WRKY转录因子在植物盐胁迫应答中的作用（英文）

WRKY转录因子家族是植物转录调控因子中最大的家族之一,研究已经表明该家族在植物盐胁迫应答相关的转录调控过程中发挥着重要作用。WRKY基因介导激活盐胁迫应答和调节相关基因的信号转导,因而调节这些WRKY基因的表达模式和/或改变其活性最终导致植物盐胁迫的耐受性。另外,同一个WRKY基因往往同时在多个胁迫应答过程中起作用,表明其在植物胁迫应答中功能的多样性。WRKY蛋白通过蛋白与蛋白之间的协同作用以及自我调控或者交叉调控方式实现其功能,这有助于了解WRKY蛋白介导的信号和转录调控过程的复杂机制。花生是重要的油料作物,盐胁迫对其生长发育危害严重,WRKY基因在花生耐盐过程中可能也起重要作用,但相关功能和机制研究很少。本文综述了近期的研究进展,以揭示WRKY转录因子在植物盐胁迫应答中的作用。     

高等植物WRKY转录因子家族的演化及功能研究进展

WRKY转录因子是植物转录调节因子的最大家族之一,并且是调节植物许多生物过程的信号网络的组成部分。WRKY转录因子通过其保守结构域与靶基因启动子区域的W-box特异性结合,调节靶基因的表达,进而调控植物的叶片衰老、种子萌发与休眠、开花等生长发育过程外,还参与调控植物生物和非生物胁迫的响应过程。本文用代表性植物基因组数据,对WRKY的基因演化作了归纳,综述了近二十年来国内外WRKY转录因子的相要研究进展,并介绍了该转录因子在植物生物胁迫和非生物胁迫应答及生长发育过程中的调控作用。      

大豆转录因子GmWRKY4分子克隆与表达分析

为研究WRKY家族基因在大豆抵御非生物胁迫中的生物学功能及其作用机制,利用铁丰29,获得了大豆WRKY家族基因GmWRKY4的开放阅读框序列,并对其在不同非生物胁迫处理下的表达模式进行了分析。结果表明,GmWRKY4开放阅读框为1 083 bp、编码360个氨基酸残基;对其编码蛋白GmWRKY4进行保守域及同源性分析发现,属于WRKY转录因子家族第1类,与GsWRKY4高度同源;分析GmWRKY4与拟南芥WRKY转录因子系统进化树发现,与At WRKY3、At WRKY4相似性最高;进一步分析该基因在盐(NaCl处理)、干旱(PEG处理)与低温胁迫处理下的表达模式发现,GmWRKY4可参与对上述3种非生物胁迫的响应;同时分析基因在乙酰辅酶A羧化酶(ACC)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)等激素处理下的表达模式发现,GmWRKY4可通过参与ACC、SA、JA信号通路实现对逆境胁迫的响应,为进一步深入研究该基因生物学功能及其作用机制奠定了基础。     

巨桉EgrWRKY70基因克隆和初步表达分析

WRKY家族为植物所特有,参与调控植物逆境胁迫、生长发育和衰老等生物学过程。为了获得WRKY70同源基因在桉树响应胁迫中的作用和功能,克隆巨桉(Eucalyptus grandis)中的Egr WRKY70基因,通过生物信息学分析和q RT-PCR进行功能的初步鉴定。结果表明,Egr WRKY70基因编码321个氨基酸,蛋白分子量为36.18 ku,只有一个WRKY结构域,属于WRKY转录因子III a类成员。同时,Egr WRKY70与麻风树的Jcu WRKY70的亲缘关系最近,其氨基酸序列相似性达到58.2%。半定量RT-PCR分析表明,Egr WRKY70主要在巨桉叶片、根和花中表达,而在茎部表达量较低。实时定量q RT-PCR分析显示:Egr WRKY70基因在低温和盐胁迫下,表达量快速升高然后下降;在盐胁迫下Egr WRKY70基因表达仍然维持在较高水平;在油菜素内酯和水杨酸处理时,Egr WRKY70基因能够快速的响应,使用茉莉酸甲酯处理时其表达量没有发生明显的变化。由此表明,Egr WRKY70能够通过不同的响应方式参与桉树生物和非生物胁迫的应答。     

外源硅对逆境胁迫下大豆抗逆相关转录因子表达的影响

为探究外源硅对逆境胁迫下大豆转录因子的表达模式,分析大豆晋豆37号幼苗在盐、干旱胁迫和外源硅作用下NAC家族GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及WRKY家族GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54转录因子的表达情况。结果表明:在盐、干旱逆境胁迫下,大豆植株生长受抑制,与对照相比,逆境胁迫下的植株鲜重、干重、株高、叶片数、叶片相对含水量均不同程度下降,而加入外源硅后这些指标较单独胁迫明显升高。NAC家族和WRKY家族的8个转录因子在大豆叶、茎和根系均有表达,在盐、干旱胁迫下,GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54的表达量明显低于对照,而在胁迫下加入外源硅后其表达量明显比单独胁迫高,且随逆境胁迫时间延长,转录因子的表达量变化趋势基本一致,不同处理时间单独施加硅处理和对照无显著差异。说明外源硅能够在盐、干旱逆境胁迫下影响大豆相关转录因子的表达。     

茶树WRKY转录因子基因CsWRKY57的克隆及表达分析

WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育及胁迫应答过程中均发挥重要的调控作用。为探究WRKY转录因子与茶树抗旱及耐盐性的关系,本研究基于茶树转录组数据库中的检索结果,以陕茶1号1年生茶树为试验材料,克隆获得了1个WRKY转录因子基因,命名为CsWRKY57。生物信息学分析表明,CsWRKY57基因cDNA全长为1 222 bp,编码303个氨基酸,预测分子量为33.5 kD,理论等电点为5.49;另外,蛋白比对分析显示,CsWRKY57包含1个典型的WRKY核心序列和1个C2H2型锌指结构,属于WRKYIIc家族。实时荧光定量PCR分析结果显示,CsWRKY57基因在高盐、干旱、ABA胁迫下均被诱导表达,且表现出先增加后降低的趋势,表明CsWRKY57基因参与了茶树体内干旱、高盐和ABA的调控途径。转录激活活性试验表明,CsWRKY57无转录激活活性,意味着CsWRKY57可能需要与其他元件结合才能启动基因的表达。     

蓖麻WRKY转录因子的全基因组鉴定及其进化分析

 为探讨WRKY转录因子在蓖麻耐胁迫中可能的生物学功能,研究基于已公布的基因组和ESTs数据对蓖麻WRKY转录因子家族进行全面鉴定和系统命名,并在此基础上分析了其基因结构和进化特征。结果显示,蓖麻基因组中至少存在56个WRKY基因,它们散布于39条scaffolds上,所含内含子数目在1-5个;RcWRKYs包含1~2个WRKY结构域,根据WRKY结构域的数量及其锌指结构的特征,这些蛋白可分为I、IIa、IIb、IIc、IId、IIe 和III类/亚类。与拟南芥相比,蓖麻的WRKY基因在物种分化后并未明显进化,它们中的大部分在拟南芥中都有同源基因;相对而言,在不同类基因中,I类的WRKY基因得到了较快的进化。       

香蕉苯丙氨酸解氨酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase, PAL）是催化苯丙烷代谢途径第1步反应的限速酶,广泛地参与植物生长发育过程中的各种生理活动。本研究通过生物信息学分析,从香蕉A基因组数据库中利用BLASTp筛选出53个可能的MaPAL编码蛋白序列。在NCBI分析蛋白保守结构域,发现仅有8个基因具有典型的PAL家族基因的特性。聚类分析结果表明香蕉MaPAL家族的8个基因可以分为Class I 和Class II两类。转录组数据表明,所有MaPAL基因在果实发育阶段高表达,MaPAL5参与果实采后成熟过程。在干旱、低温、盐处理的香蕉幼苗叶片中,MaPAL1、MaPAL2、MaPAL3、MaPAL4和MaPAL5成员均显著上调表达,MaPAL6号成员显著下调表达,这些成员参与香蕉响应上述非生物胁迫过程。8个MaPAL成员在枯萎病菌处理下均显著下调表达,表明在感病品种巴西蕉根系中,MaPAL基因的表达全部被Foc TR4抑制。本研究结果为分析MaPAL基因家族在香蕉果实品质形成和响应逆境中的作用提供了理论依据。     

青稞HvnWRKY26基因的克隆及表达分析

WRKY家族转录因子广泛参与植物的生物和非生物胁迫过程。为探索WRKY家族转录因子在青稞抗条纹病过程中的作用，本课题组前期利用条纹病菌分别侵染抗病青稞品种昆仑14号和感病品种Z1141，并进行转录组测序，发现一个在侵染时期差异表达的WRKY基因家族成员。序列分析发现，该基因的开放阅读框为765 bp，可编码255个氨基酸，具有典型的WRKY结构域，属于WRKY基因家族。Uniprot注释结果表明，该蛋白为HvnWRKY26。启动子区域预测表明，该区域含有脱落酸和茉莉酸响应元件以及与干旱、低温、盐胁迫和防御应激等逆境胁迫相关的顺式作用元件。序列比对分析显示，HvnWRKY26蛋白与其他物种中同源蛋白的氨基酸序列一致性均不高，但该蛋白与大麦HvWRKY26蛋白的WRKY结构域序列完全相同。系统进化分析表明，青稞HvnWRKY26与大麦WRKY26的亲缘关系最近；进一步对HvnWRKY26及与其亲缘关系较近的大麦、玉米、水稻WRKY蛋白进行进化分析，发现这些WRKY蛋白被分为A、B和C三大类，其中HvnWRKY26蛋白属于A类。RNA-seq和qRT-PCR分析结果表明，青稞在遭受条纹病菌侵染时，HvnWRKY26基因的相对表达量在抗病品种昆仑14号和感病品种Z1141中均显著上调表达，且抗病品种的表达量显著高于感病品种，推测HvnWRKY26基因在青稞抗条纹病过程中发挥重要作用。     

油菜AP2/ERF家族转录因子的分离及其生物学功能

油菜的生长发育受病害、干旱、高盐和低温等逆境胁迫的影响较大。油菜植株中很多被上述胁迫诱导而表达的基因,如产物能直接增强油菜对逆境抗性的功能基因,和产物为转录因子而作为信号转导调控其它基因的表达而间接提高抗性的调控基因。很多转录因子涉及到油菜逆境抗性,AP2/ERF是其中重要的一个家族。目前通过不同方法从不同种类的油菜中共克隆了24个AP2/ERF家族转录因子,属于ERF和DREB/CBF亚族。这些基因分别能够被低温、干旱、高盐、乙烯、ABA和茉莉酮酸酯诱导,并启动油菜中一些相关下游基因的表达,从而增强油菜的抗逆性能。本文综述了油菜中AP2/ERF家族转录因子的克隆、进化关系分析、空间结构及生物学功能。     

茶树WRKY转录因子CsWRKY17的克隆与表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调节植物的抗虫防御反应中发挥关键作用。然而,目前抗虫相关WRKY转录因子的研究还主要集中于草本植物中,木本植物中的研究还十分滞后,仍有大量WRKY未被发掘与鉴定。以茶树龙井43为试验材料,克隆了1个WRKY转录因子基因,命名为CsWRKY17。研究发现,CsWRKY17全长序列为1 141 bp,包含1个987 bp的开放阅读框,编码328个氨基酸。结构域分析表明,CsWRKY17基因具有1个典型的WRKY结构域和1个C₂H₂型锌指结构,属于第Ⅱ亚家族。同源比对及系统发育树分析发现,CsWRKY17与拟南芥的AtWKRY11和AtWRKY17同源关系最近。此外,CsWRKY17具有明显的组织表达特异性,并可被机械损伤、茶尺蠖取食或模拟取食、茉莉酸（JA）等外用激素处理诱导表达。亚细胞定位试验证实CsWRKY17定位在细胞核中。综上结果表明,CsWRKY17在细胞核中发挥功能,并很可能通过调节JA、脱落酸（ABA）、油菜素内酯（BR）和赤霉素（GA）等信号通路来调控茶树对植食性昆虫的诱导防御反应。研究结果为深入解析WRKY转录因子在茶树虫害相关信号通路中的作用打下基础,同时为茶树抗虫基因挖掘和抗虫品种选育提供了理论依据和参考。     

香蕉MaWRKY1转录因子在果实和幼苗诱导抗冷性中表达分析

为了探究香蕉MaWRKY1转录因子在抗冷诱导过程中的作用,采用外源过氧化氢（H₂O₂）、茉莉酸甲酯（MeJA）、水杨酸（SA）和丙烯（propylene）等处理香蕉果实,同时采用外源H₂O₂、MeJA和脱落酸（ABA）等处理香蕉幼苗,处理结束后,将实验材料放置于7 ℃下贮藏,通过Northern blot技术分析实验材料中MaWRKY1基因表达变化。H₂O₂、MeJA、SA和propylene等处理均使果实冷害症状推迟2 d出现;处理组果实中MaWRKY1 mRNA积累均早且高于对照组。H₂O₂、MeJA和ABA等处理也均使幼苗推迟18 h显现冷害症状;处理组幼苗中MaWRKY1基因表达提前且表达量相对较高。相比较这几种外源性调节剂,MeJA和H₂O₂处理的香蕉果实和幼苗所获得的抗冷效果优于其他生长调节剂,同时MaWRKY1基因表达水平也比其他处理组提前或表达量更高,推测MaWRKY1可能更加积极响应MeJA或H₂O₂诱导香蕉耐冷性     

龙眼DlWRKY52基因克隆及表达分析

WRKY转录因子在植物的生长发育和逆境胁迫响应中起着重要作用。前期研究发现,部分WRKY基因（比如DlWRKY52）参与了龙眼的成花诱导和逆境胁迫响应过程。为进一步研究龙眼WRKY基因的功能,以‘四季蜜’龙眼叶片cDNA为模板克隆得到DlWRKY52基因,并对其序列特征、组织表达模式、花果发育过程表达模式及亚细胞定位进行研究。结果表明：DlWRKY52基因的开放阅读框（open reading frame, ORF）全长为918 bp,编码306个氨基酸,具有典型的WRKY结构域和锌指结构,属于Ⅱc型WRKY蛋白。qRT-PCR结果表明,DlWRKY52基因在叶片、茎和果实器官中高表达;在花后80 d的果肉中显著上调表达;特异在‘四季蜜’成花诱导中下调表达。拟南芥原生质体瞬时表达结果显示,荧光信号主要集中在细胞核。上述结果表明,作为典型的转录因子,DlWRKY52编码的蛋白定位于细胞核。DlWRKY52可能参与了龙眼成花诱导及果实早期发育调控。     

过量表达玉米ZmPto/ZmPti1基因对拟南芥基因的差异表达研究

利用拟南芥基因芯片检测ZmPto/ZmPti1共表达转基因拟南芥的基因表达情况,了解Pto/Pti1信号途径的下游组分,对Pto/Ptil的作用机制做进一步探讨.结果表明,与野生型株系比较上调表达两倍的基因有84条,与野生型株系比较下调表达两倍的基因有95条.在上调表达的基因中有9条与非生物逆境有关,其中有SOS系统中的SOS3、DREBIA、WRKY15等;有3条与生物逆境有关,分别为AT4G36010、AT5G01870、AT5G64120;与生长发育有关的有12条;与脂类吸收、转运、代谢相关的基因6条;转录因子9条.在下调表达的基因中与非生物逆境有关的基因有4条;与生物逆境有关的基因2条;发育调控的基因8条;转录因子2条.无论上调还是下调表达的基因中,都有很多未知功能的基因.ZmPto/ZmPti1同时过表达显著影响植物对非生物逆境的响应、生长发育等过程,同时对脂类的吸收、转运、代谢等过程也有显著影响.     

水稻WRKY转录因子基因家族响应外源一氧化氮的表达谱分析

一氧化氮(nitric oxide,NO)信号分子与WRKY转录因子均参与植物抗逆、发育与代谢等许多生理过程。采用Agilent水稻全基因组cDNA芯片分析了NO处理后1、6和12h水稻幼苗WRKY转录因子基因的表达谱,鉴定出在1个时间点有两倍或两倍以上表达变化的WRKY基因32个,主要分布在WRKY的Ⅰ和Ⅱ组,其中75%的Ⅱa和45.6%的Ⅱd亚组成员为差异表达基因;鉴定出至少在2个时间点有两倍或两倍以上表达变化的WRKY基因15个,均为早期(1h)应答,且多数(64.2%)持续上调;基因功能预测分析表明,这些基因主要参与生物学过程中的细胞过程、代谢过程和刺激响应,以及分子功能中的转录调节活性和结合;代谢通路分析表明,WRKY24涉及植物与病原菌相互作用代谢通路。实时荧光定量PCR验证结果与芯片杂交结果基本一致,印证了芯片杂交结果的有效性。上述发现提示,NO信号可能参与了WRKY转录因子介导的生物学调控功能,并为这些基因的进一步功能分析奠定基础。     

水稻WRKY转录调控因子基因功能研究进展

 WRKY转录调控因子的生物学功能涉及植物生长发育、物质代谢、抗病耐逆、氧化衰老等诸多方面。水稻全基因组测序完成后,水稻WRKY转录调控因子基因的功能研究随之逐渐开展,目前已经发现它在植物抗病、耐逆、衰老、糖代谢以及形态建成方面发挥重要作用。随着研究的深入,水稻WRKY基因的编号未能统一,很容易让人混淆,有必要进行校正。结合作者实验室的一些研究结果,对水稻WRKY基因家族的研究现状进行了综述,以期为进一步深入开展WRKY基因家族的研究提供帮助。     

小麦WRKY转录因子的鉴定及其在胚性愈伤组织形成中的表达分析

为研究WRKY转录因子在小麦胚性愈伤组织形成中的功能,以小麦基因组信息和愈伤组织形成发育过程中的转录组数据为基础,利用生物信息学方法,在全基因组范围内进行小麦WRKY转录因子的鉴定,并对小麦胚性愈伤组织形成过程中TaWRKY基因的表达模式进行分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到270个小麦WRKY转录因子（TaWRKY01~TaWRKY270）,根据WRKY保守结构域数量和锌指结构域类型可分为I、II、III三组,分别包含41、145和84个。在愈伤组织转录组文库中,鉴定到39个TaWRKY基因,其中27个与在全基因范围内鉴定到的TaWRKY基因相同,12个在小麦愈伤组织中特异表达。差异表达分析表明,11个TaWRKY基因差异表达,大部分在胚性愈伤组织培养3～15 d时下调表达,且在胚性愈伤组织中比同时期非胚性愈伤组织中表达量高,推测部分TaWRKY基因可能参与小麦胚性愈伤组织的形成。