蔬菜作物抗旱能力。同时,水分运输相关功能基因（PIP、TIP）、E3连接酶SIZ1及脱水蛋白DHN也被报道受干旱诱导,并通过调节水势、渗透势及ROS积累抵御干旱胁迫。在抵御盐胁迫方面,SOS途径至关重要。SlSOS2能够通过调节SlSOS1和Na+/H+逆向转运蛋白LeNHX2/4的表达维持离子平衡和调节植物器官中Na+的分配。蔬菜抗盐研究中NAC、ERF、MYB等转录因子响应盐胁迫并激活抗逆相关基因表达,从而提高蔬菜作物抗盐能力。此外蔬菜植物大量合成渗透调节物质是其抵御盐胁迫的常见方式。吡咯啉-5-羧酸合成酶PvP5CS和tomPRO2、脯氨酸脱氢酶BoiProDH等在盐胁迫下能提高脯氨酸的含量;过表达甜菜碱醛脱氢酶SlBADH能提高番茄中甜菜碱含量。在高温胁迫响应过程中,HSFs位于调控网络的核心位置,可调控包括HSPs在内的一系列抗逆基因的表达,番茄中热激转录因子SlHSFs相互之间形成复合体调控下游SlHSPs的表达而应答高温逆境。在低温胁迫中,CBFs/EREBs位于调控网络的核心位置,并受ICE1调控;LEA及HSPs蛋白在低温下能够防止细胞中蛋白质变性并维持细胞膜流动性。蔬菜应答重金属胁迫主要依靠体内隔离和体内外螯合机制。在蔬菜应答非生物逆境的过程中,ABA作为信号受体起到至关重要的作用。蔬菜中NAC、MYB、HSF等转录因子则受ABA信号诱导,应答非生物逆境,进而提高活性氧清除能力,合成更多抗逆物质,从而抵御非生物逆境的侵害。     

杨树miRNA的靶基因预测及低氮胁迫表达分析

目的鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。方法根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。结果获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导（29个）和抑制（28个）的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因（2个）及参与代谢途径的靶基因（6个）发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。结论本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。