转录组学在植物响应干旱胁迫中的研究进展

干旱胁迫是植物生长周期中极易遭受的非生物胁迫之一,了解植物如何响应干旱逆境及其调控途径,成为了一个热点问题。随着转录组技术的广泛应用,人们可以从基因层面了解在干旱胁迫下,植物体内的信号转导及其相关的网络调控机制。本文主要查阅近年来RNA-Sep技术在植物干旱胁迫方面的研究进展,介绍了植物受到干旱胁迫后,从膜上信号感受器,到细胞内信号转导,以及主要的植物激素代谢调控途径等方面的调控机制,展望了未来转录组学在植物响应干旱胁迫中的发展方向。     

水稻干旱胁迫相关转录因子研究进展

转录因子由于其在植物干旱信号传导过程中的关键调控作用,在水稻抗旱育种中发挥着特别重要的作用。综述了目前已经克隆的水稻干旱相关转录因子的调控机制、在水稻干旱胁迫中的作用和它们在水稻中表达情况。     

水稻干旱胁迫相关转录因子研究进展

转录因子由于其在植物干旱信号传导过程中的关键调控作用,在水稻抗旱育种中发挥着特别重要的作用。综述了目前已经克隆的水稻干旱相关转录因子的调控机制、在水稻干旱胁迫中的作用和它们在水稻中表达情况。     

枳NLP转录因子响应干旱胁迫并与NRE顺式作用元件互作

【目的】探讨枳氮素含量在干旱条件下的变化,以及氮代谢途径枳亚硝酸还原酶基因(NiR)和NLP转录因子的响应表达,分析确定枳NLP转录因子与NiR启动子区域硝酸盐响应顺式作用元件(nitrate-responsive cis-element,NRE)位点绑定互作。【方法】以一年生的砧木枳为试验材料,进行干旱处理直至植株叶片开始萎蔫,并设置对照。利用凯氏定氮仪检测干旱条件下枳叶片和侧根的全氮含量,并同步利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和2-ΔΔCT法分析PtNiR、PtNLP2、PtNLP4、PtNLP7及PtNLP8在枳叶片和侧根的表达情况。通过基因克隆并检索与比对分析,获取PtNiR启动子区域的硝酸盐响应顺式作用元件序列,之后利用同源克隆方法构建用于酵母单杂交的pHIS2-4×NRE和p GADT7-Rec-NLP载体,将构建的pHIS2-4×NRE和p GADT7-Rec-NLP载体质粒共同转化到酵母菌株Y187中,在氨基酸缺失培养基(SD/-Trp/-Leu,以及SD/-His/-Trp/-Leu/+120 mmol·L~(-1) 3-氨基三唑)上30℃恒温培养3—5 d,观察酵母的生长情况,以确定枳NLP转录因子(PtNLP2、PtNLP4、PtNLP7及PtNLP8)与NRE的互作关系。【结果】受干旱的影响,枳叶片全氮含量表现出先升高再下降的趋势,而侧根中全氮含量则显著下降;在对照中,枳叶片和侧根全氮含量均显著上升。RT-qPCR分析表明,PtNiR的表达水平在叶片中先上调然后再显著下调,而在侧根中则随着干旱程度的增加显著下调;PtNLP2、PtNLP4及PtNLP7在枳叶片和侧根中的表达也均呈现不同程度的先上调然后再受到抑制的规律,而PtNLP8在枳叶片和侧根中的表达则在一定程度上受到干旱抑制。通过克隆测序分析,在枳NiR启动子区域-196至-154的位置发现了疑似NRE。酵母单杂交分析表明,转化pHIS2-4×NRE-HIS3载体和p GADT7-Rec-NLP载体的Y187酵母在对照培养基(-Trp/-Leu)和含有120 mmol·L~(-1) 3-氨基三唑的三缺培养基(-His/-Trp/-Leu)上均能正常生长。【结论】枳侧根中的全氮含量受干旱的影响而显著下降,以对照为参比,枳侧根和叶片中的全氮含量均随着干旱时间的延长而相对减少。氮代谢途径的枳NiR和NLP转录因子在叶片和侧根中的表达对干旱有不同程度的响应。PtNLP2、PtNLP4、PtNLP7及PtNLP8转录因子均能与PtNiR启动子中的硝酸盐响应顺式作用元件(NRE)位点绑定互作,从而激活下游基因的表达。     

植物逆境抗性相关转录因子

转录因子在植物应答生物和非生物胁迫中起着重要作用。概述了转录因子的概念和结构,以及与植物逆境抗性相关的4类转录因子的结构特点和生物学功能。     

玉米干旱响应转录因子的研究进展

干旱严重威胁着玉米产量,是限制我国玉米生产发展的主要因素.转录因子(TF)在基因调控中起着重要作用,近年来,干旱转录因子家族功能及作用机制已成为研究热点.目前研究发现玉米转录因子家族共56种,包含MYB、WRKY、HD-ZIP和bHLH等在内的15种转录因子家族与干旱胁迫响应过程有关.本文重点阐述了玉米干旱响应转录因子...     

杨树干旱胁迫应答蛋白质组学研究进展

杨树是主要的经济树种,也是林木基因工程的重要模式植物。干旱胁迫是限制杨树生长的主要因素之一,研究杨树响应干旱胁迫的分子机制具有重要意义。近年来,随着杨树基因组测序工作的完成,高通量蛋白质组学技术在杨树干旱应答机理研究中被广泛应用。本文整合分析了已经报道的参与杨树叶片和形成层干旱胁迫应答的78种非冗余蛋白质的信息,为深入揭示杨树干旱胁迫响应的分子网络调控机制提供了新的线索。     

不同桑树品种响应干旱胁迫的比较转录组学分析

【目的】发掘响应干旱胁迫的关键抗旱基因,从转录水平上揭示桑树的抗旱分子机制,为后续开展桑树分子抗旱性育种工作提供科学依据。【方法】以干旱敏感性品种德果1号和耐旱性品种湖桑32号为研究对象,通过盆栽种植方式开展干旱胁迫及复水处理试验,采集24个桑叶样本提取总RNA后构建cDNA文库,在Illumina HiSeqTM 4000测序平台上进行高通量测序,并结合生物信息学对相关基因进行注释分析。【结果】经转录组测序,各样本的Clean reads范围为45723096~67280168条,有效碱基数（Clean bases）集中在6.86~10.09 Gb,GC含量在44.84%~46.48%（平均为45.61%）,Q30在90.36%~93.07%。差异表达基因（DEGs）筛选结果显示,6个差异分组（A2 vs A1,B2 vs B₁,A3 vsA1,B3 vs B₁,A4 vs A1,B4 vs B₁）分别筛选出3510、3399、5677、5507、5124和2734个差异表达基因;经干旱胁迫处理后,桑叶功能组基因中呈下调表达的差异表达基因明显多于呈上调表达的差异表达基因,说明桑树在生长过程中存在不同的功能基因以控制桑叶生长发育。不同抗旱性桑叶转录组测序数据中以涉及生物学过程的差异表达基因最多,且主要集中在小分子代谢过程（Small molecule metabolic process）、跨膜运输（Transmembrane transport）及碳水化合物代谢过程（Carbohydrate metabolic process）等方面;与分子功能相关的差异表达基因次之,主要涉及转移酶活性（Transferase activity）和水解酶（Hydrolase activity）等。干旱胁迫下不同抗旱性桑叶差异表达基因主要富集到59条KEGG信号通路上,可划分为代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程和生物系统五大信号通路;其中,抗旱性桑树品种通过提高能量代谢、碳水化合物代谢、增强光合作用及脂质代谢来更好地适应干旱胁迫。综合GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析,得到以下可能与干旱相关的基因: LOC21410404、LOC21404884、LOC21409623、LOC21401352、LOC21398977、LOC21388561、LOC21401447、LOC21398764、LOC21385254、LOC21384661、LOC-21410404及LOC21408971。【结论】不同桑树品种的耐旱性存在显著差异,其中抗旱性桑树品种是通过提高能量代谢、碳水化合物代谢、脂质代谢及光合作用共同应对干旱胁迫。     

植物抗寒相关转录因子研究进展

低温是影响植物生长和分布范围的一个重要的气象因子。随着全球气候变化影响,低温冻害已经成为植物生产中最重要的限制性环境因子之一。了解植物抗寒的分子机制,成为当前植物分子生物学与生理学的研究热点之一。作为重要的基因调控因子,转录因子在植物的抗寒过程中表现出至关重要的作用。目前研究的与抗寒有关的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP、WRKY、Zinc-finger等。该文综述了植物中与抗寒相关的六大类转录因子的结构、分类及抗寒功能的研究现状,并对它们之间的互作研究现状进行简单阐述,同时对抗寒相关领域的进一步研究进行了展望。     

非生物逆境信号转导的分子机制

低温、干旱、高盐作为主要的非生物环境逆境,严重影响植物的生长发育。研究植物对逆境的反应及逆境信号转导的分子机制,具有重要的理论意义和应用价值。研究表明在逆境相关基因的表达过程中,存在着ABA依赖性和ABA非依赖性调控体系。一些参与逆境信号的顺式作用元件和转录因子已被分离与鉴定。本文主要从顺式作用元件和转录因子相互作用的角度对非生物逆境信号网络作简要综述。     

bZIP转录因子与植物抗逆性研究进展

碱性亮氨酸拉链(Basic region/leucine zipper motif,bZIP)类转录因子是近年来研究较多的转录因子家族之一,参与多种生物学过程,对植物的抗病性、抗寒性、抗旱性和耐盐性等逆境均具有重要的调控作用.文章通过对植物bZIP类转录因子的分布、结构、分类及其在植物逆境胁迫中的作用等最新研究进展进行了综述,提出今后可在全基因组层面上发掘更多的bZIP转录因子,并通过定点突变、转基因等手段创造bZIP的突变体,促进对bZIP表达调控机制的认识,进而了解bZIP转录因子对抗逆相关基因的调控机理,并通过基因工程手段提高植物的抗逆性,培育多抗性植物新品种.     

南方型紫花苜蓿叶片盐胁迫应答转录因子鉴定与分析

以南方型紫花苜蓿‘Millennium’为材料,以正常培养（WT_CK2）和250 mmol·L-1 NaCl胁迫下72 h时（WT_N2）条件下的2个样品叶片进行转录组分析,鉴定紫花苜蓿叶片盐胁迫应答转录因子基因。同时随机挑选4个转录因子差异表达基因进行实时荧光定量qRT PCR验证RNA Seq结果的可靠性。紫花苜蓿叶片在250 mmol·L-1 NaCl胁迫下72 h时,检测到表达量差异达到2倍以上的基因共7 497个,其中包括隶属于46个转录家族474个转录因子在盐胁迫下的差异表达,上调242个,下调232个。bHLH,NAC,WRKY和C2H2转录家族成员基因70%以上表达上调。实时荧光定量PCR分析表明4个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。此外,还发现大量紫花苜蓿盐胁迫应答的转录因子候选基因如MsERF110,MsERF071,MsbHLH36,MsZFP,MsHSFB 3,MsMYB,MsNAC和MsWRKY等。同时,也揭示了紫花苜蓿叶片对盐胁迫响应可能是多种转录因子家族共同参与的应答过程。     

植物CBF转录因子及其在基因工程中的应用

拟南芥CBF基因家族是一个包括CBF1、CBF2、CBF3、CBF4、CBF5、CBF6的小基因家族。目前利用酵母单杂交和同源克隆的方法克隆了拟南芥CBF基因家族,从其他植物如小麦、玉米、水稻、棉花、油菜、黑麦中也克隆了CBF同源基因。CBF转录因子的典型特征是:N端有核定位信号区,C端有酸性激活区,中间有与DNA结合的AP2结构域。CBF基因受到低温、干旱及高盐等非生物胁迫因子诱导表达,除了CBF4外,其余的CBF基因都不依赖ABA。当逆境来临时,CBF转录因子能够识别含有核心序列CCGAC的CRT/DRE元件,与之特异相结合,且激活启动子含有CRT/DRE元件下游基因的表达以抵御不良环境。已有很多成功将CBF基因导入植株的报道,为植物抗逆育种提供了一条新途径。     

四季秋海棠BsMYB62的抗旱性功能研究

【目的】以前期从四季秋海棠叶片中克隆得到的R2R3型MYB转录因子BsMYB62为研究对象,分析其在干旱胁迫下的功能。【方法】对四季秋海棠MYB62蛋白进行亚细胞定位,并通过实时荧光定量PCR方法明确BsMYB62基因在四季秋海棠根、茎、叶、雄花和雌花5个组织部位中的表达情况;构建BsMYB62基因的过表达载体转化到拟南芥,观察过表达转基因株系与野生型植株在萌发期和幼苗期遭受干旱胁迫时的生长表型、种子萌发和根长情况,测定各株系在幼苗期干旱胁迫处理时的叶绿素荧光参数PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）,叶绿素、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）含量,抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性以及转基因株系中BsMYB62基因的相对表达量变化。【结果】BsMYB62定位于四季秋海棠的细胞核,其在根、茎、叶和雌雄花中均有表达,其中以根和茎中的表达水平较高。在MS培养基中,野生型拟南芥和3个BsMYB62过表达转基因株系（OE1、OE2和OE3）的发芽率和长势均无显著差异,而在200 mmol/L甘露醇（模拟干旱胁迫）培养基中,OE1、OE2和OE3在胁迫处理后前2 d的发芽率及主根长均显著高于野生型拟南芥,幼苗长势也明显优于野生型。置于培养土中干旱胁迫1 d时,OE1、OE2和OE3的BsMYB62即被显著诱导;干旱胁迫13 d时,OE1、OE2和OE3的F_v/F_m、叶绿素含量、Pro含量以及SOD、POD和CAT活性均显著高于野生型拟南芥,而MDA含量则显著低于野生型拟南芥。【结论】BsMYB62基因通过提高转基因拟南芥的光合潜能和抗氧化能力,显著增强其对干旱胁迫的抗性。     

番茄响应南方根结线虫侵染相关转录因子的初步分析

为明确番茄接种根结线虫后基因种类和表达量在转录水平的变化规律，利用RNA-seq对未接种及接种南方根结线虫2龄幼虫6、12、24和48 h的番茄进行转录组测序，探究番茄响应南方根结线虫侵染相关的关键转录因子，并采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。结果显示，接种南方根结线虫后6、12、24和48 h分别有350、390、580、1 154个基因差异表达，其中差异表达转录因子分别为11、11、19、50个。这些转录因子属于15个家族，其中数量最多的为MYB家族和bHLH家族（均为20个），其次是ERF家族19个、WRKY家族15个、bZIP家族9个。南方根结线虫侵染过程差异表达最明显的主要为ERF、WRKY、MYB和bHLH家族转录因子，其中Solyc03g005520、Solyc02g094270和Solyc09g066350显著上调，接种后48 h log₂FC分别为 9.16、6.49和6.33；Solyc02g079280、Solyc12g100140 和Solyc04g072460显著下调，接种后48 h log₂FC分别为-2.60、-1.72和-1.70。qRT-PCR验证结果显示，6个随机选取基因的表达趋势与测序结果基本一致。以上结果表明，ERF、WRKY、MYB和bHLH家族转录因子可能参与番茄与南方根结线虫互作，在番茄响应南方根结线虫侵染反应中发挥着重要的调控作用。     

MYB转录因子参与植物非生物胁迫响应与植物激素应答的研究进展

基因的时空表达受转录因子的精确调控。植物在面对不利环境因素比如高温、低温、干旱、盐碱等胁迫时其细胞生理生化会迅速地从“舒适”状态转变进入“胁迫响应”状态。这种快速响应的状态转变依赖于植物对胁迫信号的感知及传递、激素通路(脱落酸、茉莉酸等)的激发、转录因子的活化等复杂的过程;最终植物通过胁迫相关基因的表达、次生代谢转变、抗氧化物质的积累等实现胁迫条件下细胞内环境的再平衡从而获得生存。植物MYB(v-MYB avian myeloblastosis viral oncogene homolog)转录因子就是上述转变中的重要参与者。本文介绍了植物MYB转录因子的结构特征、分类,综述了近些年来MYB转录因子与非生物胁迫,以及植物激素应答过程相关的研究进展。