野生稻CBF/DREB1转录因子的鉴定与生物信息学分析

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)搜索,共鉴定出71个CBF/DREB1基因序列。所有基因均无内含子,由单个外显子组成。大部分DREB1s呈弱酸性,所有DREB1s亲水性平均值<0。进化树分析进一步将其分为3个组:DREB1A/1B/1H、DREB1C/1E/1F/1G和DREB1D/1I/1J,各组成员除AP2保守结构域和侧翼序列外,其他保守基序组成差别较大。适应性进化分析粳亚种和其他水稻的直系同源基因对,发现OsDREB1A/ObDREB1A、OsDREB1D/OnDREB1D、OsDREB1I/OsIDREB1I和OsDREB1J/OsIDREB1J四对基因非同义替换/同义替换(Ka/Ks)值均>1,受到正选择压力。旁系同源基因之间启动子顺式元件种类和数量差异较大,直系同源基因的启动子顺式元件种类和数量很相似。对日本晴、93-11和东乡野生稻7 d幼苗4℃冷处理2 h的实时荧光定量PCR分析发现早期冷响应基因可分为激活型(DREB1A/1B/1C/1E/1F/1G/1H)和抑制型(DREB1D/1I/1J)。在日本晴、93-11和东乡野生稻冷激活型基因中,DREB1B/1G/1H均是冷处理后响应最快的一级冷响应因子,且启动子均含有至少一个拷贝的CAMTA转录因子结合元件CM2(CCGCGT)。OrDREB1B/1C/1E/1F/1G/1H在东乡野生稻4℃冷处理4 h后的表达量均高于栽培稻同源基因的表达量。9种稻属植物的CBF/DREB1基因亚家族的分子进化分析结果为低温抗性基因的挖掘和利用提供了前期基础。

枳DREB基因家族的鉴定及其对非生物胁迫的响应

为了解枳(Poncirus trifoliata)DREB基因家族参与非生物胁迫的调控机制,基于枳基因组数据,利用生物信息学方法对枳DREB基因家族成员(PtrDREB)进行全基因组鉴定,讨论PtrDREB各基因的物种进化关系及各基因在不同组织中的表达模式,并用qRT-PCR技术检测9个PtrDREB家族成员在非生物胁迫处理下的相对表达量。结果表明,从枳基因组中共鉴定出48个DREB成员,不均匀地分布在9条染色体上,这些DREB成员编码的蛋白质氨基酸序列长度范围为144~639 aa,相对分子量范围为15 638.35~76 776.34 u,等电点的范围为4.72~9.62,均为亲水性蛋白;34个PtrDREB亚细胞定位于细胞核中;48个PtrDREB基因分为5个亚族;DREB基因的启动子顺式作用元件含有大量光响应、植物激素、非生物胁迫及植物生长发育响应元件;DREB基因家族在不同组织中的表达具有明显差异,在根、果实、叶片、胚珠、种子和幼芽中高表达的基因数目分别为17、13、4、4、6、8个;qRT-PCR数据表明,在经过低温、高温和干旱处理后,9个PtrDREB基因中分别有8、6、1个基因上调表达,上调幅度分别为1.27~5.85、1.44~2.05、2.06倍,因此推测PtrDREB家族成员在非生物胁迫中可能发挥重要的调控作用。

辣椒DREB转录因子鉴定及其在涝害胁迫下的表达分析

基于辣椒全基因组序列,对辣椒脱水响应元件结合因子(DREB)基因家族进行鉴定、系统分析、染色体定位,并对涝害胁迫下其表达特性进行研究。在辣椒基因组中鉴定出40个CaDREB基因,分布在12条染色体上,编码108~452个氨基酸。系统进化树分析结果表明,辣椒DREB基因分为3大类。胁迫数据分析结果表明,在涝害胁迫下,CaDREB家族中的一些基因表达发生变化。

小麦DREB4蛋白的原核表达及多克隆抗体制备

DREB(dehydration responsive element binding)转录因子在小麦非生物胁迫中起着非常重要的作用,但由于目前缺乏可识别小麦内源性DREB蛋白的抗体,导致其在蛋白水平上的研究进展非常缓慢。本研究通过分析DREB4A、4B和4C三种蛋白序列,将DREB4A在大肠杆菌中进行表达,并利用纯化后的蛋白作为抗原免疫兔子,在国内外首次获得小麦DREB4的多克隆抗体。Western blot结果证明,该抗体可特异性识别小麦内源性DREB4蛋白。该抗体介导的免疫组织化学结果显示,DREB4蛋白定位于细胞核内。本研究为深入研究植物DREB信号通路提供了有力的检测工具。

沙鞭PvDREB基因克隆与表达特异性分析

基于沙鞭的三代转录组数据,该研究利用PCR技术克隆DREB基因,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR分析该基因的表达模式以及在20%PEG-6000模拟干旱胁迫处理下的表达特征,以探讨干旱胁迫下沙鞭DREB转录因子的功能和作用,为揭示PvDREB基因响应沙鞭的耐旱分子机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆获得一个沙鞭DREB基因,命名为PvDREB;PvDREB基因编码区长度831 bp、编码276个氨基酸,含有典型的AP2转录因子保守结构域;PvDREB蛋白是亲水性蛋白,不具有信号肽结构,存在跨膜结构和可能的糖基化及磷酸化位点。(2)系统进化分析显示,PvDREB基因与毛竹的DREB亲缘关系较近。(3)亚细胞定位预测表明,PvDREB蛋白定位于线粒体和细胞核中。(4)qRT-PCR显示,沙鞭根、茎和叶中PvDREB均可诱导表达但差异较大,且在茎中表达量最高,叶中次之,根中最低,具有明显的组织特异性;20%PEG-6000模拟干旱下,PvDREB基因在叶中的表达量随干旱胁迫时间增加而增加,12 h时达到最高,之后逐渐下降。研究推测,沙鞭PvDREB基因受干旱胁迫诱导表达,且该基因可能在沙鞭响应干旱胁迫的过程中起重要作用。

DREBs响应植物非生物逆境胁迫研究进展

寒冷、干旱和高盐等非生物胁迫作为常见的不利环境条件,严重影响全球植物生长和生产力。干旱应答元件结合蛋白(dehydration responsive element binding protein, DREB)是植物重要转录因子之一,其家族成员均含有一个57-70个氨基酸残基的保守AP2结构域。DREB通过与胁迫诱导基因启动子区中的脱水反应元件/C-重复(dehydration responsive element/C-repeat, DRE/CRT)顺式作用元件相互作用,调节下游各种应激基因的表达,赋予植物应激耐受性。本文从DREB家族结构特点和分类出发,结合最新研究进展,阐述其在非生物胁迫过程中的作用机制,旨在更加深入地了解DERB类转录因子在非生物胁迫响应过程中的分子调控网络,以期为未来利用基因工程手段提高植物抗逆性方面提供参考。

细叶百合DREB转录因子生物信息学及胁迫应答表达分析

DREB转录因子是AP2/ERF家族的主要成员,在植物应对非生物胁迫中发挥重要作用。目前还没有针对细叶百合DREB转录因子家族的系统分析。本研究基于细叶百合(根、茎、叶)转录组数据筛选出12个DREB转录因子,命名为LpDREB1-LpDREB12,并对其进行生物信息学及不同组织在胁迫下的表达模式分析。结果表明,细叶百合DREB蛋白多为不稳定蛋白且具有一定亲水性,α螺旋和无规则卷曲是蛋白二级结构的主要组成部分。系统进化分析显示,12个细叶百合DREB转录因子同61个拟南芥DREB转录因子聚类到一起,说明细叶百合和拟南芥DREB家族成员具有较高的保守性。表达模式分析表明,在干旱、盐、低温及脱落酸胁迫下12个细叶百合DREB基因的表达均有组织特异性。研究结果丰富了细叶百合DREB基因数据库,为挑选优质抗逆基因提供了理论依据。

花生中DREB类转录因子PNDREB1的克隆及鉴定

脱水响应元件结合因子(DREB)是一类对多个抗逆相关基因表达起调控作用的植物特有的转录因子,在植物抗逆能力综合改良方面具有重要作用。本研究通过筛选花生未成熟种子的cDNA文库,分离到一个DREB类基因——PNDREB1(FM955398)。该基因序列长度为687bp,推测编码蛋白含有229个氨基酸残基,相对分子量为24.7kD,理论等电点为5.97,与其他物种中该类转录因子序列同源性较高。利用酵母单杂交系统,对花生PNDREB1与DRE元件的特异识别和结合能力及其C-末端转录激活活性进行检测,显示,转入含有该基因及阳性对照基因的载体均可使酵母菌株正常生长,且具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,证明基因PNDREB1中的AP2结构域具有和DRE元件特异性结合的能力;同时,只有转入含有该基因C-末端片段及阳性对照基因的载体可使酵母菌株正常生长,并具有显色反应,而转入空载体的酵母菌株不能生长,说明其C-末端片段具有转录激活活性,该基因为DREB类转录因子。基因表达模式分析显示,PNDREB1为组成型表达,且被低温强烈、迅速诱导表达,并对干旱胁迫也有一定程度的响应,但对高盐和ABA处理没有响应。

甘蔗转录因子DREB2基因的克隆和生物信息学分析

本文指出DREB转录因子广泛参与生物胁迫与非生物胁迫的应答反应,对提高植株在逆境中耐受性具有重要作用。本研究以甘蔗杂交品种为材料,利用同源基因克隆技术获得一个DREB2类转录因子基因ScDREB2。序列分析表明,ScDREB2基因长度为1537 bp,含有2个外显子和1个内含子,其中包括789 bp的开放阅读框(ORF),整个ORF编码262个氨基酸。生物信息学表明,获得的DREB2类转录因子等电点为9.25,相对分子质量为26861.97,分子式为C1238H1958N360O406S10。在二级结构预测中,α螺旋占比最高为42.75%,其次为无规则卷曲、延伸链、β折叠。基因的获得为下一步了解DREB2基因表达与甘蔗抵御非生物胁迫能力之间的关系奠定了基础。

茶树品种‘安吉白茶’CsDREB-A4b基因的克隆及其对非生物胁迫的响应

采用RT-PCR方法从茶树〔Camellia sinensis(Linn.)O.Ktze.〕品种‘安吉白茶’(‘Anjibaicha’)叶片的c DNA中克隆得到1个编码DREB转录因子的基因,命名为CsDREB-A4b。序列分析结果显示,CsDREB-A4b基因包含长度为873 bp的开放阅读框,编码290个氨基酸,具有保守的AP2结构域。与拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕AP2/ERF家族转录因子进行同源进化分析,CsDREB-A4b转录因子属于DREB亚族中的A4组。多重比对结果显示:CsDREB-A4b转录因子与蓖麻(Ricinus communis Linn.)等植物的DREB类转录因子保守结构域氨基酸序列的相似性较高。CsDREB-A4b转录因子为亲水性蛋白,理论相对分子质量为31 938.5,理论等电点为p I 5.91,总平均疏水性为-0.603,碱性、酸性、芳香族和脂肪族氨基酸的比例分别为12%、12%、7%和15%。在高温(38℃)胁迫处理前期,CsDREB-A4b基因的相对表达量显著高于胁迫处理前;在低温(4℃)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈显著升高的趋势;在盐(200 mmol·L-1Na Cl)和干旱(200 g·L-1PEG)胁迫处理下,CsDREB-A4b基因的相对表达量呈先降低后显著升高的趋势。表明CsDREB-A4b基因参与‘安吉白茶’非生物胁迫的响应过程,且在不同胁迫条件下具有表达差异性。

棉花中一个新的类DREB转录因子(GhDREB2B)的克隆、序列特征及表达分析

棉花是盐碱地改良的重要作物。文章利用盐胁迫处理棉花耐盐品种‘中棉所49’,筛选棉花EST数据库并对目标EST序列进行整合与分析,利用RT-PCR的方法,克隆了一个新的棉花类DREB转录因子,命名为GhDREB2B(GenBank登录号为GQ848094)。该基因编码351个氨基酸残基,分子量约39 kD,推导的氨基酸序列与杨树、番茄、大豆、拟南芥等物种中的DREB基因家族成员之间存在一定程度的同源性,均含AP2/ERF保守结构域,推测该基因在棉花中是一个新的DREB类转录因子。利用荧光定量RT-PCR对该转录因子表达特征的分析表明:GhDREB2B在棉花苗期经盐胁迫诱导后表达量迅速升高,在0.7%的NaC l胁迫诱导下,表达量达到最高值,但该转录因子并不受ABA的诱导。推测GhDREB2B在棉花受到干旱和盐胁迫条件下发挥重要功能。

外源脱水应答转录因子DREB基因在转基因小麦中的诱导型表达与抗干旱生理效果研究(英文)

以冬小麦品种 8901、5-98、99-92和 104等品种的幼穗和幼胚为材料,用基因枪转化含逆境诱导转录因子 DREB 和bar 基因的质粒 pBAC128F(7 024 bp)。经筛选与植株再生,共获得 70 多个转基因小麦植株及其后代株系。转基因株系经PCR 分析和 RNA 点杂交检测,结果表明外源转录因子 DREB 基因已稳定整合到转基因植株及其后代株系中,并且在部分后代株系中获得了表达。叶片脯氨酸含量测定表明,有 16 个转基因株系的脯氨酸含量与非转基因对照相比,增加相当显著,其中10个株系的脯氨酸含量在1 100 μg/g以上,比对照提高了2倍多。室内抗旱模拟实验表明,转基因株系停止浇水15 d 后,叶片仍然表现绿色,而对照叶片则失绿、枯干;复水 10 d 后,转基因株系恢复活力,对照则死亡。研究表明,利用逆境诱导型启动子(rd29B)来增强外源DREB基因的表达,能显著改良小麦的抗旱性。

DREB转录因子在植物抗逆胁迫中的作用机理及应用研究进展

干旱、高盐和低温等非生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量。转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB转录因子含有一个保守的AP2/EREBP结构域,参与外界环境胁迫的应答响应,通过结合DRE(Dehydration responsive element)顺式作用元件,调控下游胁迫相关基因的转录表达,改良植物的抗性。本文在前人研究的基础上,综述了DREB转录因子的结构特征、介导的信号传递途径、对非生物胁迫的响应以及转基因的研究进展,旨在为作物的抗逆育种提供理论依据。

小麦转录因子TaDREB6基因的克隆及鉴定

为了克隆小麦干旱应答基因,构建了干旱诱导的小麦cDNA文库,并从文库中分离了一个DREB类转录因子基因TaDREB6。序列分析表明,TaDREB6具有一个837 bp的开放阅读框和242 bp的3'非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的AP2/EREBP结构域。采用该基因特异引物PCR技术对一套中国春缺体-四体材料进行扩增,将TaDREB6定位于3A染色体上,这是首次将一个小麦DREB基因定位在特定的染色体上。RT-PCR分析表明,TaDREB6基因受干旱胁迫诱导表达;亚细胞定位结果表明,TaDREB6-hGFP融合蛋白定位于细胞核中。上述结果说明,小麦TaDREB6基因编码的蛋白可能在细胞核内对干旱胁迫应答反应起调控作用。

DREB转录因子研究进展

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE/CRT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力。介绍DREB转录因子与DRE顺式作用元件的关系,DREB转录因子与DRE元件的结合特异性,DREB的结构特点和功能,DREB转录因子的表达调控,DREB转录因子的克隆及鉴定等方面的研究进展,简述DREB转录因子对调控逆境诱导基因的表达具有非常重要的作用,在提高植物综合抗逆性方面将有巨大的应用前景。同时,指出DREB转录因子在信号转导、作用机理及基因表达等方面的复杂性。

抗逆调节转录因子DREB1B基因转化多年生黑麦草的研究

以逆境诱导型启动子rd29B为驱动，分别构建了含有抗逆调节转录因子DREB1B基因的表达载体pBAC123、pBAC128，选择标记为bar基因。用高压氦气基因枪PDS1000／He分别将表达载体和p35SIH3导人多年生黑麦草（Loliumperenne）品种Topgun成熟胚的愈伤组织。经除草剂Bialaphos抗性筛选和植株再生，获得了62株转基因植株。经PCR、Dot—blotting分子检测，DREB1B基因已整合到多年生黑麦草部分转基因株系的基因组中。用5种不同浓度的除草剂涂抹黑麦草叶片，非转基因植株表现为不抗，而转基因植株最高可以抗135～200mg／L。脯氨酸含量测定表明，使用15％PEG8000处理后，转基因植株的叶片脯氨酸含量比非转基因植株提高1倍左右。经25d人工温室干旱处理，有5棵转基因植株存活；复水后，有3棵植株恢复正常生长。结果表明，利用逆境诱导型启动子（rd29B）来增强外源DREB1B基因的表达，能显著改良黑麦草的抗旱能力。

烟草DREB转录因子新基因的克隆与功能分析

采用同源克隆及cDNA末端快速扩增法(rapid amplification of cDNA ends,RACE),从烟草中克隆到1个新的烟草DREB基因,命名为NbDREB2 a.序列分析表明该基因全长1191 bp,编码330个氨基酸,具有典型的DREB转录因子保守的AP2结构域.实时RT-PCR分析表明,该基因能在烟草的根、茎、叶中表达,受低温、干旱和高盐诱导.酵母转录激活实验证明,该基因可以特异性结合DRE顺式作用元件,并能激活报告基因的表达.为了研究该基因在植物抗逆反应中的功能,利用农杆菌介导法,将该基因转化到模式生物拟南芥中,筛选到了单拷贝插入的、纯合的拟南芥株系;对获得的转基因拟南芥进行干旱及高盐处理,结果表明,与对照相比,超量表达该基因能够明显地提高拟南芥对干旱及高盐的抗性.

干旱胁迫对转BnDREB1-5烟草碳氮代谢和渗透调节物质的影响

在干旱胁迫后检测了转BnDREB1-5基因烟草碳氮代谢指标和渗透调节物质的变化。结果表明,干旱胁迫后转基因烟草碳代谢指标淀粉酶活性、转化酶活性和可溶性糖含量都明显升高,野生型烟草淀粉酶活性和可溶性糖含量稍微升高,转化酶活性反而降低;转基因烟草氮代谢指标硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量稍微下降,而野生型烟草两者都明显降低;转基因烟叶中有BADH活性,干旱胁迫后BADH活性升高,而野生型烟草中检测不到BADH活性;干旱胁迫后转基因烟叶中脯氨酸含量是野生型的1.08倍。因此,干旱胁迫后转基因烟草碳氮代谢、防御酶活性等方面明显优于野生型。

八棱海棠中转录因子基因MrDREBA6的克隆及表达分析

DREB类基因是植物中重要的一类转录因子基因,其编码的产物广泛参与生长发育和各类生理过程。根据拟南芥和水稻DREB类基因序列,设计2个兼并引物,利用RACE法从八棱海棠cDNA文库中扩增出一编码DREB类转录因子的cDNA序列,命名为MrDREBA6。从cDNA序列、推测的氨基酸序列、进化树、功能域和分子结构模型进行预测和较为全面的分析,表明MrDREBA6属于DREB类转录因子的A6亚族,蛋白质三级结构与AtRAP2.4和AtERF1相似。荧光定量PCR分析MrDREBA6在各种处理下表达水平显示,MrDREBA6受到PEG、ABA、高盐和低温的诱导表达。另外,组织表达特异性检测表明,正常生长条件下MrDREBA6基因在叶中表达较高,在根和茎中的表达量略低。

蒙古冰草MwDREB3基因的克隆及表达分析

以蒙古冰草(Agropyron mongolicum)为研究材料,利用同源序列法克隆得到1个DREB3类转录因子基因,命名为MwDREB3,采用实时荧光定量RT-PCR技术分析MwDREB3基因的表达特征,为蒙古冰草优异抗性基因的挖掘和利用提供理论依据。结果表明:该基因全长1056bp,包含1个完整的开放阅读框,长度为774bp,编码257个氨基酸,该蛋白近5'端含有1个保守的AP2结构域。系统进化树分析表明MwDREB3编码的蛋白与小麦(Triticum aestivum)的DREB、山羊草(Aegilops columnaris)DRF1的进化关系较近。该基因在干旱、高盐、ABA诱导条件下,表达量上调;在低温条件下,表达量下调。