植物抗寒相关转录因子探讨

1.IP 类转录因子bZIP( Basic / Leucine-zipper protein) 为碱性亮氨酸拉链蛋白，是一类主要定位于细胞核中的转录因子，是真核生物转录因子中分布最广泛和保守的一类蛋白质。目前，在拟南芥基因组、豆科植物基因组、水稻基因组中发现大量的 bZIP 转录因子，它参与多种生物学过程，包括生长发育、种子成熟、光信号、损伤、病菌防御以及对各种环境胁迫的响应等。结构特点及分类植物 bZIP 结构域含有与特异 DNA 序列相结合的约 20 个氨基酸组成的碱性结构域，紧靠亮氨酸拉链结构域的 N 末端。参与寡聚化作用的亮氨酸拉链区代写中级职称论文与碱性区紧密相连，每隔 7 个氨基酸有一个亮氨酸拉链形成的两亲的螺旋结构，该结构参与 bZIP蛋白与 DNA 结合之前的二聚体化; 转录因子的 N末端含有酸性激活区，以二聚体形式结合 DNA，肽链 N 末端的碱性区与 DNA 直接结合。另外，有些植物的 bZIP 蛋白还共有其他一些结构域，如: 脯氨酸、谷氨酰胺和酸性氨基酸丰富的结构域。Ja-koby 等根据碱性结构域和其他保守的结构域，将拟南芥的 75 个 bZIP 类转录因子基因家族成员分为A、B、C、D、E、F、G、H、I 和 S 类 10 中级职称评定论文个亚家族，其中 A亚族成员是研究最为广泛的。抗寒功能研究植物 bZIP 类转录因子受非生物环境胁迫诱导表达。在逆境胁迫条件下，bZIP 转录因子可以与脱落酸诱导基因的启动子区域的 ABRE 结合因子ABFs ( ABA-responsive element binding factors ) 或ABRE 结合蛋白 AREBs ( ABRE-binding proteins) 结合来调节下游靶基因的表达。bZIP 还可以与 PB 元件( TGAAAA) 、GLM 元件( GTGAGTCAT) 、G-box 元件( CACGTG) 、H-box 元件( CCTACC) 、ACEs 元件( ACGT) 结合。Choi 等首次克隆到了拟南芥的 ABF/AR中级职称论文发表EB 类 bZIP 转录因子，其成员分别为:ABF1、ABF2 / AREB1、ABF3、ABF4 / AREB2，其 中，ABF1 主要参与低温应答反应，另外 3 种主要参与脱落酸、高盐、干旱、热、氧化胁迫应答反应。Liao等研电气中级职称论文究表明 GmbZIP44、GmbZIP62 和 GmbZIP78通过上调 ABI1 和 ABI2 基因的表达，参与脱落酸信号途径并起负调控作用，从而诱导下游基因的表达，如 ERF5、KIN1、COR15A 和 COR78 等，提高植物对盐和低温的抗性。水稻 bZIP 基因 OsABI5 能够在低温4 ℃下调表达，同时也能在干旱、高盐和脱落酸胁迫下诱导表达。番茄 LebZIP1 基因在冷害和黑暗下诱导表达。低温、干旱和脱落酸胁迫下，离子霉素能增加细胞质中钙离子浓度，能诱导胡萝卜根中的 bZIP 类基因 rdlip 上调表达，从而使 rdlip 转录物积累。转基因烟草在逆境条件下，过量表达ThbZIP1 可以提高 POD、SOD 的活性，增加可溶性糖和可溶性蛋白质的含量，还可以增加活性氧的消除，促进可溶性渗透剂的积累，诱导或增加可溶性蛋白质的生物合成。另外，植物在逆境条件下过量表达bZIP 可提高植物的光合能力，从而提高植物对盐、冷、干旱、热等各种胁迫抗性。3 WRKY 类转录因子第一个 WRKY 转录因子编码基因 SPF1 从甘薯中获得，随后在不同的植物基因组中克隆到WRKY 转录因子的基因，如烟草、大麦、小麦、野生马铃薯、水稻、棉花、甘蔗、甘菊等。WRKY 类转录因子的 DNA 结合域中都至少含有一个 WRKY 结构域，该结构域是一段大约 60 个氨基酸所组成的多肽序列，其中 N 端为 7 个高度保守的 WRKYGQK 氨基酸序列，由此而得名 WRKY.C 端含有一个保守的Cx4–5Cx22–23HxH 或 Cx7Cx23HxC 锌 指 结 构。WRKY 结构域所对应的编码序列中都含有一个位置高度保守的内含子，但其存在的意义还不清楚，可能预示着这类转录因子存在转录后加工的调节。

2.特点与分类目前 WRKY 转录因子的分类主要是根据结构域的个数和锌指的类型来确定的，可将其分为 3 类，含有 2 个 WRKY 结构域的为第 1 类，位于 C 端的WRKY 具有 DNA 结合活性，而 N 端不能单独结合DNA，其 锌 指 结 构 类 型 是 Cys2His2。含 有 1 个WRKY 结构域的为第 2 类，其锌指结构类型也为Cys2His2。大多数 WRKY 转录因子都含有一个WRKY 结构域，因此，WRKY 转录因子主要都属于第 2 类。还有一些 WRKY 转录因子的锌指结构与前 2 类不同，其锌指结构类型为 Cys2HisCys，归为第3 类。研究结果表明，WRKY 蛋白能与 DNA 结合区的( T) ( T) TGAC( C/T) 序列特异结合，这一区域称为 W-box，其中包含 1 个 TGAC 保守核心序列，它对于 WRKY 转录因子的结合必不可少，因此，W-box成为识别和筛选 WRKY 目标基因的必要条件。除了具备高度保守的 WRKY 结构域和锌指结构域外，部分 WRKY 蛋白还有一些其他的结构域，例如: 亮氨酸拉链 LZs( Leucine zippers) 和富含丝氨酸-苏氨酸域( Serine threonine-richregion) 、富含谷氨酞胺域( Glutamine-riehregion) 以及富含脯氨酸域( Proline-riehregion) 等结构。这些结构域的存在使得这些WRKY 蛋白可能通过蛋白质之间的相互作用形成同源二聚体或异源二聚体而调控靶基因的表达。

3.功能研究WRKYs 基因受外界环境的激发而诱导表达，属诱导型基因。研究结果表明 WRKY 蛋白参与植物对病原体的防卫反应、生长发育、衰老信号和非生物逆境胁迫( 如耐旱、耐盐及耐低温等) 多种生理生化反应，并呈现出快速、瞬时等特点。几乎70% 的WRKYs 基因调节方式都不同，大约17个 OsWRKY转录因子家族成员是寒冷诱导的，而且大部分都是早期应答响应基因。已经找到许多可能在抗寒方面有重要作用的 WRKY 转录因子，但是它们在抗寒过程中的机制却是了解很少。仇玉萍等在水稻叶片 cDNA 文库中克隆得到 13个 WRKY 相关基因，其中有10 个 WRKY 相关基因的表达受 NaCl、聚乙二醇、高温、低温等 4 种非生物逆境因子胁迫的影响。Wang 等从 小 白 菜 中 分 离 到1个 Bc-WRKY46 基因，在烟草中通过 CaMV35S 启动子组成型表达 BcWRKY 基因，提高烟草对低温、脱落酸、盐和脱水胁迫的抗性。而茄属植物中大小为 67 000的抗冻蛋白 WRKY 类基因在11月份和12月份采集的茄属植物叶中表达，表明寒冷环境能诱导其表达并可能在植物适应寒冷环境中起作用。大麦的 Hv-WRKY38 基因受冷和干旱诱导，表明其在冷害和干旱胁迫的信号转导中起调控功能。