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。     

菊花AP2/ERF家族全基因组分析

作为植物的转录因子家族之一,AP2/ERF基因家族在植物的发育调控、激素响应以及调控植物应对各种胁迫的生命过程中发挥关键作用。本研究基于菊花脑(Chrysanthemum nankingense)基因组,筛选到菊花AP2/ERF基因家族,并对该家族的成员进行基因与蛋白结构、蛋白理化性质、保守基序、启动子顺式元件、组织和胁迫条件下的表达特征等进行了相关分析。此外,结合现有的公共数据库的60个菊花转录组测序数据,通过WGCNA分析对该基因家族成员进行了初步的功能分类。研究结果表明：菊花AP2/ERF基因家族共筛选229个成员,分别将其命名为CnAP2001～CnAP2229。系统进化分析发现菊花AP2/ERF家族成员属于4个亚家族(AP2, ERF, DREB, RAV)以及3个Soloist (未分类)序列。通过WGCNA的方法,将筛选的39 508个表达的基因划分为36个模块。分析发现有31个AP2/ERF家族成员在花发育相关的7个模块,20个成员在胁迫相关的3个模块。综上所述,AP2/ERF家族成员在菊花花发育过程以及非生物胁迫过程中发挥着重要功能,本研究为菊花分子育种提供了新的思路...     

AP2/ERF转录因子响应植物涝渍胁迫的研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中广泛存在的一类超大家族转录因子,含有1～2个由60～70个氨基酸组成AP2/ERF结构域,根据AP2/ERF结构域的数量及结合序列可以将其分为5个亚家族：AP2 (APETALA2)、ERF (Ethylene responsive element binding factor)、DREB/CBF (Dehydration responsive element/C-repeat)、RAV (Related to AB13/VP)和Soloist。该家族转录因子在调控植物响应涝渍胁迫过程中发挥重要作用,本研究综述了AP2/ERF转录因子的发现、结构特征和分类,重点介绍了近年来该类转录因子参与调控植物对涝渍胁迫的响应过程等方面的研究进展,可为今后挖掘和利用该类转录因子基因进行分子遗传改良和种质创新提供参考。     

银杏AP2/ERF转录因子鉴定及其ERF家族在逆境胁迫下的表达分析

AP2/ERF转录因子广泛参与银杏的生物学过程,其ERF基因家族存在着通过调控次生代谢来应对环境压力的可能。为探究ERF基因家族在这一过程中的应答机制,本研究分别构建了紫外和干旱处理下银杏叶转录组数据库,利用在线生物信息学工具对银杏AP2/ERF转录因子的保守结构域、理化性质及基因家族同源性进行分析,同时利用转录组测序技术检测了ERF基因家族在这两种逆境胁迫下的表达情况,筛选其中5个与类黄酮等代谢相关的ERF基因进行荧光定量PCR验证分析。结果表明,在银杏中共鉴定到61个AP2/ERF转录因子,根据其保守结构域特点分为4类,即ERF亚家族28个、DREB亚家族23个、AP2和RAV亚家族分别为5个。不同成员之间的氨基酸数目、等电点(pI)等理化性质有较大差别。从与拟南芥、大豆的序列同源性分析结果来看,同一个亚家族的成员之间亲缘关系较近。GbERF亚家族和GbDREB亚家族同属于银杏ERF基因家族,成员数最多。转录组预测分析结果显示,大部分ERF基因家族成员在紫外和干旱胁迫诱导下的基因表达量会增加。经验证,5个基因表达量的变化情况总体与预测结果一致。本实验结果为后期开展银杏ERF基因家族的功能研究提供科学依据。     

玉米淀粉调控的研究进展

为了明确淀粉合成途径中的关键酶的功能和调控机制,本文综述了玉米淀粉的结构、淀粉合成途径以及调控淀粉合成转录因子（DOF、NAC、MYB、bZIP、MADS-BOX和AP2/EREB等家族）的表达和功能机制。研究表明大部分转录因子能在玉米胚乳中表达,少数也能在叶片中表达;这些转录因子可以通过与淀粉合成酶编码基因和关键调控基因的启动子结合从而影响其表达来调控淀粉的合成。此外,蔗糖/ABA、蔗糖/IAA也可以和转录因子协同调控淀粉的合成。本文能够加深对玉米淀粉合成调控的理解,也为玉米品质改良提供重要的理论依据。     

转录组解析外源ABA对玉米脱水速率的影响

为了探明迪卡517、郑单1002喷施外源ABA后脱水速率变化的分子机制,发掘影响脱水速率的关键差异表达基因及代谢通路,利用Illumina HiSeq^TM2500测序仪分别对喷施ABA前后迪卡517(脱水速率较快)和郑单1002(脱水速率较慢)的穗位叶进行高通量转录组测序。原始序列经过质量控制、基因组比对、测序饱和度、基因覆盖度及冗余序列分析后进行基因功能注释。结果显示,迪卡517外源ABA处理与正常生长条件对比组检测到1 732个差异表达基因,其中1 251个为上调表达基因,481个为下调表达基因;郑单1002外源ABA处理与正常生长条件对比组检测到52个差异表达基因,其中24个为上调表达基因;迪卡517外源ABA处理与郑单1002外源ABA处理对比组检测到3 867个差异表达基因,其中1 946个为上调表达基因。不同对比组中筛选到差异表达基因GO分类情况、COG基因产物分类、KEGG代谢通路分析不同。转录因子分析共获得多个重要的转录因子家族,主要有AGC蛋白激酶家族、AP2/ERF转录因子家族、ARID转录因子、AUX/IAA转录因子家族、Alfin-like...     

水稻AP2/ERF转录因子参与逆境胁迫应答的分子机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)是植物特有的转录因子家族,广泛参与生长发育和胁迫应答等多种生物学进程。水稻是我国重要的粮食作物,但在其生长过程中受到多种逆境的影响。目前研究发现AP2/ERF转录因子在水稻逆境应答中扮演十分重要的角色。本文结合国内外研究进展,综述了水稻AP2/ERF转录因子的分类和结构,并梳理了不同亚家族的AP2/ERF转录因子响应病害、干旱、高盐和低温胁迫的功能和机制研究进展,为深入阐释水稻AP2/ERF转录因子调控逆境应答的分子网络及品种改良提供参考。     

马铃薯AP2/ERF转录因子的克隆及植物表达载体构建

AP2/ERF基因家族转录因子普遍存在于植物中,参与植物体内的各种生物学过程,包括植物的生长发育、生物和非生物胁迫响应等。前期转录组测序的结果发现马铃薯‘加湘1号’一个AP2/ERF家族基因(PGSC0003DMG400012154)在接种晚疫病菌(Phytophthora infestans)24 h后被显著激活。从接种P.infestans 24 h的‘加湘1号’的总RNA中通过RT-PCR获得了该基因CDS序列为885 bp,BLAST分析显示该基因编码一个295个氨基酸残基的蛋白,并且含有1个AP2/ERF结构域,是AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚家族的一员。本研究将该基因与XcmⅠ酶切的表达载体pCXSN连接,转化大肠杆菌,通过测序挑选插入正确克隆酶切验证,并成功转化农杆菌。本研究结果为进一步研究该基因的功能提供了帮助。     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

15个马铃薯AP2/ERF转录因子的生物信息学与表达分析

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中的一大类转录因子,其参与非生物胁迫反应、激素应答、植物生长、花发育、种子发育、损伤响应、病菌防御、耐高盐等多种生物学过程,为了初步阐明该转录因子在马铃薯胁迫响应中的功能,本研究对15个马铃薯StERF基因进行了生物信息学和表达分析。结果表明,15个马铃薯StERFs转录因子除St ERF3、StERF10、St ERF12、StERF120仅具有WLG结构域外,其余11个均具有YRG和WLG结构域,在进化上可分为3个亚家族(AP2, ERF和RAV)。对15个StERFs基因上游2 000 bp启动子区的顺式作用元件分析发现,其包含ABRE、CGTCA-motif、TGACG-motif和TCAelement等响应元件。RT-qPCR分析结果表明马铃薯StERFs基因在聚乙二醇(PEG-6000)、乙烯、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和甘露醇等处理下表达模式不同,StERF79、StERF72在5种处理下均上调表达,StERF156,StERF5在水杨酸和甘露醇胁迫处理下均上调表达...     

喜树转录因子CaERF1的克隆与生物信息学分析

AP2/ERF (APETALA2/ethylene response factor)家族转录因子在调控植物生长以及次生代谢积累等方面具有重要功能。本研究从喜树叶片中克隆AP2/ERF家族转录因子,并利用生物信息学分析该转录因子序列与结构。结果表明,从喜树叶片中成功克隆了597 bp大小的转录因子,并命名为CaERF1,成功构建重组质粒pGMT-CaERF1;CaERF1蛋白由199个氨基酸组成,与拟南芥中ORA47具有较高同源性,且属于不稳定的亲水性蛋白质;二级结构以无规则卷曲占比最高,为68.84%,并在15～80氨基酸区域存在一个AP2结构功能域。该转录因子的克隆以及结构分析为进一步研究CaERF1的功能奠定基础,同时为研究AP2/ERF类转录因子调控喜树碱等次生代谢产物合成提供数据支持。     

花椰菜转录因子ERF056的克隆、分子特征及盐胁迫表达谱分析

AP2/ERF转录因子在植物中广泛存在,其在植物生长发育及逆境应答过程中均发挥重要作用。但目前对花椰菜中AP2/ERF转录因子及其功能知之甚少。本研究利用前期花椰菜转录组数据,采用RT-PCR等方法从花椰菜中分离并克隆得到一个AP2/ERF转录因子:ERF056。基因序列及分子特征分析结果表明,花椰菜ERF056全长741 bp,编码246个氨基酸,具有一个AP2/ERF结构域,其编码产物为疏水性蛋白,无跨膜结构,内部以无规则卷曲和α-螺旋为主。聚类分析结果显示,花椰菜ERF056与油菜和甘蓝中相应转录因子具有较高相似性。转录表达谱分析结果显示,ERF056在花椰菜不同组织中均有表达,其中花球中表达量最高。盐胁迫表达特征分析表明,花椰菜ERF056在盐胁迫条件下呈下调表达,暗示其负向响应盐胁迫。相关研究为深入揭示花椰菜ERF056在盐胁迫应答中的功能及调控机制提供了帮助。     

棉花ERF-B3亚组转录因子基因GhERF5-3的克隆及表达

植物在受到病原菌侵染时,ERF转录因子被诱导调控抗病相关基因的表达。为了研究棉花AP2/ERF-B3类转录因子在棉花抗病调控中的作用,用电子克隆及RT-PCR技术,从陆地棉抗枯萎品种‘中棉所12’根部c DNA克隆得到一个新的ERF转录因子Gh ERF5-3(登录号:MF197875)。利用q RT-PCR检测枯萎病及不同激素处理后该基因的表达。结果表明:其c DNA全长为672 bp,编码223个氨基酸,分子量24.95 k D,等电点为9.04,含有一个典型的保守AP2结构域,通过进化树分析属于B3亚组。枯萎病菌侵染后,随着侵染时间的延长,Gh ERF5-3基因呈现出先增后降的趋势,在24 h时间点,其相对表达量达到峰值;ET和Me JA处理后,Gh ERF5-3基因呈上调表达。SA处理后为下调表达。推断Gh ERF5-3基因响应枯萎病菌。     

芒果ERF基因家族鉴定及外源乙烯诱导下MiERF-AP2的基因表达分析

ERF基因家族在乙烯信号转导和内源乙烯合成的过程中扮演着重要角色。为探究ERF在外源乙烯处理过程中的响应及表达调控机制,本实验对芒果转录组序列进行测序分析,从获得的Unigenes中筛选出31个具有AP2保守结构域的ERF基因家族成员,并对这些基因进行了序列分析,预测了这些基因所含有的motif结构。结果表明,这些基因都属于亲水蛋白,但在其他理化性质方面存在着较大差别;在多序列比对后,发现该家族成员都含有YRG元件和RAYD元件。6个芒果ERF家族基因的表达情况显示,MiERF-AP2-5、MiERF-AP2-6、MiERF-AP2-17、MiERF-AP2-20及MiERF-AP2-29在外源乙烯处理后的表达量均有所上升,预示着这5个基因在外源乙烯处理条件下可能对其代谢起到正向调控的作用,而MiERF-AP2-9在处理后却出现下降趋势,预示着该基因或许是起负向调控作用或是扮演着转录抑制因子的角色。     

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB21...     

病原诱导的中间偃麦草ERF转录因子基因的克隆及其表达特性

应用RT-PCR、RACE技术，从病原诱导的中间偃麦草叶片cDNA中，分离出1个编码ERF基因的全长cDNA序列，该基因暂命名为TiERF1a，编码由292个氨基酸组成的蛋白质，具有ERF转录因子典型的结构，即保守的AP2/ERF DNA 结合域、核定位位点和酸性激活区。TiERF1a的氨基酸序列与一个水稻ERF蛋白OsBIERF3具有66%的同源性，与拟南芥AtERF1同源性仅39.7%，为植物ERF转录因子家族B3亚群的一个新成员。表达分析结果表明，纹枯病菌、赤霉病菌侵染可诱导TiERF1a基因的上调表达，与防卫相关的激素乙烯、茉莉酸也可诱导该基因上调表达，且TiERF1a对外源乙烯、茉莉酸的响应时期早于对纹枯病菌、赤霉病菌响应时期，说明TiERF1a可能通过乙烯、茉莉酸信号途径参与寄主调控对纹枯病菌、赤霉病菌的防御反应。     

木薯转录因子MeERF117的克隆及表达分析

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)类转录因子是植物应答多种逆境胁迫机制中的关键组分,研究木薯AP2/ERF家族成员将有助于解析该家族在木薯抗逆胁迫中的功能。基于已有木薯基因组序列信息,以木薯块根cDNA为模板,克隆得到一段长度为927 bp的cDNA,命名为MeERF117,该基因编码308个氨基酸。MeERF117蛋白分子量为35.08 kD,且该蛋白仅含一个AP2/ERF结构域,属于ERF转录因子家族。在进化关系上,Me ERF117蛋白与巴西橡胶树的ERF蛋白最相近。亚细胞定位观察到MeERF117蛋白分布于细胞质和核中。实时荧光定量PCR (Real-time quantitative PCR)方法检测MeERF117基因在木薯块根采后生理性变质(Post-harvest physiological deterioration, PPD)过程中的相对表达量,发现PPD的发生可提高MeERF117因子的表达水平,在PPD后期(48 h)时MeERF117的相对表达量是未发生PPD (0 h)时的2倍,表明木薯块根PPD的发生...     

非生物胁迫下白桦ERF基因的表达及生物信息学分析

本研究对3个白桦AP2/ERF家族基因进行了生物信息学分析,并研究了盐和干旱胁迫下白桦ERF基因的表达模式。结果表明,bERF1和bERF2蛋白定位在细胞核内,而bERF3蛋白则定位在叶绿体上;三个基因都含有磷酸化位点;bERF1、bERF2和bERF3基因都属于ERF家族的ERF亚家族,bERF1和bERF2属于B-1组,与拟南芥的AT1G28360.1同源性最高,B-1组的拟南芥ERF基因都属于转录抑制子,说明bERF1和bERF2基因可能具有转录抑制作用;bERF3属于B-5组,与拟南芥的AT4G11140.1同源性最高。3个ERF基因都可以响应盐和干旱胁迫,并且在不同组织中表达量存在差异。     

矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子筛选与鉴定

ERF转录因子是植物特有的一类转录因子，属于AP2/ERF转录因子家族，调控多种生物学功能，在植物响应生物与非生物胁迫过程中起到重要作用。本研究选取矮牵牛PhERF2过表达株系(I)、RNA干扰株系(4B)为实验材料，以野生型(WT)为对照，基于涝渍处理0、3 h的转录组测序技术(RNA-Seq)获得差异表达基因数据，利用生物信息学方法分析保守基序及蛋白理化性质、构建系统进化树、进行蛋白高级结构建模、磷酸化修饰位点预测和亚细胞定位分析。结果显示，共筛选出35个涝渍胁迫相关ERF转录因子，均属于AP2亚族，通过与拟南芥及水稻相关基因进行系统进化分析，发现矮牵牛与拟南芥同源性较高。生物信息学分析表明，矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子富含酸性氨基酸，热稳定性较高且均属于亲水性蛋白，蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分，蛋白质三级结构差异不明显，含有3个保守基序，大多数NAC蛋白定位于细胞核，均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。本研究为后续探究矮牵牛涝渍胁迫相关ERF基因功能提供一定基础。     

露地菊(Chrysanthemum×grandiflora)CgDREB基因克隆和生物信息学分析

DREB转录因子在植物抗逆过程中起关键性作用,它可以激活一系列抗逆功能基因的表达从而综合提高植物的抗逆性。为探究露地菊DREB基因的功能,本研究通过结合RNA-Seq和RT-PCR技术从露地菊‘纽9717’中克隆得到CgDREB基因,并对该基因及其蛋白进行生物信息学和表达模式分析。结果显示,CgDREB基因ORF全长450 bp,编码149个氨基酸,预测蛋白相对分子量16.742 kD,理论等电点9.32,为亲水性蛋白,没有跨膜结构,无信号肽。功能结构域分析表明其具有一个高度保守的AP2/ERF结构域。同源性分析其属于AP2/ERF转录因子家族DREB亚组A-5组。蛋白质二级结构中无规则卷曲占57.05%,α-螺旋占28.86%,延伸链占10.07%,β-转角占4.03%。三级结构显示其以单体蛋白结构存在。RT-qPCR分析表明,高盐、干旱、低温和ABA均能诱导CgDREB基因的表达。本研究为深入了解露地菊A-5组DREB转录因子及其抗逆调控机制提供基础,为露地菊品种改良提供理论依据。