转录因子BcWRKY22在低温促进菜心抽薹开花中的功能分析

WRKY类转录因子参与植物生长发育调控及低温逆境应答。然而低温条件下WRKY参与菜心提前抽薹开花的分子机制尚不明确。本研究采用15℃低温处理菜心幼苗24 h、48 h,结果表明低温能使菜心叶片和茎尖中BcSOC1基因的表达量升高,菜心提前抽薹开花。低温处理对菜心茎尖和叶片中13个WRKY转录因子基因表达都有不同程度的影响,菜心BcWRKY22基因受低温上调表达。在拟南芥中异源表达菜心BcWRKY22基因可以使拟南芥提前抽薹开花,转基因植株叶片中AtSOC1的表达量显著高于野生型。酵母单杂交实验表明BcWRKY22转录因子可以结合BcSOC1基因的启动子。本试验说明BcWRKY22转录因子响应低温胁迫,可能通过对开花相关基因BcSOC1的启动子直接结合作用来调控菜心提前开花。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

3个水稻类病变基因的逆境胁迫及激素响应特征

水稻中已克隆出十几个控制类病变(lesion mimic,LM)性状的基因,其中以SPL(spotted leaf)命名的基因如Os SPL7、Os SPL11、Os SPL28分别编码不同功能的蛋白质。本研究首先分析Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28启动子序列,发现均含有大量应答激素和逆境的顺式作用元件,并采用实时定量PCR检测这3个Os SPL基因在水稻不同部位的表达情况,以及逆境和激素等不同处理对它们在转录水平表达的影响。结果表明:Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28在不同时期水稻组织中没有明显的时空差异表达;低温、盐、干旱胁迫和ABA、ACC、JA、SA四种激素在转录水平调控Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28表达,其中Os SPL7表达受低温、干旱、ACC和JA抑制而受ABA、SA诱导,Os SPL11表达受低温、干旱和JA抑制而受SA显著诱导,Os SPL28表达受到JA强烈抑制而对低温不敏感。研究结果可为进一步研究激素和非生物胁迫调控植物类病变发生的作用机制提供线索。     

小麦抗逆相关基因TaSAP1的5′非翻译区内含子功能分析

逆境相关蛋白(stress associated protein, SAP)是植物中一类具有A20/AN1锌指结构域的蛋白,而A20/AN1锌指蛋白主要参与植物逆境响应。小麦中TaSAP1基因参与植株对各种逆境的响应,其5′非翻译区含有2个内含子(5' untranslated region intron, 5UI)。本研究利用重叠PCR,构建了TaSAP1的2个5UI缺失突变的表达载体,并转化二穗短柄草(Brachypodium distachyon),通过分析GUS活性,研究TaSAP1启动子及其5UI的生物学功能。结果表明TaSAP1启动子P1可受干旱、低温和外源ABA胁迫上调表达,表达活性分别是对照的10、6和4倍。TaSAP1基因2个5UI对启动子活性至关重要,2个5UI同时突变可致P1失活;Intron-1缺失突变导致P1活性降低约2.7倍(P0.05),但不影响P1对逆境胁迫的响应;Intron-2缺失突变导致P1失去对干旱、低温和外源ABA的响应能力。本研究结果为深入研究TaSAP1 5UI的生物学功能奠定了基础,也为改善作物抗逆性提供了重要元件。     

WRKY转录因子与脱落酸在调控低温中的作用

为了探索WRKY转录因子与脱落酸在调控植物抵御低温的作用。本研究总结了低温对植物的影响,介绍了ABA作为低温信号通路载体的研究进展,归纳了ABA调控WRKY转录因子以及其他转录因子抵抗低温的研究以及调控低温中受ABA响应的转录因子,概括了WRKY在低温中的作用。最后指出低温胁迫对植物影响的分子机制及调控网络的研究是未来研究的方向。     

WRKY转录因子在植物逆境应答中的功能

WRKY转录因子是高等植物中最重要的转录因子基因家族之一,在植物应对生物胁迫(病原菌和病毒等)和非生物胁迫(干旱,盐害,冷害和热害等)等一系列逆境应答进程中发挥重要作用。目前高等植物中WRKY转录因子在调控植物应答生物胁迫和非生物胁迫中的相关功能进行了总结。在目前已经报道的WRKY转录因子功能基础上,分析了不同植物中WRKY转录因子的的逆境应答模式和功能特征,为未来探索作物WRKY转录因子的逆境应答调控机理奠定基础。     

WRKY转录因子的结构及其在植物抗逆境胁迫中的功能

WRKY转录因子是一超级基因家族,广泛存在于高等植物界,参与了植物的多种生理生化与生长发育过程,在植物应对外界逆境胁迫发挥了十分重要的功能。WRKY超级基因家族由于其N端包括保守的WRKYGQK氨基酸序列而得名,通过其保守的氨基酸序列与靶标基因启动子区W-box相互结合,从而对靶标基因进行表达调控。本文主要综述了WRKY基因的结构特征及其在植物应答外界逆境胁迫过程中的功能,为进一步研究WRKY超级基因家族提供有益的启示。     

木薯碱性/中性转化酶MeNINV1基因启动子的克隆及激素应答表达分析

为了解木薯碱性/中性转化酶基因MeNINV1对激素的应答模式及调控机制本研究采用PCR技术,从木薯基因组中分离出MeNINV1基因启动子序列。分析结果显示该启动子长度1 714 bp,含有TATA box和CAAT box保守元件,以及四个激素响应元件:ERE(乙烯应答)、ABRE(ABA应答)、TAC-element(SA应答)和P-box(GA应答)。根据启动子上存在的参与激素应答相关的顺式作用元件信息,选用30μmol/L GA3、30μmol/L ABA、100μmol/L SA和1%乙烯利四种外源激素胁迫处理木薯SC8组培苗,利用实时荧光定量PCR技术,研究MeNINV1基因在不同激素处理下的表达模式。结果表明,MeNINV1基因的表达受激素的调控,因此推断碱性/中性转化酶基因MeNINV1启动子上的激素应答元件响应激素诱导,调控基因的表达。研究结果为进一步研究激素信号如何调控木薯块根蔗糖的分解代谢提供理论基础。     

转录因子与植物抗逆性研究进展

近年来,转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中的应用越来越广泛。本文综述了与植物逆境抗性相关的5个转录因子家族: MYB类、bZIP类、WRKY类、AP2/EREBP类和NAC类的调控机制以及它们在植物抗逆基因工程的研究进展。     

玉米SAMS家族基因鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

S-腺苷甲硫氨酸合成酶是植物代谢中的一个关键酶,它催化ATP与甲硫氨酸合成S-腺苷甲硫氨酸。利用生物信息学方法系统分析了玉米基因组中的4个S-腺苷甲硫氨酸合成酶(ZmSAMS)成员的参数特征,结果表明4个ZmSAMS成员参数非常接近。不同物种SAMS序列比对及进化分析显示植物SAMS基因在进化过程中具有非常保守的序列和结构。启动子顺势元件预测和蛋白功能分析显示ZmSAMS基因成员可能参与逆境应答、调控转录调控、信号转导、免疫应答等生理生化过程。随后的Real-time PCR验证了ZmSAMS家族基因成员参与了干旱、高温、低温、盐和ABA等逆境胁迫应答。因此推测玉米ZmSAMS基因可能在玉米的逆境胁迫应答中起一定作用。本研究为进一步阐明玉米ZmSAMS家族基因在逆境应答中的功能、机制提供了有益线索。     

农作物旱胁迫响应相关转录因子的研究进展

旱胁迫下,植物体内多种反式作用因子在逆境胁迫应答过程中发挥了关键作用。而转录因子在感知、传递和诱导响应基因表达过程中通过依赖ABA调节系统和不依赖ABA调节系统,调节植物组织结构变化或内含物积累,维持机体内稳态以适应或抵御胁迫伤害。目前,已在农作物中发现了众多转录因子家族。本文简要总结了AP2/ERF、NAC、MYB和WRKY等四类转录因子的作用模式,概述了上述转录因子参与的两类调节网络。最后,对目前研究中亟待解决的共性问题也进行了探讨。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

木薯蛋白激酶MeSnRK2.12与转录因子MebHLH1的互作鉴定及其表达分析

蛋白激酶SnRK2s (Sucrose Non-fermenting Related Protein Kinase 2)是植物抗逆境机制中的关键组分。木薯是全球重要的食品和工业作物,具有高淀粉累积和耐逆境的特点。迄今对木薯MeSnRK2家族成员参与逆境下淀粉合成调控的内在机制尚不清楚。本文围绕SnRK2家族受ABA微弱诱导的成员MeSnRK2.12展开研究,先对其进行生物信息学分析后发现其启动子区分布逆境响应元件:干旱胁迫MBS和ABA应答ABRE等顺式作用元件,且其氨基酸序列与AtSnRK2.8和OsSAPK1/2高度同源。ABA和PEG6000处理木薯SC8植株后发现, MeSnRK2.12可以在2 h内快速响应ABA和PEG6000处理,其转录活性在根中被抑制;在茎中被诱导上调,最高值分别为对照的15.0倍和8.0倍;在叶中也呈现上调趋势,但程度低于茎中。亚细胞定位试验结果显示MeSnRK2.12分布于细胞质和细胞核,利用酵母双杂交和双分子荧光互补(BiFC)试验均验证了MeSnRK2.12和转录因子MebHLH1间存在互作,且前期研究发现MebHLH1可以上调木薯蔗糖合酶基因M...     

红掌响应细菌性叶疫病的转录因子基因AanWRKY1的鉴定

WRKY家族转录因子参与植物各种生物胁迫和非生物胁迫反应,同时也参与形态建成、物质代谢、种子休眠、衰老等过程。本研究在前期红掌疫病诱导转录组数据中筛选到一个WRKY家族基因,RT-PCR扩增到1 658 bp全长cDNA,包含一个1 035 bp的开放阅读框,生物信息学分析预测此基因是一个典型的WRKY转录因子,命名为Aan WRKY1(NCBI No.KY597634)。qRT-PCR证实该基因叶片中受疫病侵染上调表达,同时能够被SA、JA、ABA、ETH、GA等激素信号分子诱导,非处理条件下在花梗和茎中表达量最高。通过农杆菌介导洋葱表皮侵染法,瞬时表达AanWRKY1-eGFP,显示该基因编码蛋白定位于细胞核,进一步酵母单杂交实验,证明该基因具有离体转录激活活性。研究结果表明红掌AanWRKY1基因能够响应细菌性疫病及其他胁迫反应,具有应激转录调控的作用,该基因的鉴定为进一步解析其分子病理学作用机理提供依据。     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫的应答机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)家族转录因子是植物中的一大类转录因子,最早从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离出。该家族转录因子一般包含两个AP2/ERF结构域,该结构域大约由60～70个氨基酸组成与DNA结合有关。AP2/ERF家族参与非生物胁迫的反应,比如干旱胁迫、高盐胁迫和低温胁迫等。这些胁迫会激活植物激素ABA、茉莉酸(jasmonate, JA)、乙烯(ethylene, ET)、水杨酸(salicylic acid, SA)等信号途径,同时激活AP2/ERF转录因子家族基因的表达,进而调控其下游功能基因的表达。本研究综述了近年来有关植物AP2/ERF转录因子响应非生物胁迫应答机制的新进展,探讨了该家族转录因子的结构特点、分布,及其对植物发育和次级代谢的影响以及对非生物胁迫的应答。     

水稻转录因子bHLH家族基因响应环境胁迫表达谱分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。bHLH转录因子是植物转录因子最大的家族之一。本研究以水稻日本晴为材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫和ABA（abscisicacid）处理,采用荧光定量PCR方法,比较分析干旱胁迫差异表达的22个候选bHLH家族基因在PEG和ABA处理下的不同时间梯度的表达谱。结果表明大部分候选基因的PEG胁迫表达谱与干旱胁迫表达谱一致,验证了芯片结果的可靠性;而在ABA处理下的大部分bHLH基因表现为抑制表达,部分基因的表达谱与干旱或PEG胁迫表达谱明显不同,推测这些bHLH基因参与PEG和ABA胁迫应答的具有相同或不同的分子路径或模式。研究结果对进一步克隆这些基因及分析其在植物生长发育过程中的分子调控模式打下了基础。     

六倍体小麦TaWRKY90的克隆和功能分析

WRKY转录因子家族在长期的进化过程中,由低等到高等植物中发展和扩增。在植物应对干旱,低温和盐害等渗透非生物胁迫的响应中占据重要角色。本研究立足六倍体小麦基因组数据库,筛选获得一条新的WRKY转录因子Traes_3B_41047D5E6(TaWRKY90),进一步克隆该转录因子全长序列,并通过荧光定量分析,构建进化树等相关方法验证了所筛选转录因子在植物对渗透胁迫相应中发挥作用。研究分析表明,所克隆TaWRKY90具有1个WRKY结构域,属于WRKY家族第ⅡC亚族;其在不同时间的PEG-6000、低温、H_2O_2、ABA处理下,在小麦幼苗的根、叶片组织中均表现出不同程度的上调表达,且与MDA、CAT、SOD、POD四种酶的活性表达具有较高的相关性,表明TaWRKY90在小麦抗渗透胁迫的响应过程中发挥重要作用。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

新疆野扁桃CBF基因启动子克隆及瞬时表达分析

CBF基因主要功能是调控下游大量抗冷基因的表达。CBF基因是植物抗冷途径的枢纽,对增强植物的抗冷能力极为重要。本研究利用染色体步移法得到了新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana Schleche)CBF基因家族成员Als CBF翻译起始位点上游的启动子序列,长度为1 391 bp(Gen Bank登录号:KP662710)。对启动子序列进行生物信息学分析表明,该序列存在启动子的基本元件CAAT-box和TATA-box,并且含有多个与植物非生物胁迫有关的响应元件:ABA响应元件、MYB、MYC结合位点、光应答元件和LTRE低温应答元件等。在烟草叶片中进行瞬时表达的结果表明,该启动子序列具备在逆境胁迫下诱导驱动报告GUS基因表达的功能。本研究可为揭示CBF基因在野扁桃抗寒性、抗旱性等抗逆过程中的作用机理,以及为增强野扁桃CBF基因在扁桃的抗逆性遗传改良中的作用奠定一定的基础,同时对野扁桃的繁育和保护也有极为重要的意义。     

番茄NAC转录因子SlNAC80的克隆及表达分析

为进一步明确该基因的分子特征及表达特性,通过RT-PCR从番茄中克隆了低温响应NAC转录因子SlNAC80,该基因开放阅读框1 023 bp,编码340个氨基酸。Sl NAC80蛋白相对分子量为38.19 k Da,等电点为5.27,N-端具有典型的NAC保守结构域,包含A、B、C、D、E 5个亚结构域。实时荧光定量PCR(q PCR)分析表明,Sl NAC80在番茄各组织中均有表达,以在绿果和衰老叶中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。对启动子区序列进行预测分析发现,Sl NAC80启动子区含有许多响应激素(ABA、GA、SA及ETH)和逆境(低温、脱水及盐胁迫)的顺式作用元件,如ERELEE4、GARE1OSREP1、LTRE1HVBLT49、GT1GMSCAM4、MYB1AT、MYCATERD1、MYCATRD22、WBOXNTERF3及WRKY71OS等。q PCR分析结果也证实该基因的表达受低温、干旱、高盐、甲基紫精、ABA及乙烯处理诱导。这些结果表明,Sl NAC80可能在番茄非生物逆境应答中发挥重要调控作用。