植物逆境胁迫相关转录因子研究进展
植物应答逆境胁迫分子机制的研究进展
植物应答逆境胁迫分子机制的研究进展作者:许存宾来源:《种子科技》 2018年第9期摘要:植物在生长过程中经常遭受各种胁迫因子的影响,随着分子生物学技术的发展,植物适应逆境的机制研究也从生理水平步入分子水平。
对植物应答逆境胁迫的转录组、蛋白组和调控分子机制3个方面的研究进行了概述。
关键词:植物;应答逆境胁迫;分子机制;研究进展植物经常遭受各种逆境胁迫,对生长发育造成不利影响,甚至引起死亡。
植物的逆境胁迫通常包括非生物胁迫和生物胁迫,前者主要由一定的物理或化学条件引发,如高温、干旱、冷害、高盐、重金属、机械损伤等,后者主要由各种生物因子引发,如真菌、细菌、病毒、线虫和菟丝子等引起的病虫害[1]。
植物为了适应逆境环境,会在分子、细胞、器官、生理生化等水平上作出及时调节[2~3]。
植物对逆境胁迫的响应是一个非常复杂的生命过程,其分子机制至今尚未完全阐明。
随着全球环境的日益恶化,各种逆境胁迫对植物生长发育带来的影响也日渐严重,成为制约现代农业发展的重要因素,各国学者对植物逆境应答机制的研究也投入了越来越多的力量[4]。
早期科学家们对植物在不利环境中的形态变化和生理指标变化研究较多,随着分子生物学技术的不断发展,对植物适应逆境机制的研究从生理水平进入分子水平,使得植物在逆境胁迫条件下的代谢机理研究取得了重要进展。
植物受到逆境刺激后,通过系列信号分子对相关抗逆基因和蛋白的表达进行调节,进而改变自身形态和生理生化水平来适应逆境[5]。
此研究不仅能探索生命现象的本质,而且能更好地进行分子育种和植物次生代谢产物合成研究。
本文就植物应答逆境胁迫的转录组学、蛋白组学和分子调控机制3个方面的研究进展进行了概述。
1植物应答逆境胁迫的转录组学研究进展转录组学(transcriptomics)是一门在RNA水平上研究生物体中基因转录的情况及转录调控规律的学科,即从RNA水平研究基因表达的情况。
转录组学可定量分析生物体不同组织、不同发育阶段和不同环境条件下的基因表达变化情况。
WRKY家族基因功能的研究进展
WRKY家族基因功能的研究进展鹿宏丽⑺,3付嘉智⑺,3武鹏雨1'2'3龙国辉张锐!-2-3(1.新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室,新疆阿拉尔843300;2.塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;3.南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室,新疆阿拉尔843300)摘要:WRKY转录基因对于植物生长发育以及植物抗逆性具有重要的作用。
本文分析了WRKY转录基因的结构,综述了WRKY基因在植物细胞器构成、木质素合成、果实成熟、抗逆等方面的功能,为后期验证WRKY转录基因家族成员在植物生长发育过程的功能研究提供借鉴,同时也为WRKY基因家族功能的明晰提供思路。
关键词:WRKY转录因子;基因调控;功能研究中图分类号:S-3文献标识码:A刖言植物的生长离不开转录因子对基因的调控,WRKY 转录因子存在于高等植物各个生长发育过程中,因整个WRKY基因家族都具有保守的由WRKYCQK氨基酸残基形成的序列而得名。
WRKY基因对植物生长发育、休眠、调控木质素生物合成以及抗逆等过程起到重要调控作用[l]o随着分子技术水平的不断提升,越来越多该基因家族成员被鉴定并进行了克隆和表达。
第1个被克隆的WRKY家族的成员是甘薯中的SPF1[2]o多数植物鉴定得到的WRKY基因家族成员的数量一般在50~90左右,但如苹果、杨树WRKY基因家族成员相对较多,超过100个[3-12]o WRKY转录因子具有特殊的DNA结合域,含有1个或2个由60个氨基酸组成的WRKY保守序列,该序列N端含有由色氨酸、精氨酸等7个氨基酸残基组成的WRKY七肽,C端是具有C2 H2型或C2HC型锌指结构[13]o虽然绝大多数植物中WRKY基因家族成员该序列是绝对保守的,但近年来发现有些植物WRKY基因家族部分成员的WRKY保守序列中出现了N端保守序列氨基酸残基的缺失、替换或C端锌质结构的缺失[4]o除此之外,WRKY转录因子作为转录因子还含有核信号定位区(NLS)、转DOI:10.19754/j.nyyjs.20210615003录调控区、亮氨酸拉链以及各种氨基酸富集区等结构域[14]o以WRKY保守序列作为依据,可将植物WRKY基因家族分为3种类型。
转录组学在植物应答逆境胁迫中的研究进展
转录组学在植物应答逆境胁迫中的研究进展张纯;唐承晨;王吉永;郭龙妹;王莉莉;黎万奎【摘要】Adversity stress is one of the important factors restricting plants′ growth and development, and exploring the molecular mechanism of plants′ response to adversity stress is an important subject for a long time.With the completion of the sequencing of model plant genome, botany research has also entered the functional genomics era.As an important aspect and new field of study on functional genomics, transcriptomics benefits human beings from understanding the response mechanism of plants to environmental stresses at transcriptional level.This study introduced the application of transcriptome in a series of abiotic stress like plants′ response to drought, temperature, salt, heavy metal as well as a series of biological stress such as pathogen violations, and then evaluated the advantages and limitations of transcriptome technology in plant resistance.%逆境胁迫是制约植物正常生长发育的重要因素,探索植物应答逆境胁迫的分子机制也是人们长期探索的重要课题.随着模式植物基因组测序工作的完成,植物学的研究也进入了功能基因组时代.作为功能基因组学的一个重要方面和全新的研究领域,转录组学有助于人们从转录水平上了解植物对环境胁迫的应答机理.介绍了转录组学在植物应对干旱、温度、盐、重金属等一系列非生物胁迫和病菌侵害等生物胁迫中的应用,并对转录组学技术在研究植物抗逆性方面的优势和局限性做出评价.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P86-90)【关键词】非生物胁迫;生物胁迫;转录组;差异表达基因【作者】张纯;唐承晨;王吉永;郭龙妹;王莉莉;黎万奎【作者单位】上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203【正文语种】中文【中图分类】Q945.78植物体是一个开放体系,生长在自然环境中常常遇到一些不利于自身生长的环境因素,这些不利环境因素统称逆境。
植物逆境胁迫响应的基因组学和转录组学研究
植物逆境胁迫响应的基因组学和转录组学研究植物在自然环境中,难免会遭受到各种逆境胁迫,如干旱、高温、低温、盐碱等,这些胁迫会对植物的生长和发育产生巨大的影响。
植物面对逆境胁迫时,会通过一系列的适应和调节来应对环境的变化,其中基因组学和转录组学是非常重要的研究领域。
基因组学研究植物逆境胁迫响应的基因基因组学是一门研究基因组结构、功能以及基因的表达和调控的学科。
在研究植物逆境胁迫响应的基因时,基因组学的方法非常重要。
通过对植物基因组进行全基因组扫描,可以鉴定出与逆境胁迫有关的基因,进而进行深入的研究。
近年来,基因组学技术的飞速发展,使得基因组学在植物逆境胁迫响应研究中扮演着越来越重要的角色。
以水稻为例,2005年,国际水稻基因组计划组织了全球22个研究机构,共同完成了水稻基因组的测序和注释工作。
这一成果的取得,极大地推进了植物基因组学研究。
通过基因组学研究,人们发现,植物对逆境胁迫的响应涉及到许多基因的表达调控。
例如,在干旱胁迫下,植物会诱导启动一系列的转录因子,并通过转录因子的调控,激活一系列的胁迫响应相关基因。
同时,植物还会调节一些抗氧化酶的合成与活性,以应对受到的氧化压力。
转录组学研究植物逆境胁迫响应机制转录组学是一门研究基因转录过程的学科。
它通过高通量测序技术和生物信息学手段,分析细胞中的所有转录本,研究基因的表达及其调控机制。
转录组学的方法可以全面、系统地研究植物对逆境胁迫的响应机制。
在植物逆境胁迫响应研究中,转录组学可以帮助我们了解植物的转录调控网络。
通过对植物中大量基因转录本的研究,我们可以获得在逆境胁迫下哪些基因发生了表达变化,而这些基因的表达变化在多大程度上对植物的生长和发育产生影响。
例如,一些研究表明,在受到干旱胁迫的情况下,植物表达了一些调控水分平衡的基因。
这些基因的表达可以调节植物中水分的吸收、导向、储存和利用,从而增强植物对干旱胁迫的抵御能力。
此外,转录组学还可以帮助我们了解植物之间的基因表达调控差异。
水稻逆境相关转录因子研究进展
水稻逆境相关转录因子研究进展罗成科;肖国举;李茜【摘要】干旱、盐碱、高温和低温等逆境因子胁迫水稻的生长发育,进而影响水稻的产量和品质。
因此,研究水稻的抗逆性,尤其是揭示其抗逆分子机理具有重要的生物学意义。
近年来,水稻抗逆分子机理的研究主要集中在转录因子及其分子调控机制方面。
在水稻中,目前研究较多的转录因子类型主要有 bZIP、MYB/MYC、WRKY、AP2/EREBP 和 NAC,它们的结构通常由 DNA 结合结构域、转录活化结构域、寡聚化位点和核定位信号组成。
转录因子在水稻逆境信号转导途径中起着中心调节作用,它们将逆境信号传递和放大,通过与目的基因启动子区中顺式作用元件特异结合,调控下游多个逆境相关基因的表达,从而引起水稻对逆境应答反应,最终实现水稻获得综合抗逆性的提升。
该文简要概述了植物转录因子的调控机制、结构特点、分类与功能特性,重点论述了转录因子在水稻抗逆中的作用,指出了转录因子应用过程中转基因水稻产生的负效应问题,并提出了解决负效应问题的研究思路,同时展望了今后转录因子的研究前景,以期为挖掘和应用新的水稻转录因子基因以及阐明其抗逆调控机制提供理论依据。
%Adverse environmental factors,such as drought,salinization,high temperature and low temperature, severely threaten rice growth and development,and then damage rice yield and quality.Therefore,the research on rice resistance,especially dissecting molecular mechanism of rice,has important biological significance.In recent years,the reports on molecular mechanism of rice resistance have been mainly focused on isolating and identifying transcriptional factor genes as well as their regulatory mechanisms.For example, several main types of transcriptional factors,such as bZIP,MYB/ MYC,WRKY,AP2/EREBPand NAC families,were relatively clearly studied in rice.Each of these transcriptional factors was usually composed of a DNA-binding domain,a transcription regulation domain,a oligomerization site and a nuclear localization domain.Transcriptional factors played a pivotal role in the adversity signal transduction pathways of rice,they acted as the integrators of environmental factors to transmit and amplify adversity signal,and then regulated many of stress-related genes expression by specifically inter-acting with cis-acting elements existed in the promoter sequences of target genes,which made rice response to adver-sity stresses,eventually confers enhanced comprehensive stress resistances in rice.In this review,the regulatory mechanisms,structural characteristics,classification and functional properties of transcriptional factors are summa-rized,their regulatory roles in the stress response and tolerance of rice were discussed,the negative effects of geneti-cally modified rice in the process of transcriptional factors application were mentioned,and research approaches of sol-ving the negative effects problem were suggested,as well as the future study of transcriptional factors werediscussed.Overall,the aim of this paper was to provide the basis for identifying and applying new transcriptional fac-tor genes from rice,and clarifying their molecular mechanism in rice stress resistances.【期刊名称】《广西植物》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】14页(P942-955)【关键词】水稻;逆境胁迫;抗逆性;转录因子;基因表达【作者】罗成科;肖国举;李茜【作者单位】宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川 750021;宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川 750021;宁夏大学新技术应用研究开发中心,银川750021【正文语种】中文【中图分类】Q945.78;Q786人类社会经济的快速发展、人口膨胀和生态环境不断恶化,造成了干旱、盐碱、极端温度和病虫害等自然灾害日趋加重,使得粮食作物的生长发育、产量和品质受到不同程度的影响。
bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用
bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用目录一、内容描述 (2)1. bZIP转录因子的研究背景与意义 (3)2. bZIP转录因子在植物中的分布与分类 (4)二、bZIP转录因子的基本特性 (5)1. bZIP蛋白的结构与功能 (6)2. bZIP转录因子的稳定性与活性调节 (8)三、bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应中的作用 (9)1. bZIP转录因子对干旱胁迫的响应 (10)节水机制 (11)抗旱基因的表达调控 (12)2. bZIP转录因子对盐碱胁迫的响应 (14)盐碱适应机制 (15)盐碱抗性基因的表达调控 (16)3. bZIP转录因子对低温胁迫的响应 (17)低温适应机制 (18)低温抗性基因的表达调控 (19)4. bZIP转录因子对病虫害胁迫的响应 (20)病虫害防御机制 (21)抗病虫害基因的表达调控 (22)四、bZIP转录因子在植物生长发育中的作用 (23)1. bZIP转录因子对植物生长发育的调控 (24)生长激素的合成与信号传导 (25)光合作用与呼吸作用的调节 (27)2. bZIP转录因子对植物抗逆性的影响 (28)抗逆基因的表达与调控 (30)抗逆性的遗传与表观遗传 (31)五、bZIP转录因子的应用与展望 (33)1. bZIP转录因子在育种中的应用 (34)育种材料的创制 (35)育种性状的改良 (37)2. bZIP转录因子在基因工程中的应用 (39)抗逆基因的克隆与表达 (40)基因编辑技术的应用 (41)3. bZIP转录因子研究的未来趋势与挑战 (42)六、结论 (43)1. bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的重要作用.442. 对未来bZIP转录因子研究的展望 (46)一、内容描述本研究旨在探讨bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用。
bZIP是一种重要的RNA结合蛋白,参与了多种生物学过程,包括基因转录调控、蛋白质稳定性维持等。
植物逆境胁迫响应机制研究
植物逆境胁迫响应机制研究植物逆境胁迫是指在环境变化或者外界压力的条件下,植物受到的生理和生化破坏。
逆境胁迫包括高温胁迫、低温胁迫、盐胁迫、干旱胁迫、氧气胁迫以及重金属胁迫等。
植物逆境胁迫对植物生长发育和产量具有负面影响,因此研究植物逆境胁迫响应机制对于提高植物的抗逆能力和产量至关重要。
激素信号传导是植物逆境胁迫响应的重要机制之一、植物中的激素包括赤霉素、脱落酸、乙烯、脱氢表雄酮和茉莉酸等,它们在植物生长发育和逆境胁迫响应中起着重要的调节作用。
逆境胁迫会促使植物产生大量的激素,这些激素可以调节植物的发育和生理反应,提高植物的抗逆性能。
转录因子是植物逆境胁迫响应的关键分子。
转录因子可以结合到特定的DNA序列上,调控基因的表达和转录。
植物在逆境胁迫下会激活一系列的转录因子,这些转录因子可以调控许多与逆境胁迫相关的基因的表达。
例如,抗逆性转录因子DREB和bZIP家族可以调控逆境相关的基因表达,提高植物对逆境胁迫的抵抗性。
膜脂组分调控是植物逆境胁迫响应的另一个重要机制。
逆境胁迫会引起膜脂组分的变化,这些变化可以调节膜的流动性和透性,提高膜的稳定性。
磷脂酸和脂质过氧化产物是逆境胁迫下膜脂组分的重要成分,它们可以增强膜的稳定性和透性,从而提高植物的逆境胁迫响应。
抗氧化系统的活化也是植物逆境胁迫响应的关键环节。
逆境胁迫会导致活性氧(ROS)的积累,进而导致植物细胞的氧化损伤。
植物通过激活抗氧化系统来消除ROS,保护细胞免受氧化损伤。
抗氧化酶(如超氧化物歧化酶、过氧化物酶)和低分子量抗氧化物(如谷胱甘肽、抗坏血酸)在植物逆境胁迫响应中起着重要的作用。
与此同时,植物逆境胁迫响应还涉及到一系列其他的生理和生化反应,如蛋白质合成和降解、糖代谢和氮代谢等。
这些反应可以调节植物的能量平衡和物质代谢,从而提供足够的能量和营养物质来对抗逆境环境。
总结起来,植物逆境胁迫响应机制是一个复杂的调控网络,包括激素信号传导、转录因子调控、膜脂组分调控以及抗氧化系统的活化等。
植物非生物胁迫响应机制研究进展
植物非生物胁迫响应机制研究进展自然界中,植物由于受到生物和非生物胁迫的影响而需要应对。
其中,非生物胁迫因素如干旱、高温、低温、盐碱等常常限制着植物的生长和发育。
因此,研究植物对非生物胁迫的响应机制,对于提高植物的逆境适应能力以及农作物的产量具有重要的意义。
本文将针对近年来植物非生物胁迫响应机制方面的研究进展进行综述。
一、植物非生物胁迫响应的通路机制1、Ca2+信号通路植物在遭受非生物胁迫时,会通过影响细胞内钙离子的含量和分布,从而引发相应复杂的信号通路,从而调节一系列抗非生物胁迫的基因表达。
研究发现,在干旱、盐胁迫、高温等非生物胁迫情况下,植物细胞骤然钙离子浓度进行了极大变化,并通过招募特定的钙信号通路成分,如蛋白激酶、离子通道蛋白等,从而改变生理状态。
2、植物非生物胁迫中的ROS信号通路ROS(reactive oxygen species)是指活性氧自由基,被广泛认为是植物荷尔蒙信号通路中的第二个信号分子,其在植物抗非生物胁迫中具有重要的作用。
在植物受到高盐、干旱、寒冷、热、重金属等非生物胁迫时,它们产生的 ROS 取决于胁迫类型和植物种类而出现不同的变化。
ROS通过与Ca2+、蛋白质、花生四烯酸等分子的相互作用来激活植物不同的反应途径,从而调节植物对非生物胁迫的抵御能力。
二、植物非生物胁迫应答途径的研究进展1、植物非生物胁迫响应的转录调节机制很多植物响应非生物胁迫的途径是被转录因子控制的,尤其是各类基本区域/ZIP转录因子,在植物非生物胁迫适应的途径中扮演了重要角色。
一些抗非生物胁迫相关的AGL转录因子家族,例如DREB、MYB、NAC和WRKY等的重要性已得到广泛认可。
此外,还有转录因子调节甲基化修饰,特别是DNA甲基化,如在干旱、盐胁迫中,DME(DNA METHYLTRANSFERASE)的缺失和过度表达分别会导致植物对非生物胁迫增强和减弱。
2、植物非生物胁迫响应的其他调节机制研究表明,非生物胁迫对植物生理与代谢适应自然有影响。
基于逆境胁迫的植物转录组学研究
基于逆境胁迫的植物转录组学研究Introduction
植物在逆境环境下能够产生一系列响应以适应和维持其生长和发育。
这种逆境响应能力与植物基因调控网络的规律性地变化有关。
植物转录组学研究为揭示植物基因调控网络提供了突破口,同时也可以帮助我们了解植物如何应对逆境胁迫。
植物逆境胁迫的来源
常见的植物逆境包括高温、低温、干旱、盐碱、营养缺乏、病毒、细菌和真菌等。
这些逆境能够影响植物的生长和发育,并且通过转录因子调控的途径影响基因表达。
植物转录组学研究的方法
植物转录组学研究的方法有两种,即基于芯片技术的微阵列分析和基于高通量测序技术的RNAseq分析。
微阵列技术采用的是反向杂交技术,通过固相支持基因探针的杂交,来寻找在特定处理下有差异表达的基因。
RNAseq技术则是通过构建cDNA文库,上机测序获得RNA的高通量测序结果,并通过拼接、比对和注释等步骤寻找有差异表达的基因。
植物转录组学研究的前景
植物转录组学研究不仅可以揭示植物调控逆境应答的基础机制,还可以为植物品种改良提供理论基础。
透过转录组数据的分析,
可以鉴别出逆境应答所需基因以及相关途径,并进一步研究这些
基因的功能及其之间的作用关系。
通过调节关键逆境应答基因的
表达,可以增强植物在不利环境下的适应能力,增加产量等。
结论
逆境胁迫是植物生长发育过程中的一种普遍现象,在逆境环境下,植物逆境应答被启动,包括基因表达和蛋白质合成方面的调节。
植物转录组学研究为我们解析基因表达调控机制,进一步揭
示植物逆境应答的机理,为植物生物学和农业经济研究提供了新
的思路和方法。
植物转录因子对干旱胁迫的响应及其调控机制研究
植物转录因子对干旱胁迫的响应及其调控机制研究植物转录因子在干旱胁迫中的重要作用随着全球气候变化的不断加剧,植物面临着越来越严重的干旱胁迫。
对于植物而言,干旱胁迫会导致植物生长停滞、光合作用受阻、萎黄甚至死亡。
针对这种情况,植物必须调整自己的生理和生化机制以适应干旱环境。
近年来,许多研究表明,植物转录因子在干旱胁迫中发挥着重要的作用。
植物转录因子是控制基因表达的重要蛋白质,它们能够识别特定的DNA序列并与其结合,促进或抑制基因转录。
在干旱胁迫中,植物转录因子调节了许多干旱响应基因,从而使植物能够适应环境变化并保护自身。
植物转录因子的响应机制植物转录因子在干旱胁迫中的响应机制复杂多变,其调控模式主要包括翻译后修饰、信号通路、基因表达和互作网络等方面。
其中,翻译后修饰在干旱胁迫中的作用尤为重要。
在干旱胁迫下,植物转录因子会发生翻译后修饰,其中最为常见的是磷酸化、脱乙酰化、泛素化和SUMO化等。
这些翻译后修饰可以改变植物转录因子的活性、稳定性和位置,从而影响其调控作用。
另外,信号通路也是影响植物转录因子响应干旱胁迫的重要因素。
在植物体内,干旱胁迫会导致一系列的信号反应,这些信号可通过多种途径调控植物转录因子的表达和活性。
基因表达是植物转录因子响应干旱胁迫的另一个重要机制。
许多植物转录因子在干旱胁迫下的表达受到调节,从而使其在干旱逆境中发挥作用。
此外,植物转录因子的表达还受到许多其他因素的影响,如光照、温度等。
植物转录因子的互作网络也对其在干旱胁迫中发挥作用的影响至关重要。
植物转录因子之间可以相互调控,形成一个复杂的调控体系。
其互作网络可以通过对植物转录因子之间相互作用的研究来阐明其在干旱胁迫中的作用机制。
植物转录因子在干旱胁迫中的应用近年来,为了提高农作物的抗旱性,许多科学家利用植物转录因子对干旱胁迫的响应机制进行了深入的研究。
通过对植物转录因子的研究,科学家可以开发出更具有适应性和抗旱性的农作物品种,并探索新型的植物生长调节剂。
小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展
小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展
崔德周;王丽丽;陈祥龙;李永波;黄琛;隋新霞;楚秀生;樊庆琦
【期刊名称】《山东农业科学》
【年(卷),期】2024(56)2
【摘要】小麦是中国三大粮食作物之一,其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响。
AP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族,普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程。
ERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族。
本研究结合国内外相关研究进展,简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布,重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐、干旱、低温、重金属、病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展,最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景。
【总页数】5页(P176-180)
【作者】崔德周;王丽丽;陈祥龙;李永波;黄琛;隋新霞;楚秀生;樊庆琦
【作者单位】山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程研究中心/农业农村部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/山东省小麦技术创新中心/济南市小麦遗传改良重点实验室;山东省林草种质资源中心;山东鲁研农业良种有限公司【正文语种】中文
【中图分类】S512.1
【相关文献】
1.ERF转录因子在植物抗逆境胁迫的研究进展
2.一个小麦AP2/ERF转录因子家族单独亚族基因的克隆及分析
3.棉花中ERF亚族转录因子抗逆育种潜力的研究进展
4.番茄2个ERF-B1亚族转录因子基因的克隆及其对生物和非生物胁迫响应
5.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
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植物逆境胁迫响应的相关基因和调控网络
植物逆境胁迫响应的相关基因和调控网络植物在生长发育和环境适应过程中,往往遭受各种逆境胁迫。
如干旱、盐碱、病虫害等的引起的压力,会影响植物的正常生理代谢,促使其产生适应性反应。
适应性反应的本质就是通过改变植物的基因表达,进而调节生理代谢、细胞分化和生长发育等特异性生物学过程,从而适应内在和外在的环境压力。
在植物学领域,植物逆境胁迫响应的相关基因和调控网络研究已经成为热点领域之一。
以干旱逆境为例,各类基因在植物干旱胁迫响应中发挥了重要的作用。
这些基因主要涉及蛋白酶、激酶、磷酸化酶、核酸和小分子信号分子等作用于细胞膜、胞质和细胞核的信号转导通路。
同时,干旱胁迫还可诱导同源或异源转录因子(TFs)基因表达,这些基因调节植物响应逆境胁迫的核心网络。
干旱逆境胁迫响应相关基因DREB基因家族ABA信号通路CBL基因家族在植物干旱逆境胁迫响应相关的基因中,DREB基因家族具有非常重要的研究价值。
DREB因子是一种转录因子,其基因家族与干旱抗性相关近70个,是响应干旱胁迫的重要基因器。
DREB基因在结构上含有AP2结构域(某些DREB基因中也包括B3结构域),这种结构域在植物和动物中都是常见的DNA结合结构域。
DREB基因家族的主要功能是参与干旱或低温逆境应答,通过转录调控起到负责启动或抑制诸如多表达基因等一系列调控作用的重要作用。
而在各种植物中,DREB基因又被致密的表达是多种,并且它们的行功能是有差异的。
除了DREB基因家族,ABA(Abscisic acid),一种植物重要的信息素及生长素,并且已在早期被适用于調控植物在干旱逆境下的生理活性,并能启动广泛的逆境信号通路。
ABA在植物中主要的作用是诱导干旱逆境抗性相关的基因表达,并调节水分利用效率。
ABA通路中主要包括PP2C、SnRK2和Dreb等基因,而这些基因的相互作用,构成了一个反应严密的网络调控,为植物对干旱逆境提供了强大的适应性反应。
此外,在干旱逆境胁迫响应的调控网络中,CBL基因家族是一个备受关注的基因家族。
植物对天然环境中胁迫因子的响应机制研究
植物对天然环境中胁迫因子的响应机制研究随着环境恶化的加剧,全球范围内植物面临着日益严峻的环境胁迫。
环境胁迫是指植物生长和发育工作中由于生物(如害虫、病原体)、非生物(如干旱、盐碱、高温、低温、重金属等) 环境影响而导致的非生物性环境因素进入植物体内并影响其正常生长发育。
因此,如何利用现代分子生物学技术研究和揭示植物对环境胁迫的响应机制,以提高植物抗胁迫能力已成为当前植物学领域研究的重要课题。
植物对胁迫因子的响应机制是植物适应环境的重要策略之一。
研究表明,植物的抗逆能力主要受到其自身调节的胁迫应答反应机制的控制。
植物的腺苷酸荧光(Adenosine triphosphate fluorescence, ATP)是一个分子指示器,广泛用于研究植物对环境因素的胁迫响应。
ATP荧光荧光可以反映生物体内生物化学过程活跃度,也可以用来反映环境胁迫对植物体内生理生化代谢过程的影响。
近年来,通过立体荧光室和全自动光合作用测定系统等技术手段研究植物对环境胁迫的响应机制,发现钙离子在植物对环境因素胁迫调节中具有重要的作用。
钙离子在植物体内可与许多种物质发生反应,因此,钙离子在植物对环境因素的胁迫调节中具有非常复杂的作用机理。
钙离子参与调节植物对环境因素胁迫响应的机理主要有三个方面:①钙离子通过参与各种胁迫相关基底的磷酸化和解磷酸化过程来调节植物对胁迫因子的响应;②钙离子通过介导胁迫信号通路中的一些关键酶类(如激活谷胱甘肽还原酶、膜蛋白激酶等)来改善胁迫环境下植物的适应能力;③钙离子通过诱导基因表达来增强植物对环境因素的胁迫响应。
在调节植物对胁迫因子响应的信号转导通路中,植物激素也发挥巨大的作用。
激素可以直接控制基因表达,使植物在表观基因水平上产生适应性响应,并调节某些植物胁迫响应基因的活性,从而在植物种间形成巨大的表观基因差异。
在许多环境胁迫反应中,逆境反应通路被发现可以通过调节植物激素水平来增强植物的胁迫应对能力。
植物逆境胁迫响应调控机制及耐性育种研究最新进展
植物逆境胁迫响应调控机制及耐性育种研究最新进展植物作为生物界中最为重要的生产者之一,对环境的适应能力至关重要。
然而,面对诸如干旱、高盐、高温等逆境胁迫,植物的生长和发育常常受到严重影响。
为了增强植物对逆境的抵抗能力,研究者们长期致力于研究植物逆境胁迫响应调控机制,并通过耐性育种研究来培育耐逆性植物品种。
在最新的研究进展中,我们发现了一些关键的调控机制,并运用这些发现进行耐性育种的研究。
植物逆境胁迫响应调控机制主要包括转录水平、翻译后修饰以及信号转导路径等多个层面的调控。
在转录调控方面,植物通过调控一系列转录因子的表达来响应不同的逆境胁迫。
其中,一些关键的转录因子如DREB、MYB和WRKY家族成员在逆境应答中起到了重要的作用。
通过分析逆境胁迫下转录组数据,研究者们发现了很多与逆境应答相关的转录因子,并阐明了它们在逆境应答中的作用。
除了转录调控,翻译后修饰也在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。
研究表明,蛋白质的磷酸化、甲基化和泛素化等修饰过程对于逆境应答的调控起到了关键作用。
例如,磷酸化修饰能够改变蛋白质的活性,进而影响植物对逆境胁迫的响应。
近年来,利用质谱技术的发展,研究者们能够更全面地研究蛋白质的翻译后修饰,并揭示其在逆境胁迫响应中的作用机制。
此外,信号转导通路对于逆境应答的调控也至关重要。
植物逆境胁迫响应通常涉及多个信号转导通路的激活和抑制。
其中,植物激素如赤霉素、乙烯和脱落酸等在逆境应答中起到了关键作用。
研究者们通过研究信号转导通路中关键组分的功能和相互作用,揭示了逆境胁迫响应的信号网络,并为进一步研究和调控植物逆境响应提供了重要线索。
除了研究逆境胁迫响应调控机制,耐性育种是提高植物逆境抗性的关键途径之一。
通过选育和研发耐逆性植物品种,我们可以提高作物的生产力和耐受力。
在耐性育种研究中,基因组学、遗传学和分子生物学等领域的进展为我们提供了重要工具和方法。
通过对不同品种和种质资源的鉴定和筛选,研究者们可以发现关键的耐逆性基因,并利用分子标记辅助选择等技术来加速耐性育种进程。
植物转录因子MYB基因家族研究进展
植物转录因子MYB基因家族研究进展作者:曹翔彭贤瑞范吉标来源:《河南农业·教育版》2020年第08期摘要:转录因子是响应环境胁迫,即干旱、盐分和寒冷等植物信号传导途径的主要调节剂,MYH是植物最大转录因子家族之一,MYB转录因子亚家族特定于植物界。
综述提供了MYB基因家族在植物中的最新功能调控研究进展,以了解植物中MYH转录因子的调控机制,为植物分子育种研究提供新思路。
关键词:转录因子;MYH;基因家族;研究进展转录因子(TF)是控制所有生物基因表达的重要调节因子,在植物发育、细胞周期、细胞信号和逆境反应中发挥重要作用。
TF通过与目的基因的远端和局部順式元件结合来调控基因表达,其中与基因组特征、DNA结构和TF相互作用而行使功能。
目前有各种针对不同作物的转录因子数据库,如,植物转录因子数据库、草转录因子数据库等,已发现的主要的TF家族有WRKY、MYB、NAC和AP2/ERF,是与不同逆境相关的各种基因的重要调节因子,是提高植物对不同逆境刺激抗性的基因工程的研究热点。
根据植物的TF数据库,在水稻、大麦等许多植物中已报道了大量的转录因子。
到目前为止,新的转录因子正在继续被发现,研究的植物品种也在增多。
MYH转录因子家族是一类含有高度保守的DNA结合域,由5052个氮基酸为一个重复组成的高度保守的肽段,大多数MYB蛋白在N端含有一段氨基酸残基组成的MYB结构域,根据其蛋白重复结构域数量,可分为4R—MYB、3R-MYB、1R-MYB(MYB-related)、R2R3-MYB等4类,植物中绝大多数MYB是R2R3-MYB转录因子。
R2R3-MYB型转录因子,具有两个与DNA结合的成骨细胞相关的(MYB)结构域重复序列,是一组关键的调控因子,是响应环境胁迫的重要调节因子,控制着植物不同的发育过程和逆境耐受性。
第一个植物MYB转录因子是1987年从玉米中克隆到的ZmMYBC1,研究发现,ZmMYBC1主要参与玉米花青素的合成。
植物转录因子MYB基因家族的研究进展
植物转录因子MYB基因家族的研究进展一、本文概述植物转录因子在植物生长发育和响应环境胁迫等过程中起着至关重要的作用。
其中,MYB基因家族作为植物转录因子中最大的家族之一,其成员数量众多,功能多样,研究价值极高。
本文旨在全面综述近年来植物MYB基因家族的研究进展,从MYB基因的结构特点、分类、功能及其在植物抗逆、次生代谢、生长发育等过程中的应用进行阐述,以期为进一步深入研究MYB基因家族在植物中的功能和应用提供有益的参考。
本文将对MYB基因家族的结构特点进行概述,包括其DNA结合域的结构、保守性及其与DNA结合的机制等。
我们将对MYB基因家族进行分类,包括R2R3-MYB、3R-MYB、4R-MYB和单R-MYB等亚族,并简要介绍各亚族的特点和代表性成员。
在此基础上,我们将重点综述MYB基因在植物抗逆、次生代谢、生长发育等方面的功能和应用,包括其在响应干旱、盐碱、低温等逆境胁迫中的作用,以及在调节植物次生代谢、控制植物形态建成和生长发育过程中的作用等。
我们将对MYB基因家族的研究前景进行展望,以期为植物生物学和农业科学研究提供新的思路和方法。
二、MYB基因家族概述MYB基因家族是植物中最大且最复杂的一类转录因子家族,它们在植物的生长、发育以及应对生物和非生物胁迫等多个生物学过程中发挥着关键作用。
MYB转录因子的命名源于其特有的DNA结合域——MYB结构域,该结构域由一系列不完全重复的R(repeat)单元构成,每个R单元约包含51-53个氨基酸,通过形成螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)结构来特异性地识别并结合DNA序列。
根据MYB结构域的数量和序列特征,植物MYB基因家族通常被分为四大类:R1/2-MYB、R3-MYB、MYB-related和4R-MYB。
其中,R1/2-MYB 和R3-MYB分别含有一个和三个MYB结构域,而MYB-related类则仅包含不完整的MYB结构域。
小麦ERF_亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展
㊀山东农业科学㊀2024ꎬ56(2):176~180ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2024.02.024收稿日期:2023-03-05基金项目:国家自然科学基金项目(32001545)ꎻ山东省农业良种工程项目(2021LZGC013)ꎻ山东省农业科学院农业科技创新工程项目(CXGC2023A01)ꎻ农业农村部黄淮北片小麦种质资源精准鉴定项目作者简介:崔德周(1987 )ꎬ男ꎬ山东惠民人ꎬ博士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事小麦种质资源与遗传育种研究ꎮE-mail:dezhoucui@126.com王丽丽(1989 )ꎬ女ꎬ山东郓城人ꎬ山东大学人居环境研究中心特约研究员ꎬ主要从事植物种质资源研究ꎮE-mail:565993570@qq.com∗同为第一作者ꎮ通信作者:樊庆琦(1978 )ꎬ男ꎬ山东郓城人ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事小麦种质创新研究ꎮE-mail:fanqingqi@163.com小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展崔德周1ꎬ王丽丽2∗ꎬ陈祥龙3ꎬ李永波1ꎬ黄琛1ꎬ隋新霞1ꎬ楚秀生1ꎬ樊庆琦1(1.山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程研究中心/农业农村部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/山东省小麦技术创新中心/济南市小麦遗传改良重点实验室ꎬ山东济南㊀250100ꎻ2.山东省林草种质资源中心ꎬ山东济南㊀250102ꎻ3.山东鲁研农业良种有限公司ꎬ山东济南㊀250100)㊀㊀摘要:小麦是中国三大粮食作物之一ꎬ其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响ꎮAP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族ꎬ普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程ꎮERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎮ本研究结合国内外相关研究进展ꎬ简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布ꎬ重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐㊁干旱㊁低温㊁重金属㊁病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展ꎬ最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景ꎮ关键词:小麦ꎻERF亚族ꎻ转录因子ꎻ胁迫响应ꎻ研究进展中图分类号:S512.1㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2024)02-0176-05AdvancesinResearchonFunctionofWheatERFTranscriptionFactorSubfamilyinStressResponseCuiDezhou1ꎬWangLili2∗ꎬChenXianglong3ꎬLiYongbo1ꎬHuangChen1ꎬSuiXinxia1ꎬChuXiusheng1ꎬFanQingqi1(1.CropResearchInstituteꎬShandongAcademyofAgriculturalSciences/NationalEngineeringResearchCenterofWheatandMaize/KeyLaboratoryofWheatBiologyandGeneticsandBreedinginNorthernHuang ̄HuaiRiverPlainꎬMinistryofAgricultureandRuralAffairs/ShandongTechnologyInnovationCenterofWheat/JinanKeyLaboratoryofWheatGeneticImprovementꎬJinan250100ꎬChinaꎻ2.ShandongProvincialCenterofForestandGrassGermplasmResourcesꎬJinan250102ꎬChinaꎻ3.ShandongLuyanAgriculturalCo.ꎬLtd.ꎬJinan250100ꎬChina)Abstract㊀WheatisoneofthethreemajorgraincropsinChinaꎬbutitsgrowthanddevelopmentmightbeaffectedbymultipleadversestresses.AP2/EREBPisasuperfamilyofplantspecifictranscriptionfactorswhicharewidelyinvolvedinbiologicalprocessesessuchasgrowthꎬdevelopmentandstressresponse.TheERFtranscriptionclassisasubfamilyoftheAP2/EREBPsuperfamily.Hereꎬthestructuralcharacteristicsanddis ̄tributionsofERFsubfamilytranscriptionfactorsinwheatwerebrieflyintroduced.Andtherecentresearchpro ̄gressesofthefunctionsandmechanismsofERFsubfamilytranscriptionfactorsinwheatwasemphasizedinre ̄sponsetostressessuchashighsaltꎬdroughtꎬlowtemperatureꎬheavymetalandpathogeninfection.FinallyꎬtheresearchdirectionandapplicationprospectofERFsubfamilytranscriptionfactorswereprospected.Keywords㊀WheatꎻERFsubfamilyꎻTranscriptionfactorꎻStressresponseꎻResearchprogress㊀㊀小麦(TriticumaestivumL.)是世界上最重要的粮食作物之一ꎬ是全球三分之一以上人口的主食ꎮ中国是世界上最大的小麦生产国和消费国ꎬ小麦的高产稳产对保障国家粮食安全至关重要ꎮ小麦生长发育周期长ꎬ期间干旱㊁盐碱㊁低温㊁高温㊁重金属㊁病虫害等生物㊁非生物胁迫都会不同程度地威胁小麦的高产稳产ꎮ近年来ꎬ得益于小麦基因组学的飞速发展ꎬ小麦响应逆境胁迫的分子调控网络被逐步阐明ꎬ转录因子在功能基因表达调控中的关键作用进一步凸显[1-4]ꎮ根据DNA结合域的特性ꎬ转录因子可分成若干家族ꎬ包括MYB㊁WRKY㊁bZIP㊁NAC㊁AP2/EREBP等[5-7]ꎮAP2/EREBP转录因子是植物特有的一类转录因子ꎬ广泛参与小麦逆境胁迫应答[8-10]ꎮERF转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎬ最早从烟草中分离得到[11]ꎮ本研究综述小麦ERF亚族转录因子在逆境胁迫应答中的作用及可能机制ꎬ以期为深入研究小麦ERF亚族的分子功能及其抗逆遗传改良提供参考ꎮ1㊀ERF亚族转录因子的特征AP2/EREBP是一个庞大的基因家族ꎬ因含有60~70个氨基酸组成的AP2/EREBP结构域而得名[12]ꎮ在拟南芥中ꎬSakuma等[13]根据序列相似性和AP2/EREBP结构域的数量ꎬ将其分为5个亚族 ERF亚族㊁DREB亚族㊁RAV亚族㊁AP2亚族和其他ꎮAP2亚族含有2个AP2/EREBP结构域ꎬ主要在细胞生长发育过程中发挥调控作用[14-15]ꎻRAV亚族含有1个AP2/EREBP结构域和1个B3结构域ꎬ在乙烯㊁油菜素内酯和胁迫响应过程中发挥重要作用[14ꎬ16-17]ꎻDREB亚族和ERF亚族均属于EREBP型转录因子ꎬ都仅含1个AP2/EREBP结构域ꎬ在调控植物细胞发育及对病原菌㊁干旱㊁高盐㊁低温㊁激素等胁迫的应答反应中发挥作用[14ꎬ18-22]ꎬ但AP2/EREBP结构域的第14位和第19位氨基酸存在差异ꎬDREB亚族分别是缬氨酸和谷氨酸ꎬ而ERF亚族则分别是丙氨酸和天冬氨酸ꎮERF亚族转录因子还可与乙烯诱导顺式作用元件GCC-box结合ꎬ抵御植物逆境胁迫[23-26]ꎮ2㊀小麦ERF亚族转录因子鉴定分析目前正式命名的小麦ERF亚族转录因子基因只有8个ꎬ而从全基因组水平分析ꎬ符合ERF亚族特征的基因则有上百个之多[27-28]ꎮZhuang等[29]在全基因组水平鉴定到47个小麦ERF亚族转录因子成员ꎬ根据拟南芥和水稻同源基因分类ꎬ将其分为B1㊁B2㊁B3㊁B4和B6五个亚组ꎮ随着二代测序技术及小麦基因组学研究的飞速发展ꎬRiaz等[30]鉴定到138个ERF亚族转录因子成员ꎬ分为6个亚组ꎬ主要定位于细胞核ꎻMagar等[2]鉴定到238个成员ꎬ其中ꎬ174个基因不含内含子㊁3个基因含3个内含子ꎬ鉴定数量有了质的飞跃ꎮ李世姣等[31]利用隐马尔可夫模型文件检索中国春数据库ꎬ筛选到229条小麦ERFsꎬ通过分析A/B/D同源关系ꎬ将其归为96个ERF亚族成员ꎮ此外ꎬFaraji等[32]在硬粒小麦中鉴定到185个ERF亚族成员ꎮ3㊀小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的分子机制3.1㊀非生物胁迫越来越多的研究表明ꎬ大部分小麦ERF亚族成员在对高盐㊁干旱㊁低温㊁重金属等非生物胁迫抗性调控中发挥重要作用(表1)ꎮ位于小麦7A染色体上的TaERF1ꎬ通过结合GCC-box和DRE/CRT元件㊁激活启动子区含GGCC-box的PR蛋白(pathogenesisrelatedpro ̄teinꎬ病程相关蛋白)㊁磷酸化TaMAPK1等方式ꎬ参与干旱㊁高盐㊁低温等代谢途径ꎬ过表达TaE ̄RF1可显著提高转基因拟南芥对干旱㊁高盐和低温的耐受能力[33]ꎮTaERF2基因受干旱㊁高盐㊁低温和湿害强烈诱导ꎬ过表达后可提高转基因拟南芥对干旱㊁低温等非生物胁迫的抗性[34-35]ꎮTaERF3通过特异结合GCC-boxꎬ正向调控LEA3㊁GST6等抗逆相关基因表达ꎬ过表达TaERF3可增加叶片脯氨酸㊁叶绿素含量ꎬ降低过氧化氢含量ꎬ增强小麦对高盐㊁干771㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔德周ꎬ等:小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展旱胁迫的耐受能力ꎻ而经病毒诱导基因沉默(VIGS)干扰后的小麦植株则表现为盐和干旱敏感[36]ꎮTaERF4是一个具有EAR基序的转录抑制因子ꎬ过表达TaERF4抑制AtNHX1㊁AtNHX2等钠离子转运相关基因的表达ꎬ通过非ABA依赖的信号通路降低拟南芥耐盐性[37]ꎮTaERF5受高盐㊁渗透胁迫㊁乙烯㊁ABA和茉莉酸甲酯诱导表达ꎬ遗传学证据显示ꎬTaERF5-B过表达增强了转基因水稻的耐盐性[38]ꎮ叶片TaERF7表达受温度和日照调控ꎬ进而影响小麦百农不育系育性[27]ꎮTaE ̄RF8-2D的表达受高盐胁迫诱导持续上调ꎬ其分子机制有待进一步研究[39]ꎮZhu等[40]研究发现ꎬTaPIEP1/TaPIE1通过激活乙烯合成基因ꎬ增强小麦对冷害胁迫的抗性ꎮTaERFL1a受低温㊁高盐㊁干旱㊁ABA等胁迫诱导表达ꎬVIGS干扰该基因降低小麦对干旱胁迫的抗性[41]ꎮDu等[42]研究表明ꎬTaERF87通过与Ta ̄AKS1互作ꎬ协同增强TaP5CS1和TaP5CR1的表达ꎬ提高脯氨酸的生物合成ꎬ进而增强小麦抗旱性ꎮ此外ꎬ在硬粒小麦(TriticumturgidumL.sub ̄sp.durum)中ꎬTdERF1响应高盐和干旱胁迫[43-44]ꎬTdSHN1受高盐㊁干旱㊁低温㊁ABA和重金属胁迫强烈诱导表达ꎬ过表达TdSHN1可显著提高酵母对非生物胁迫的耐受性[45-46]ꎮ㊀㊀表1㊀参与非生物胁迫的小麦ERF亚族转录因子基因结合元件分子功能参考文献TaERF1GCC-box/DRE/CRT提高拟南芥对干旱㊁高盐和低温的耐受能力[33]TaERF2GCC-box/ERE提高拟南芥对干旱㊁低温的耐受能力ꎬ响应小麦湿害胁迫[34-35]TaERF3GCC-box提高小麦对高盐㊁干旱胁迫的耐受能力[36]TaERF4 降低拟南芥对高盐胁迫的耐受能力[37]TaERF5 提高水稻对高盐胁迫的耐受能力[38]TaERF6 与TdERF1高度同源[47]TaERF7GCC-box/DRE/CRT控制百农不育系小麦育性[27]TaERF8-2D 高盐胁迫下持续上调表达[39]TaPIEP1/TaPIE1GCC-box提高小麦对冷害胁迫的耐受能力[40]TaERFL1a 提高小麦对干旱胁迫的耐受能力[41]TaERF87GCC-box/E-box提高小麦对干旱胁迫的耐受能力[42]TdERF1GCC-box/DRE响应高盐和干旱胁迫[43-44]TdSHN1GCC-box/DRE提高酵母对高盐㊁干旱㊁重金属胁迫的耐受能力[45-46]3.2㊀生物胁迫小麦生育期遭遇的生物胁迫主要包括病原菌侵染和植食性害虫啃食ꎬ而小麦响应生物胁迫的转录因子研究主要集中在前者ꎮ研究表明ꎬERF亚族转录因子可以提高小麦对病原菌的抗性(表2)ꎮTaERF1的表达受白粉病菌侵入的诱导ꎬ过表达TaERF1可提高转基因拟南芥对真菌㊁细菌病害的抗性[33]ꎮ病原菌侵染下ꎬTaERF3可激活防御基因表达ꎬ其中ꎬ在白粉病菌侵染早期主要通过水杨酸途径ꎬ而在镰刀菌㊁纹枯病菌侵染晚期主要通过乙烯/茉莉酸途径[48]ꎮ过表达TaPIEP1/TaPIE1可大量激活下游防卫基因的表达ꎬ进而提高小麦对纹枯病㊁根腐病的抗性[40ꎬ49]ꎮChen等[50]从中间偃麦草中分离了一个新的ERF基因TiERF1ꎬ该基因主要通过依赖乙烯的信号转导途径激活病程蛋白相关基因的表达ꎬ提高转基因小麦对纹枯病的抗性ꎮ㊀㊀表2㊀参与生物胁迫的小麦ERF亚族转录因子基因结合元件分子功能参考文献TaERF1GCC-box/DRE/CRT提高拟南芥对真菌㊁细菌病害的抗性[33]TaERF3GCC-box参与对小麦白粉病菌㊁镰刀菌㊁纹枯病菌的防卫[48]TaPIEP1/TaPIE1GCC-box提高小麦对纹枯病㊁根腐病的抗性[40ꎬ49]TiERF1GCC-box提高小麦对纹枯病的抗性[50]871山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀4㊀展望近年来ꎬ极端天气频发ꎬ低温㊁干旱㊁高盐等非生物胁迫及病原菌侵染等生物胁迫严重制约小麦的安全生产ꎬ给粮食安全带来了严峻挑战ꎮ作为AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎬERF类转录因子连接上游信号和下游功能基因ꎬ在小麦抵御逆境胁迫中具有关键作用ꎮ基因组学分析表明ꎬ小麦ERF亚族基因有200余个ꎬ但目前只克隆鉴定了部分基因ꎬ并且已经投入育种应用的转基因材料也鲜有报道ꎬ后续仍需进一步深入挖掘具有重要抗逆功能的ERF亚族基因ꎮ此外ꎬ目前的研究多集中在转录因子基因的克隆及转录调节功能的鉴定分析上ꎬERF亚族转录因子自我调节的模式及其同其他转录因子间的相互作用关系尚未完全了解ꎮ相信随着基因组学㊁分子生物学技术的发展ꎬ对小麦ERF亚族转录因子的抗逆网络解析会更加深入ꎬ从而为小麦抗逆遗传改良提供更坚实的理论依据和更强有力的基因工具ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀GahlautVꎬJaiswalVꎬKumarAꎬetal.Transcriptionfactorsinvolvedindroughttoleranceandtheirpossibleroleindevelo 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MYB转录因子在水稻抗逆基因工程中的研究进展
MYB转录因子在水稻抗逆基因工程中的研究进展董勤勇张圆圆魏景芳朱昀摘要:干旱、寒冷、高盐以及病虫害胁迫是造成水稻减产的重要因素。
近年来,植物特异性转录因子在水稻抗旱、抗寒、抗盐以及抗病虫害胁迫机制上扮演着重要角色。
MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一,其结构高度保守,常见1R-MYB/MYB-related、R2R3-MYB、3R-MYB以及4R-MYB4种结构类型。
MYB转录因子主要参与植物生长发育、生物以及非生物胁迫的应答过程。
本文就MYB转录因子的结构特征、分类以及在水稻(Oryzaativa)生物及非生物胁迫中的应答进行综述,为MYB转录因子的研究及植物抗逆新品种培育提供参考。
关键词:MYB转录因子;生物胁迫;非生物胁迫Keyword:MYBtrancriptionfactor;biotictre;abiotictre植物在田間会遭受干旱、寒冷、高盐等非生物胁迫以及包括害虫和病原体在内的生物胁迫。
植物自身具备应对复杂胁迫反应的机制与策略,转录因子(Trancriptionfactor)是逆境响应的主要调控因子,其编码基因是作物改良的最佳候选基因[1]。
转录因子是一类调节基因表达水平的重要调控蛋白,通过与靶标基因启动子区的顺式作用元件结合,激活或抑制靶标基因的转录表达[1]。
据报道在已发现的80个转录因子家族中,只有MYB、NAC、bZIP、锌指蛋白等少量转录因子在逆境胁迫响应中起到重要作用。
其中MYB转录因子是最大的植物转录因子家族之一,它在植物生长发育、激素信号转导以及植物对生物及非生物应答中起到十分重要的作用[2-5]。
目前从水稻中已鉴定出185个MYB转录因子[6],研究发现这些转录因子的功能不仅体现在调节植物生长发育上,在植物应对复杂的生物和非生物胁迫反应方面上也具有显著的作用。
这些MYB转录因子基因提高了水稻的综合抗逆能力,是实现水稻抗逆遗传改良的重要资源。
1 MYB转录因子的结构与分类MYB转录因子结构上具有1~4个重复单元构成的MYB结构域,每个重复单元由50~53个氨基酸构成[7]。
植物转录因子HD-Zip基因家族参与逆境胁迫的研究进展
植物为适应生长过程中不同类型的生物胁迫和非 生物胁迫产生系列的分子响应机制,转录因子的调控 在胁迫响应中起重要作用。HD-Zip 转录因子是植物 所特有的,在植物抵御环境胁迫中扮演重要角色。汇 总 HD-Zip 转录因子参与植物抗旱、抗盐、抗低温等 植物逆境胁迫的研究进展。
物各阶段的生长发育和环境胁迫的响应。
土 壤 盐 碱 化 是 影 响 作 物 生 长 的 一 个 突 出 问 题。 HD-Zip 转录因子在植物抗盐响应中也发挥一定作用。 玉米 HD-Zip 转录因子 Zmhdz10 受盐胁迫和 ABA 诱 导表达,Zmhdz10 转基因拟南芥植株表现出对盐胁迫 的耐受性增强,同时 ABA 信号转导相关基因表达也有 变化,表明 Zmhdz10 通过 ABA 依赖的信号途径调节 植物的耐盐性。同时水稻 HD-Zip 转录因子 Oshox22 的表达受盐胁迫和 ABA 强烈诱导[9]。番茄 HD-Zip 转 录 因 子 SlHB2 基 因 的 RNAi 沉 默 株 系 表 现 出 对 盐 胁迫的耐受性增强,多个胁迫相关基因明显上调,表 明 SlHB2 转录因子在盐胁迫信号通路中起着负调节作 用。棉花 HD-Zip 转录因子 GhHB1 基因的表达在盐和 ABA 处理下被显著诱导。与植物的抗旱性相似,许多 植物的抗盐性也是由 HD-Zip 基因与 ABA 相互感应并 通过信号转导来实现的。 3.3 HD-Zip 转录因子与植物抗低温
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罗 少,唐翠明,戴凡炜,王振江,冀宪领,吴福安,罗国庆:植物转录因子HD-Zip基因家族参与逆境胁迫的研究进展
株调节了大量与冷适应和春花开花时间相关的基因,
motif[J].Embo Journal,1991(10):1787-1791.
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NAC转 录 因子 是 近 1 0年来 新 发现 的 植物 特 有 的转 录 调控 因子 。9 7年 A d 等 首先 报道 了 NAC结构 域 , 现在 19 ia 发 矮牵 牛 NAM 基 因 、 南芥 AT 12和 CUC 拟 AF / 2基 因编 码 蛋 白的 N 端 包 含 一 段 保 守 的 氨 基 酸 序 列 。 首 字 母 命 名 为 取 NA 在 NAC 转录 因 子 中 , 主要 的结 构特 点 是各 成 员 的 C。 最 N 端 含 有高 度 保 守 的 NA 结 构域 , C NAC结 构 域 由 高度 保 守 的大约 1 0 氨基 酸 残基 组成 。 究 表明 , 5个 研 NAC转录 因子 在 植 物 生长发 育 、 官 建成 、 素调 节和 防御 抵抗 多 种 生物 器 激 和非 生物胁 迫 等方面 发 挥 重要作 用 。
2 W RlY 转 录 因 子 【
MY B类转 录 因子 家族 是指含 有 MY 结构 域 的一 类转 B 录因子 。 MYB结 构域 是一 段 5 ̄ 2个 氨基 酸的肽 段 . 含一 15 包
WRKY 蛋 白是 近 年 来 发现 的 一 类植 物 特 有 的 转 录 因 子 家族 . 因在 其 N一 含 有 由 WRKYGQK 组成 的高度 保 守 端 的氨基 酸序 列而 得 名 。 W RKY 蛋 白中 , 在 6 高 度 保 在 存 0个
守 的氨基 酸 区域 , 中所 有成 员 均含 有 WRKYGQK 绝 其 7个
聚体 所 需 。ZI b P类转 录 因子 以识 别核 心 序 列 ACG 的顺 式 T
作 用 元件 如 C ACG TG( 盒 )GACG G 、 TC( 盒 )T C 、 ACG TA
( A盒 ) : 些受 光 或 AB 等 一 A诱 导 的基 因 的启 动 子 区都 含 有 这些 元件 。 中 G盒 元 件 普遍 存 在 于受 A A、 其 B 生长 素 、 莉 茉 酸、 水杨 酸诱 导 的基 因中 , 明它 与植 物 的抗逆 性 有关 。 证
低温 、 干旱 、 盐碱 是 影响 陆生 植 物生 长 和限 制作 物产 量 提高 的主 要 的 非生 物 胁 迫 , 植 物 的伤 害 很 大 。 对 因此 , 讨 探 植 物在 不 良环 境 条件 下 的抗 逆机理 , 并采取 相应 措施 减 少逆 境对 植物 的损 害 , 于 提 高经 济作 物 的产 量 具 有重要 意 义 。 对 在 对 植 物逆 境 信 号 转 导 的研 究 中发现 , 录 因子 是 一 个 很 转 关 键 的 因素 , 胁迫 刺 激下 它们 不 断合 成 , 在 并将 信 号传 递 和 放大, 调控 下游基 因 的表达 , 而引起 植物 生理 生化 的改 变 。 从 这 些 转录 因 子根 据 与 DNA 结合 区 域 的 特 点可 以分 为 若 干 个 家族 , 中和 植物 逆境 抗 性相 关 的主 要 有 5类 。 其
类型 的转 录 因子含 有 2个 A 2E EB P / R P结构 域 , 节细 胞 的 调
生长发 育 , 拟 南芥 中 已发 现 1 在 4个 AP 2型转 录 因 子基 因 : E EB R P型 转 录 因子 仅 含 1个 AP / R P结 构域 . 节植 2 E EB 调 物对激素( 乙烯 )病 原 、 温 、 旱及 高 盐 等 的 分子 应 答 反 、 低 干 应。 RAV型转 录 因子 包括拟 南NA结合 区 AP / RE P结 构域 和 B 2E B 3结 构域 。
4 N AC 转 录 因 子
b P转 录 因子 是普 遍存 在于 动植 物 及微 生物 中 的一 类 ZI 转 录 因 子 , 含 有 一 个 可 结 合 DNA 并 形 成 二 聚 体 的结 构 都 域 。 结构 域 由 2个保 守 区域 组成 : 个 是 由 1 富 含碱 性 该 一 个
现 代农 业科 技) o 8年 第 2 2o 1期
园艺 博览
植物逆境胁迫相关转录 因子研究进展
张 梅
( 东 师范 大 学 生命 科学 学 院 , 东 济 南 2 0 1 ) 山 山 5 0 4
摘要 低温、 干旱 、 盐等环 境 胁迫 因子 严重 影响植 物 的 生长 与产 量 , 过调 控 转 录 因子 的活性 来提 高植 物的 抗逆 性 已经 成 为 当今 研 高 通 究的一 个热 点。 目前研 究较 多的 5类植 物逆 境胁 迫相 关 的转 录 因子 的结构 特 点及 功 能进行 了综 述 , 对 以供参 考 。 关键 词 植 物 ; 胁迫 ; 录 因子 ; 逆 转 抗 中图分类 号 Q9 32 4. 文 献标 识 码 A 文 章编 号 1 0 —53 f O8 2 -o 9 -o 07 792 0)1 o9 l
5 M YB 转 录 因 子
结构 域 的 N 末端 , 能与 专 一 的 DNA 序 列相互 作 用 ; 一个 另 区域 是 由亮 氨酸 拉 链 序 列 组成 , 氨 酸 拉链 形 成 一 个 两 亲 亮
性 的 螺旋 , 结 构为 b P蛋 白与 DNA结 合 之 前形 成 二 该 ZI
1 bl Z P转 录 因 子
起核 定位 作 用的碱 性氨 基酸 序 列 。 据含 DNA结 合 区 的数 根 目 , P / RE P转 录 因子 分 为 A 2 A E AL 2 和 乙 烯 应 A 2E B P (p T A ) 答 元件 结 合 蛋 白 E B RE P以及 RA 三 大 类型 。 2型 转录 V AP 因 子包 括 拟 南 芥 的 AP 、 NT, 米 的 Gls i l , 种 2A 玉 os d 等 这 y、 s