AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫应答的研究进展

植物AP2/ERF(APETALA 2/ethylene-responsive element binding factor)是一个庞大的转录因子超家族,其蛋白质中均含有1或2段60~70个氨基酸残基组成的AP2/ERF结构域,存在于所有植物中。AP2/ERF转录因子参与多种生物学过程,包括干旱、高盐、低温等逆境胁迫响应等。在植物受到逆境刺激后,脱落酸、乙烯等信号相应地被激活,并激活AP2/ERF转录因子的表达,从而调控功能基因的表达。文中对国内外近年来有关植物AP2/ERF类转录因子的分类、结构特点、分布、信号传导途径及基因调节等方面的研究进行了综述。     

一个新的葡萄抗逆转录因子VvERF2基因的In silico克隆及生物信息学分析

ERF是植物所特有的一类重要的转录因子,广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。本研究利用In silico克隆方法获得葡萄VvERF2基因,并利用生物信息学方法对该基因编码产物从氨基酸组成、理化性质、进化关系、二级及三级结构、功能等方面进行预测和分析。结果表明,VvERF2为亲水性蛋白,与其他物种的ERF在序列组成、结构及活性位点等方面均具有高度的一致性。     

非生物胁迫下转录因子增强植物抗性的研究进展

转录因子通过调控下游基因的表达来缓冲各种环境压力反应。其中AP2/EREBPL参与植物的细胞周期、生长发育、生物胁迫和非生物胁迫相关的基因的表达调控;MYB参与植物的细胞周期、细胞死亡、新陈代谢等响应;b ZIP基因参与植物种子贮藏相关的基因表达,控制光和发育的发生和器官形态建成等;NAC基因参与了植物激素信号传导和生长素通路。这些转录因子通过调控一系列基因的表达增强植物忍耐逆境胁迫能力。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

AP2/ERF蛋白调控植物的非生物胁迫应答机制

AP2/ERF蛋白是植物所特有的转录因子,参与植物生长发育以及调控生物和非生物胁迫反应。研究表明,AP2/ERF蛋白不仅与其它类型转录因子共同形成复杂的转录调控网络,通过多种信号转导途径调控功能基因的表达,而且可以作为外界信号的感应因子调控植物的非生物胁迫应答。主要从AP2/ERF蛋白在植物激素合成、蜡质合成、低氧胁迫应答、ROS清除以及蛋白质修饰等方面综述了AP2/ERF蛋白在植物非生物胁迫应答中的研究进展,并展望了今后的研究方向。     

杨树AP2/ERF转录因子家族生物信息学分析

AP2/ERF基因家族是植物所特有的一类转录因子,该转录因子参与多种生物学过程,包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。从毛果杨基因组数据库中查找210个毛果杨AP2/ERF家族基因,根据其编码氨基酸序列的相似性和AP2/ERF结构域的数量可分为4类,分别为AP2、ERF、DREB和RAV亚家族及其他(Potri.002G246100)。利用生物信息学方法分析了毛果杨210条AP2/ERF蛋白序列的系统发生、基因组定位、氨基酸组成、理化性质及二级和三级结构等。研究结果可为杨树AP2/ERF家族基因的功能分析提供参考依据。     

二穗短柄草FRUITFULL1基因表达分析及RNA干扰和过表达载体的构建

为了揭示BdFUL1的生物学功能,利用生物信息学和分子生物学方法,分析二穗短柄草转录因子FRUITFULL1-2(BdFUL1-2)的结构、序列特征以及与不同植物AP1/FUL的亲缘关系,构建进化树。利用定量RT-PCR等分子生物学方法,分析非生物逆境和外源激素处理条件下两个转录本BdFUL1-1和BdFUL1-2的表达水平。结果表明:BdFUL1属于典型的植物MADS-box基因,与小麦的WFUL1有很近的亲缘关系;在高温、低温、干旱胁迫以及不同激素ABA、6-BA和SA处理下,BdFUL1-1的表达水平显著升高,暗示BdFUL1可能通过激素信号传导而参与响应非生物胁迫。同时,构建BdFUL1-1和BdFUL1-2的RNA干扰和过表达载体。     

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。     

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。     

山葡萄VaCBF1转录因子基因的克隆与表达分析

【目的】克隆山葡萄(Vitis amurensis)CBF1转录因子基因(VaCBF1),为其功能的深入研究及其在植物抗寒基因工程中的应用奠定基础。【方法】根据植物CBF基因AP2/EREBP保守区设计1对简并引物,利用PCR法从山葡萄cDNA中扩增VaCBF1基因的中间片段。再根据中间片段区域设计2对特异引物,采用反向PCR法扩增VaCBF1基因的5′端和3′端序列。将中间片段与5′端和3′端序列拼接后得到山葡萄VaCBF1基因的cDNA全长序列,据此设计1对特异引物,PCR扩增VaCBF1基因编码区的全长序列,并对其进行生物信息学分析。同时,利用荧光定量PCR分析山葡萄VaCBF1基因在不同逆境胁迫(干旱、低温、盐胁迫)下的表达情况。【结果】成功地从山葡萄中克隆得到VaCBF1基因cDNA全长序列,其长度为762bp,编码253个氨基酸,在GenBank注册号为DQ517296。同源性分析证实,VaCBF1属于CBF转录因子家族。荧光定量PCR分析发现,低温胁迫可以诱导山葡萄VaCBF1基因高表达,而该基因的表达不受盐及干旱处理诱导。【结论】首次从山葡萄中克隆了VaCBF1基因,并证实该基因参与了植物对低温胁迫的应答。     

葡萄花发育基因的亚细胞定位和表达分析

 【目的】分离和克隆葡萄品种‘香悦’Vitis vinifera AGAMOUS (VvAG)、Vitis vinifera APETALA 3 (VvAP3)、Vitis vinifera FLOWERING LOCUS C (VvFLC)、Vitis vinifera FRUITFUL (VvFUL)、Vitis vinifera FLOWERING LOCUS T (VvFT)、Vitis vinifera APETALA2 (VvAP2)和Vitis vinifera SUPPRESSOR OF OVER EXPRESSION OF CO 1 (VvSOC1)7个重要花发育相关基因的ORF序列,并对其进行亚细胞定位与表达分析。【方法】采用特异引物RT-PCR方法克隆基因,并用半定量PCR法研究各基因在不同组织的表达,构建亚细胞定位载体,基因枪转化洋葱表皮细胞,25℃暗培养24 h后激光共聚焦显微镜下观察。【结果】对上述基因在葡萄不同组织器官中的表达水平进行分析发现,它们的表达不存在组织器官的特异性,但有表达强弱差异。其中,VvFT、VvFUL、VvAP3在葡萄幼果中表达量最高,VvAG与VvAP2在花中表达量最高,而VvSOC1与VvFLC在幼叶中表现出最高的表达水平。VvSOC1、VvFT、VvFLC和VvAP2与GFP融合蛋白仅在核内产生绿色荧光,表现出转录因子的典型特点;而VvAG、VvFUL和VvAP3与GFP融合蛋白在细胞质膜和细胞核上均产生绿色荧光信号。【结论】这7个基因与葡萄的花与果实以及营养器官的发育都存在相关性,7个葡萄花发育相关的转录因子都呈现出细胞核内作用的特点,但VvAG、VvFUL和VvAP3也表现出在细胞膜区域定位的现象。     

草莓FaSig转录因子基因的克隆及序列分析

Sigma因子作为一个转录正调控因子参与微生物糖代谢的调控。为了研究果实中Sigma因子的功能,利用RT-PCR与RACE扩增方法,从草莓果实cDNA中分离出一个草莓Sigma转录因子cDNA全长,进行测序和序列分析。结果表明,克隆的cDNA片段全长为2 008bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,可编码长度为520个氨基酸残基的蛋白质,所推导的蛋白质氨基酸序列与葡萄(XM002268673)、大豆(XM003544709)、苜蓿(XM003602150)Sigma转录因子基因分别具有78%,77%和77%的氨基酸序列同源性,并含有典型的HTH结构域,表明草莓果实中Sigma属于σ70家族。     

巴西橡胶树LIM结构域基因克隆与生物信息学分析

根据乙烯利刺激巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)胶乳差异表达cDNA文库的EST序列信息,利用RACE技术从胶乳中成功克隆了1个含有LIM结构域的未知功能新基因HbLIM的全长cDNA。生物信息学分析表明,该基因全长cDNA由1016bp的碱基组成,拥有1个570bp的开放阅读框编码189个氨基酸残基;推测氨基酸序列富含Lys,Ser,Ala和Leu,含有2个LIM结构域和2个N-豆蔻酰化位置。序列相似性分析表明,HbLIM编码的氨基酸序列与蓖麻、杨毛、葡萄相应的LIM基因的相似性高达98%,95%和92%。这些研究结果为深入探讨LIM结构域蛋白在巴西橡胶树乳管发育及乳管代谢中的功能奠定了基础。     

The EST Analysis of A Suppressive Subtraction cDNA Library of Chinese Wild Vitis pseudoreticulata Inoculated with Uncinula necator

Uncinula necator is a worldwide serious fungus disease causing annual heavy lost on grapevine production. In order to get more informations on defense related EST sequences and help breeding program, we constructed and characterized a suppression subtractive hybridization cDNA library with artificially inoculated leaves and control Chinese wild Vitis pseudoreticulata clone Baihe-35-1, which is highly resistant to powdery mildew. In the library, the length of 58 EST fragments known as putative functions varied from 130 to 800 bp, and 60% of the ESTs exhibited high similarity to known sequences in database of GenBank with BLASTX analysis. These genes were involved in stress/defense response, detoxification, signal transduction, disease defense, and etc., and 14 ESTs remained unknown or hypothetical proteins, which may be new genes. The experiment provided an important basis for studying the disease-resistance mechanism and obtaining the genes for the aim of improving grapevine powdery mildew resistance.     

葡萄miR169及其靶基因的生物信息学分析

[目的]明确葡萄miR169(vvi-miR169)基因家族在葡萄生长发育及逆境胁迫响应中的重要作用,为其在葡萄分子育种和抗逆新品种选育中的应用提供参考依据.[方法]利用miRNA、Phytozome、NCBI等数据库及ClustalX 2.1、MEGA 6.0、RNAfold WebServer、psRNATarget等在线软件对vvi-miR169基因家族的序列分布、定位特征、二级结构、发育进化树和靶基因调控功能进行生物信息学分析.[结果]在miRBase中搜索到25条vvi-miR169基因同源序列,分别分布在6条染色体上,其中以位于Chr11上的序列最多,共有17条,位于Chr01、Chr04和Chr14上各有2条,而在Chr08和Chr17上各有1条.vvi-miR169基因家族成熟序列的碱基保守性很高,其前体序列均可形成稳定的二级茎环结构,且位于同一条染色体上的miR169基因序列显示出相对更近的亲缘关系.vvi-miR169基因家族共预测到21个靶基因,绝大部分miRNA都有多个靶基因,且不同miRNA具有相同的靶基因,其中有22个miRNA靶基因均含有GSVIVT01015120001(NF-YA转录因子).[结论]vvi-miR169基因家族序列保守性较高,家族特征明显,且具有相似的调控功能;NF-YA转录因子是vvi-miR169基因家族最主要的靶基因,也是葡萄生长发育过程中抗逆境胁迫的主要调控元件.     

葡萄赤霉素合成相关基因克隆、亚细胞定位和表达分析

【目的】分离和克隆‘藤稔’葡萄内根-贝壳杉烯氧化酶基因（VvKO）、GA2-氧化酶基因（VvGA2ox2和VvGA2ox4）、GA3β-羟化酶基因（VvGA3ox4）和GA20-氧化酶基因（VvGA20ox1）等5个重要赤霉素合成相关基因的ORF序列,并对其进行亚细胞定位与表达分析。【方法】采用电子克隆方法克隆相关基因,构建亚细胞定位表达载体,基因枪转化洋葱表皮细胞后激光共聚焦显微镜下观察。并用半定量和荧光定量RT-PCR方法研究各基因的时空表达。【结果】成功克隆了5个基因的完整ORF序列,对上述基因在葡萄不同组织器官中的表达水平进行分析发现,它们在组织器官间的表达有强弱差异。其中,VvGA2ox2主要在果实中表达,VvGA2ox4主要在叶片和果实中表达,而VvKO、VvGA3ox4和VvGA20ox1则在花、叶片和果实中均有一定的表达。VvKO、VvGA2ox2、VvGA2ox4和VvGA3ox4与GFP融合蛋白仅在核内产生绿色荧光;而VvGA20ox1与GFP融合蛋白在细胞核和细胞质膜上均产生绿色荧光信号。【结论】克隆的5个基因与葡萄的花、果实以及营养器官的发育存在不同程度的联系,其中4个基因仅呈现出细胞核内作用的特点,而VvGA20ox1则表现出细胞核和细胞质膜定位的现象。     

梭梭ARF1基因的克隆及序列分析

二磷酸腺苷-核糖基化作用因子(ADP-ribosylation factors,ARFs)属小G蛋白超级家族中的Arf亚族,是真核细胞囊泡运输通道的关键组成成分,参与细胞运输和信号传导。本试验采用RT-PCR、RACE等方法从超旱生、耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)中扩增出ADP-ribosylation factor(ARF1)基因的cD-NA序列(命名为HaARF1),其开放阅读框为546bp,推测氨基酸序列全长为181个氨基酸残基,具有典型的小GTP结合蛋白结构域。其氨基酸序列与GenBank中已发表同源对比相似度达99%以上,表明ARF1基因在不同物种间高度保守。     

糜子干旱后复水过程中基因表达谱的初步分析

为探索在干旱后复水条件下糜子抗旱种质的基因表达特点,寻找与其复水后快速恢复生长相关的基因,利用抑制消减杂交(Suppressive subtraction hybridization,SSH)技术,以糜子干旱后复水处理叶片的cDNA为tester,干旱胁迫处理叶片的cDNA为driver,构建了一个抑制消减杂交文库。在文库中随机选取100个克隆(插入片段≥250 bp)测序,所获序列去除载体、引物及接头序列后,利用NCBI的BLAST序列比对分析软件分别对GenBank的dbEST数据库和非冗余蛋白数据库进行序列比对分析。序列同源性分析显示,文库中序列的同源基因主要以与新陈代谢、能量代谢、转录、蛋白加工、细胞信号转导及细胞组分生物合成相关的基因为主,其中以新陈代谢及细胞组分生物合成相关的基因数最多,分别占到与已知蛋白同源的EST的22.4%和10.3%。表明植物在干旱后复水条件下产生一系列的信号传导,同时启动相应的转录机制,激活响应基因的表达,以适应逆境的改变。     

烟草叶片全长cDNA文库构建及EST序列分析

【目的】构建烟草叶片全长cDNA文库并测序,发掘与烟叶发育、代谢和抗逆相关的基因,为进一步研究功能基因奠定基础。【方法】以烟草苗期叶片为试验材料,利用改进的Cap-trapper法构建烟草叶片全长cDNA文库。利用测序技术获得大量的EST序列,采用生物信息分析手段,对所测EST进行拼接和功能注释。【结果】构建了烟草叶片的全长cDNA文库,该文库滴度为1.2×106 pfu•mL-1,平均插入片段在1.4 kb左右。利用该文库测序了5 280个克隆,获得5 233条高质量表达序列标签（EST）,序列拼接出3 922个单一基因;同源比对分析表明,89.7%的基因与已知功能基因具有较高的同源性,这些基因涉及细胞生长、信号转导、翻译合成、抗逆反应和能量代谢等功能;并详细鉴定了部分与烟碱合成和抗病相关的基因。【结论】通过Cap-trapper法成功构建了高质量的烟草幼苗叶片全长cDNA文库;大规模EST测序分析挖掘到大量与烟草幼苗叶片发育、抗逆、抗病、烟碱代谢相关的侯选基因。