转录激活因子CBF与植物的抗胁迫能力

很多低温相关基因的启动子中都含有CRT/DRE元件,CBF蛋白可以与该元件结合而使这些基因得以表达。拟南芥CBF基因有4种,分别为CBF1、CBF2、CBF3和CBF4。CBF1、CBF2和CBF3基因聚集在拟南芥第4染色体的短臂上,CBF4定位在第5染色体上。CBF2与CBF1、CBF3与CBF1的核苷酸序列具有较高的同源性,分别为81%和84%。CBF2和CBF3的氨基酸序列分别与CBF1大约有84%和86%相似,且表达模式完全相同。CBF4蛋白由224个氨基酸组成,与其他CBF蛋白有63%的同源性。在CBF1、CBF2、CBF3和CBF4转基因拟南芥植株中,不需低温刺激,4种CBF基因的组成表达都能够激活含有CRT/DRE元件的COR基因表达,从而提高植株的抗冻性。自1997年发现CBF1基因以来,已有很多成功导入CBF基因的报道。本文就这4个转录因子的性质及其在植物抗寒、抗旱和耐盐方面的作用进行了阐述。     

转录因子CBF及其抗寒作用机制

从植物的抗寒方面综述了转录因子CBF（CRT／DRE-binding factor）的发现、分类、结构、在植物抗寒过程中发挥作用的分子机制,并介绍了调控CBF和受CBF调控的其他分子的信息,较为系统地归纳了CBF研究的最新进展。低温是影响植物生长、生产性能的重要因素之一。随着分子生物学的发展,植物抗逆分子机制成为当前植物学研究的一个热点。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物RNA聚合酶自身无法启动基因转录,只有当转录因子结合在其识别的DNA序列上后,基因才开始转录。转录因子CBF广泛存在于各种植物中,可以识别COR基因中的CRT／DRE（C repeat/dehydration responsive element）元件,从而启动COR基因转录,是植物抗逆过程中一个重要的调节因子。     

冷诱导基因转录因子CBF1的组成型表达对植物的抗寒性及生长发育的影响

通过农杆菌介导法将玉米泛素启动子(Pubi)调控的CBF1基因以及CaMV35启动子调控的GUS基因一起转化烟草,研究了冷诱导基因的转录因子CBF1(CRT/DRE binding factor 1)对植物抗寒性及生长发育的影响。结果表明:CBF1的组成型表达增强了冷敏感植物的抗寒性;在表型上使植株矮壮,叶片着生密集,叶色深绿,叶厚度增加;促进侧枝生长,延长营养生长期,推迟花期;对植株的结实性无明显影响。植株抗寒能力以及表型变化程度与CBF1的表达强度相关。因此,利用CBF1基因进行植物遗传改良时应根据物种的应用特点采用合适的表达调控策略。     

侧金盏花CBF转录激活因子基因片段的克隆

[目的]探索CBF转录激活因子基因在侧金盏花中是否存在。[方法]以侧金盏花基因组DNA为模板,根据拟南芥CBF基因序列的保守区设计1对特异性引物,通过PCR扩增获得1个DNA片段,将其克隆到pUCm-T载体中,转化大肠杆菌TG1,筛选阳性克隆并对其进行测序鉴定。[结果]测序结果显示通过PCR扩增获得的基因片段长448 bp。在GenBank中检索,该序列与从拟南芥和其他作物中克隆的CBF同源基因序列同源性较低,说明是一个新的基因片段,初步认定该片段是侧金盏花CBF基因片段。[结论]该研究为进一步克隆侧金盏花CBF转录激活因子基因全长序列、鉴定其生物学意义奠定了基础。     

茉莉酸对马铃薯苗期低温胁迫耐性的影响

[目的]研究不同茉莉酸(JA)施用浓度对马铃薯叶片活性氧(ROS)含量及其清除酶活性以及抗寒关键基因CBF表达的影响,初步确定提升马铃薯抗寒性的最适施用浓度,为马铃薯产业的发展提供一定的理论基础.[方法]以马铃薯品种费乌瑞它为研究对象,采用叶面喷施JA的方法,探究正常和低温胁迫条件下,植株叶片的活性氧含量,活性氧清除酶过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶SOD活性,以及抗寒关键基因CBF的表达.[结果]随着JA浓度的增加,马铃薯苗期叶片的活性氧含量逐渐降低,低温胁迫后活性氧含量能维持在较低水平,适宜浓度范围为100～400μmol/L,以200μmol/L JA处理效果最好,ROS含量降低47.6％.JA能够提升活性氧清除酶CAT和POD活性,且随着JA浓度增加效果越显著,低温胁迫后200μmol/L JA处理分别显著提升1.30、2.53倍.正常条件下,JA处理抑制SOD活性最低达70.7％;低温胁迫条件下,JA又可能通过其他途径提升SOD活性,最高达2.11倍.外源JA能诱导CBF1-3基因的表达,而低温胁迫能促进内源JA的合成,诱导CBF1-3基因的表达,提升马铃薯的抗寒性.[结论]马铃薯苗期的抗寒性与外源施加JA的浓度具有明显的相关性,适宜的JA浓度能够促进抗寒关键基因CBF1-3的表达,显著提升CAT、POD、SOD的活性,抑制低温胁胁迫诱导的活性氧生成,提高马铃薯抗寒性.适宜施用JA浓度为100～400μmol/L,以200μmol/L效果最佳.     

低温预贮对‘红阳’猕猴桃果实冷害及CBF转录因子表达的影响

以‘红阳’猕猴桃果实为试材,研究低温预贮[(5±1)℃3d]对‘红阳’猕猴桃果实冷害及转录因子CBF(C-repeat binding factor)表达的影响。结果表明,低温预贮处理可以有效地降低‘红阳’猕猴桃果实冷害率和冷害指数,显著减少膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的积累和抑制脂氧合酶(LOX)活性的增加,有效地抑制果实呼吸速率和乙烯释放速率,保持较高的过氧化物酶(POD)活性,降低多酚氧化酶(PPO)活性,促进CBF转录因子的表达,在贮藏末期失水较少,保持较高的好果率。可见,低温预贮处理可以减轻‘红阳’猕猴桃果实在低温贮藏过程中的冷害发生,促进CBF转录因子的表达,对控制‘红阳’猕猴桃果实冷害有较好的作用。     

高灌蓝莓CBF基因的单核苷酸多态性分析

本研究以21个高灌蓝莓品种为试材,克隆VcCBF基因,测序后分析其单核苷酸多态性(SNP),共克隆到123个非重复序列,发现120个SNP位点,单核苷酸多态性发生频率为1/695bp,核苷酸多态性值(Pi)为0.01251。在120个SNP位点中,单态突变位点62个;简约信息位点58个,其中双突变55个,三突变3个。对其碱基替换方式进行分析发现,转换91个,颠换26个,转换与颠换的发生比率为3.5∶1。通过单倍型分析发现,21个蓝莓品种的VcCBF基因存在5种单倍型。     

山葡萄VaCBF3基因克隆及生物信息学分析

为预测山葡萄VaCBF3基因的功能,利用RT-PCR方法从低温处理的山葡萄中克隆出抗寒转录因子VaCBF3基因。利用生物信息学方法对其结构域及功能进行预测,包括开放阅读框分析、基本理化性质分析、保守结构域分析、信号肽预测、蛋白修饰位点分析、疏水性分析、系统进化分析、蛋白质二级结构及三级结构预测等。结果表明:经测序VaCBF3基因序列全长为854bp,编码239个氨基酸,序列提交至GenBank中(登录号为:EU672969;蛋白登录号为:ACD45468.1)。该基因属于AP2 superfamily家族,具有AP2保守结构域;蛋白相对分子量为25.9kDa,分子式为C1109H1754N332O364S11,原子总数为3570,理论等电点为7.1;为不稳定亲水蛋白,不含信号肽;共计43个磷酸化位点,1个N-糖基化位点,39个O-糖基化位点;二级结构中α-螺旋占25.94%,β-转角占4.60%,不规则卷曲链56.07%,延伸链占13.39%;三级结构含有1个α-螺旋和3个β-折叠。系统发育树分析表明,VaCBF3蛋白与Vitisamurensis聚为一支,亲缘关系最近,与V.vinifera、V.riparia亲缘关系较远。     

扁桃CBF2基因的克隆及原核表达

为进一步研究扁桃CBF2 目的蛋白功能,探明CBF2 转录因子在扁桃中的抗寒分子机制,以新疆栽培扁桃(Amygdalus communis L.)‘双软’叶片为材料,通过PCR 技术从基因组DNA 中克隆CBF2 基因,命名为AcCBF2,将该基因片段连接到原核表达载体pET-32a(+)上,构建重组质粒pET-AcCBF2 并转化E. coli Rosetta(DE3)感受态细胞中进行诱导表达;生物信息学推测显示该基因的开放阅读框(ORF)为717 bp,编码238 个氨基酸,其分子量为26.59 kD,等电点为5.29。系统发育树分析结果显示,AcCBF2 基因与扁桃CBF1、光核桃和桃的亲缘关系最近。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果表明,该蛋白分子量约47 kD,与预期蛋白大小基本一致。AcCBF2 基因在E. coli Rosetta 中的最佳诱导条件为IPTG浓度0.2 mmol/L、诱导4 h。