ApiAP2转录因子家族调控弓形虫生长发育的研究进展

弓形虫病是世界范围内危害最为严重的人兽共患寄生虫病之一。WHO数据显示,全球人群弓形虫抗体阳性率在25%—50%。孕妇感染弓形虫引起的垂直传播严重危害胎儿及婴幼儿健康,弓形虫感染也是引起免疫缺陷病人死亡的主要因素。在畜牧生产中,弓形虫病引起孕畜流产、死胎,危害严重。弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种专性细胞内原生动物寄生虫,属于顶复门原虫,生活史复杂,包括在中间宿主(人类和其他温血动物)的无性增殖和在终末宿主(猫科动物)的有性繁殖。为完成弓形虫在中间、终末宿主复杂的生命周期,其在不同发育阶段的转化及生长需要严格而精准的基因调控,因此揭示弓形虫生长发育的调控机制对治疗性药物和疫苗的研发具有重要意义。ApiAP2转录因子是一类具有AP2结构域和强大调节功能的蛋白家族,在疟原虫、弓形虫等寄生虫的生长发育中发挥核心调控作用,是阐明弓形虫不同生活史阶段发育与转化调控机制的突破口。弓形虫作为顶复门原虫研究的模式生物,有67个含AP2结构域的转录因子被注释,部分转录因子在弓形虫生命周期生长发育和转化过程中发挥核心调控功能,但尚有大部分AP2转录因子的生物学功能未知,尤其是针对有性繁殖阶段发育调控的研究较为匮乏。本文对已报道的弓形虫AP2转录因子的研究手段、生物学功能、调控的互作基因及网络进行系统梳理,旨在挖掘对弓形虫生长发育的重要节点起核心调控作用的基因或分子,在微观分子层面初步勾勒出弓形虫复杂生活史不同生长发育时期的调控机制,并对其在新型药物和疫苗研发中的作用及潜能进行展望。以期为动物弓形虫病的防控提供新的思路和切入点,阻断人弓形虫病的感染源,践行“人病兽防、关口前移”,实现“同一世界、同一健康”。

细胞全能性转录因子调控植物组培再生的分子机制研究进展

植物细胞在适宜的培养条件下展现出发育成完整新个体的潜能,这种潜能被称为植物细胞全能性。基于细胞全能性的组织培养技术,在植物无性繁殖和遗传改良领域得到了广泛应用。非生物胁迫、植物激素与转录因子协同调控植物离体再生过程。其中,在植物再生过程中起主导作用的转录因子,被称为细胞全能性转录因子。近年来,关于细胞全能性转录因子调控植物离体再生的分子机制研究已取得显著进展。众多转录因子被鉴定出来,并在提高植物遗传转化效率的研究中得到了初步应用。本文按照植物细胞全能性转录因子在植物再生中的功能进行分类梳理,综述近几年植物离体再生过程中信号转导机制,总结植物细胞全能性转录因子在提高植物遗传转化效率方面的作用,并对其应用前景进行展望,为建立有效的无性繁殖体系提供科学依据。

抗生素溶杆菌中PAS-LuxR家族转录因子正向调控吩嗪类抗菌物质myxin的生物合成

溶杆菌Lysobacter是一类具有生防潜力的革兰氏阴性细菌。氮氧化吩嗪myxin是从抗生素溶杆菌Lysobacter antibioticus OH13中分离鉴定到的一种对病原细菌、真菌、卵菌等均具有较强拮抗活性的抗菌物质。我们已对myxin的生物合成机制进行了解析,但其生物合成的调控因子还鲜有报道。本研究在myxin生物合成基因簇上游鉴定到PAS-LuxR家族调控因子编码基因LaPhzR,LaPhzR敲除突变体丧失了产生myxin等吩嗪物质的能力,也丧失了对水稻条斑病菌RS105的拮抗能力,且myxin合成基因与解毒基因LaPhzX均不能表达。这些结果表明LaPhzR正向调控myxin的生物合成,且对myxin的生物合成是必需的。当在野生型菌株中过表达LaPhzR,myxin产量可提高1.6倍,这对myxin的开发应用具有重要意义。

热激转录因子HSF调控植物非生物胁迫响应的作用机制

热激转录因子(Heat shock transcription factors,HSF)是植物抵抗热胁迫最重要的转录因子家族之一,广泛存在于真核生物。HSF拥有高度保守的DNA结合域,可参与复杂的胁迫信号转导和响应网络。HSF作为信号转导链的末端组分,介导非生物逆境胁迫下靶标基因的表达。在逆境胁迫响应中,HSF受上游蛋白激酶介导磷酸化和泛素化或通过ABA信号通路结合热激元件,调控热激蛋白等下游基因的表达,从而提高植物的抗逆性。本文综述HSF的发现、结构、分类、调控机制及其在植物响应非生物逆境胁迫(极端温度、干旱、高盐碱和重金属等)中的作用机制,并对未来研究方向加以展望,以期为农作物和牧草抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。

MYB转录因子在调控植物响应逆境胁迫中的作用

MYB作为植物中最大的多功能转录因子(transcription factors,TFs)家族之一,在基因转录水平上广泛地参与调控植物生长发育、激素信号转导及逆境胁迫应答等过程。该类转录因子N端含有典型的MYB结构域,根据MYB结构域中R重复序列的数量分为不同的亚组;而C端结构域差异较大,因此功能上具有多样性。大量研究表明,在受到外界环境信号的激活后,MYB可单独或通过和其他蛋白互作后,与下游靶基因启动子区域的顺式作用元件MYBCORE和AC-box结合,参与调控下游胁迫应答相关基因的表达,从而调节植物对逆境胁迫的耐受性。另外,MYB也通过参与脱落酸(abscisic acid,ABA)、油菜素内酯(brassinolide,BR)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和活性氧(reactive oxygen species,ROS)等信号通路的方式,对非生物胁迫以及生物胁迫做出应答反应。论文对植物MYB家族的结构与分类及其作用方式进行了归纳,重点对植物MYB参与调控响应盐、干旱、极端温度、营养亏缺、重金属以及病原菌等非生物和生物逆境胁迫的作用机制进行了综述,并对未来重点研究方向提出了展望,为今后农作物的抗逆性遗传改良和生物育种提供优异基因资源和理论支持。

茉莉JsMYB108和JsMYB305转录因子对萜烯合成酶基因TPS启动子的调控研究

【目的】探明茉莉香气合成相关转录因子JsMYB108和JsMYB305对3个萜烯合成酶基因JsTPS启动子的调控机制。【方法】以茉莉叶片DNA为模板,采用染色体步移法克隆3个JsTPS基因的启动子片段,预测启动子序列顺式作用元件,并在此基础上将3个JsTPS基因启动子片段分别构建到报告载体pGWB433,单独转化烟草叶片或与pK7FWG2.0-JsMYB108、pK7FWG2.0-JsMYB305效应载体共同转化烟草叶片以检测JsMYB108和JsMYB305对3个TPS基因启动子的激活作用;同时,通过酵母单杂交实验进一步检验JsMYB108和JsMYB305与3个TPS基因启动子的结合作用。【结果】克隆了3个JsTPS基因启动子片段,长度分别为1357、1849、1005 bp。这些序列中均含MYB识别位点,不同启动子序列包含不同顺式作用元件,如光反应元件、损伤响应元件、脱落酸诱导顺式作用元件等;叶片GUS染色和GUS活性检测结果显示3个JsTPS基因启动子片段均具有启动活性且JsMYB108和JsMYB305能不同程度地激活3个TPS基因启动子活性。JsMYB108使JsTPS1、JsTPS3、JsTPS4启动子活性增强至对照的1.96倍、6.47倍和4.15倍;JsMYB305使JsTPS1、JsTPS3、JsTPS4启动子活性增强至对照的1.57倍、15.18倍和3.12倍;酵母单杂交结果显示JsMYB108和JsMYB305能与JsTPS1、JsTPS3和JsTPS4启动子结合。【结论】JsMYB108和JsMYB305可以不同程度激活JsTPS基因启动子活性,推测这2个转录因子在茉莉花萜烯香气合成和代谢过程具有一定作用。

基于GEO数据库和转录因子调控网络的结核病药物作用靶点筛选及其作用机制

目的基于GEO数据库和转录因子调控网络筛选抗结核病药物及药物作用靶点。方法通过NCBI的GEO数据库,筛选结核病患者和健康者之间差异表达的基因;通过AnimalTFDB 3.0数据库预测差异表达基因中的转录因子,并构建转录因子调控网络;通过调控网络中的关键基因筛选相关miRNA,并筛选关键节点,初步阐明结核病致病的分子机制。结果通过GEO数据库检索,筛选出的差异表达基因为784个;通过AnimalTFDB 3.0数据库筛选出23个转录因子和对应的790个靶基因,构建了转录因子-靶基因的调控网络;通过TargetScanHuman 7.2查询到关键节点对应的miRNA,构建“转录因子-靶基因-miRNA”调控网络,筛选出4个结核病药物靶点(EP300,CREBBP,ELAVL1,HSP90AA1),阐明了其与转录因子和miRNA之间的调控机制。结论通过构建结核“转录因子-靶基因-miRNA”网络,筛选出结核病新的潜在药物作用靶点——EP300、CREBBP、ELAVL1、HSP90AA1;同时发现,EP300、CREBBP、HSP90AA1通过激活转录因子STAT2,导致机体内炎症因子TNF-α水平增高,进而抑制了miR-9-5p的表达;而基因ELAVL1直接抑制miR-9-5p的表达,并且与NOD-like receptor signaling pathay通路密切相关,导致结核病的发生发展。

基于茉莉酸甲酯诱导金铁锁ptMYC2转录因子调控的初步探究

目的研究外源激素茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后金铁锁转录因子ptMYC2-1及其靶基因法尼基焦磷酸合酶(FPS)、鲨烯环氧酶(SE),β-香树素合酶(β-AS)等基因表达量之间的联系,揭示金铁锁三萜皂苷代谢途径中转录因子的调控机制。方法培育遗传背景单一的组培苗,喷施茉莉酸甲酯(100μmol/L)进行诱导实验,分别在0,3,6,12,24 h采集新鲜材料,以β-Actin为内参基因,运用实时荧光定量PCR对转录因子ptMYC2-1及次生代谢途径上的靶基因FPS、SE-1、SE-2、β-AS的表达水平进行检测,并通过R语言和Prism5分析基因表达量的P值和R值。结果喷施MeJA后,转录因子和其靶基因与未进行茉莉酸甲酯处理时相比均有显著性变化。转录因子与靶基因的相关性分析显示pt MYC2-1的表达量与靶基因FPS、SE-1、SE-2、β-AS的表达量均有显著的正相关性。结论实验初步探究了金铁锁转录因子及其靶基因对MeJA诱导的响应模式,为后期研究金铁锁转录因子对靶基因的调控机制奠定了基础。实验材料可能存在基因差异,因此本实验的实验数据不能直接证明转录因子与靶基因的调控关系,还需进一步设计实验进行研究。

转录因子调控植物挥发性有机物生物合成的研究进展

【目的】为进一步研究和利用植物中挥发性有机物提供参考。【方法】通过查阅文献,系统总结了近年来转录因子调控挥发性有机物生物合成的研究进展。【结果】挥发性有机物是植物特征性香味的主要成分,其广泛存在于植物中,种类丰富,结构复杂。MYB、NAC、AP2/ERF、bHLH、bZIP和NAC等6类转录因子可通过调控挥发性有机物生物合成途径中的关键基因表达,进而调控挥发性有机物的积累。【结论】概述了植物中挥发物有机物的种类及结构特点、挥发物有机物合成途径中的重要基因、6类转录因子调控挥发物生物合成的分子机制等方面的研究进展,并为进一步开展挥发性有机物相关研究做了展望。

种子休眠与萌发的关键调控因子DOG1的研究进展

DOG1(Delay of germination 1)蛋白是种子休眠的一种主要调控因子,可与ABA协同作用来延迟种子萌发。核心脱落酸(ABA)信号转导途径和DOG1途径在蛋白磷酸酶2C(PP2C)中汇聚。DOG1调控种子休眠需要PP2C,并通过与ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合来增强ABA的信号转导。DOG1抑制AHG1的作用来增加ABA的敏感性和诱导种子休眠。近年来,DOG1对种子休眠与萌发的调控研究取得了显著进展。本文对该领域的研究成果进行了综述,主要包括:DOG1对种子成熟、休眠与萌发的作用,DOG1表达的转录调控机制以及DOG1对种子休眠与萌发的调控及作用机制,最后提出了在本领域需要进一步研究的科学问题。

MYB转录因子在水稻胁迫响应中的研究进展

水稻是重要的粮食作物之一,不利环境条件及病虫害等严重影响水稻产量和品质。MYB家族转录因子是植物中最大转录因子家族之一,参与植物多种生长发育途径调控,对植物响应生物和非生物胁迫发挥重要作用。文章总结近年来MYB家族转录因子在水稻生物和非生物胁迫响应中的功能及调控机制,为水稻抗逆育种提供参考。

基于转录因子的生物传感器研究进展

转录因子的生物传感器(transcription-factor-based biosensors,TFBBs)作为一种重要的合成生物学工具,在高通量筛选、适应性进化、动态调控等方面具有重要作用。然而,天然的TFBBs由于灵敏度低、专一性差、响应慢等无法满足当前的应用需求。为应对上述挑战,该文简述了TFBBs的分类及其原理,重点介绍了TFBBs的性能调节策略,包括利用定向进化、蛋白质工程等策略优化生物传感器的灵敏度、特异性、检测范围和动态范围;总结了TFBBs在高通量筛选、适应性进化及动态调控方面的应用,讨论了TFBBs在实际应用中可能面临的机遇和挑战,并对其发展趋势进行了展望,指出了合成生物学的高速发展将促进生物传感器应用于更广泛的领域。

微藻油脂合成的转录调控研究进展

生物燃料是传统化石燃料的理想替代品,微藻是生产生物燃料的优良原料,通过对微藻油脂合成和调控的了解,能够有效提高微藻生产生物柴油的效率。转录因子是一种具有特殊功能结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子,在复杂的油脂合成代谢过程中,转录因子能对代谢过程中多个酶系进行集体调控,从而促进藻细胞中油脂积累。从微藻油脂的合成途径出发,简要介绍了合成途径中的关键酶,重点综述了bZIP、MYB、Dof、bHLH转录因子对于微藻油脂合成的调控影响。微藻油脂合成涉及多个亚细胞单位的多条途径,是一个十分复杂的代谢网络过程,通过基因工程手段改变合成途径中相关酶的表达可以增加微藻中油脂积累。

水稻SPL家族转录因子的生物学功能研究进展

SPL(SQUAMOSAPROMOTER-BINDINGPROTEIN-LIKE)家族蛋白是植物特有的一类多功能转录因子。水稻中有19个OsSPL基因,所编码蛋白均含有一个高度保守的SBP结构域,该结构域负责与下游靶基因的核心基序GTAC结合,调控靶基因表达。OsSPL的表达会受到OsmiR156/529/535和多种因子调控。研究表明OsSPL在水稻根系发育、叶舌叶耳发育、株型和穗型形成、籽粒发育和胁迫响应等多个生物学过程中发挥重要作用,是水稻生长发育的调控枢纽。本文综述了水稻OsSPL家族的系统进化与结构特征、表达调控及生物学功能研究进展,并对其研究前景进行了展望。

WRKY转录因子调控植物养分吸收利用及重金属解毒的研究进展

WRKY蛋白是植物特有的一类重要转录调控因子,它们通过与下游基因启动子上的W-box元件特异性结合诱导或抑制相关基因的表达,从而调控植物生长发育以及植物对生物和非生物胁迫的响应。植物WRKY基因组数目多,在拟南芥、大豆和水稻基因组中已经分别鉴定出74、182和109个,在植物对干旱、盐害、高温、养分匮乏和病原体感染等各种生物、非生物胁迫的响应过程中起关键作用。例如AtWRKY45和AtWRKY75参与调控拟南芥应答低磷养分胁迫,GmWRKY142正向调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。在植物面对逆境胁迫时,WRKY蛋白通过与养分相关基因启动子的W-box元件特异性结合,进而实现自我调节或交叉调节,激活或抑制下游基因的转录以应对各种逆境胁迫。众多WRKY下游靶基因也已被鉴定出来,例如PHT家族成员与磷营养相关;3个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因参与调控植物对氮素的吸收利用;6个拟南芥WRKY基因、10个大豆WRKY基因和5个水稻WRKY基因调节植物应对低磷胁迫;2个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因影响植物对钾的吸收利用;3个大豆WRKY基因参与调控植物对硫营养的吸收利用;1个拟南芥WRKY基因调控植物吸收利用硼;1个拟南芥WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物对铁的吸收;7个拟南芥WRKY基因、1个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物解镉毒;2个拟南芥WRKY基因、2个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因帮助植物解铝毒。未来的研究重点是:1)挖掘新的调控养分吸收利用的WRKY转录因子及其靶基因;2)解析养分相关WRKY在翻译和翻译后层面的调控;3)明确表观遗传层面对养分相关WRKY的转录调控;4)揭示养分逆境条件下WRKY互作蛋白及其作用机制。

水稻AP2/ERF转录因子家族及其相应miRNAs在叶片衰老中的表达

【目的】探究水稻AP2/ERF转录因子在叶片衰老中的功能及其受miRNA和组蛋白修饰调控的转录机制。【方法】在全基因组水平对水稻(Oryza sativa)AP2/ERF家族成员及其上游靶向的miRNAs进行鉴定和生物信息学分析。对miRNA及其靶基因在水稻叶片衰老过程中的表达谱进行分析。通过RT⁃qPCR检测该家族成员及miRNAs在水稻叶片衰老过程中的互作关系。【结果】在水稻中共有155个AP2/ERF基因,所有成员启动子都含有光响应元件,大多数基因都具有茉莉酸(jasmonic acid,JA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)和厌氧诱导顺式作用元件。预测到45个miRNAs靶向调控水稻AP2/ERF家族的58个成员。鉴定出一系列在水稻叶片衰老过程中呈显著负相关的miRNA-靶基因对,暗示这些miRNAs可能通过抑制AP2/ERF基因的表达,参与水稻叶片衰老过程的调控。同时,发现4个AP2/ERF基因的表达量及其组蛋白H3K9ac富集水平随水稻叶片的衰老持续上升,说明这些基因表达同时受到H3K9ac修饰调控。【结论】在水稻叶片衰老过程中AP2/ERF基因的转录受其相应靶向的miRNAs和组蛋白H3K9ac修饰的影响。

荔枝转录因子LcMYB8的克隆与表达分析

为探究LcMYB8转录因子在荔枝成花调控中的作用,以妃子笑荔枝为试验材料,克隆LcMYB8转录因子的序列全长,并对其进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR技术,分析LcMYB8转录因子在不同器官、年周期以及低温处理中的时空表达模式。结果显示,LcMYB8转录因子全长1749 bp,其中开放阅读框915 bp,共编码304个氨基酸。时空表达模式表明,LcMYB8转录因子可能在荔枝成花和果实发育期起着关键作用。研究结果旨在为荔枝优质新品种培育提供理论指导。

基于基因组和转录组挖掘暗褐网柄牛肝菌转录因子以及漆酶表达调控因子

以暗褐网柄牛肝菌(Phlebopus portentosus)为试材,采用基因组测序和转录组分析方法,研究转录因子类型、不同发育阶段的表达模式以及对漆酶的调控作用,以期为暗褐网柄牛肝菌子实体发育调控机制研究提供参考依据。结果表明:在暗褐网柄牛肝菌基因组中共预测得到140个转录因子编码基因,分属于10个不同家族,C2H2型转录因子最多,其次为C3H型,这些转录因子参与调控催化活性、生物活性以及代谢过程。转录因子在菌丝体阶段、原基阶段以及采收阶段的表达模式存在差异性,调控不同的生物过程。通过基因组注释信息以及结构域的解析发现了6个漆酶基因,根据不同发育阶段的表达情况,分为4个不同的家族:始终不表达、菌丝体时期高表达、原基子实体时期高表达、稳定表达。有6个转录因子对4个漆酶基因起到了调控作用,其中SRF型转录因子控制了菌丝体时期高表达的漆酶基因,具有正相关的关系,Sox1型转录因子控制了原基子实体漆酶的表达,呈负相关。转录因子和漆酶在子实体发育过程中均起到了一定的调控作用。

转录因子在水稻干旱胁迫响应中的功能研究进展

水稻(Oryza sativa L.)是世界主要粮食作物之一,随着全球气候变暖和人口不断增长,以及农业用水的增加和可利用淡水资源的减少,干旱胁迫已成为影响水稻生长发育和产量最重要的非生物逆境胁迫。选育抗旱品种是应对干旱胁迫最有效且相对经济的措施,而挖掘抗旱基因是进行水稻抗旱育种的基础。研究表明,水稻的抗旱性是由众多基因共同调控的复杂数量性状,涉及的基因网络错综复杂。在这一调控网络中,转录因子扮演着至关重要的角色。转录因子是指能够特异性结合某基因启动子区域顺式作用元件的蛋白质,它在调节植物的生长发育、代谢过程及生物、非生物胁迫过程中发挥重要作用。目前,已在水稻中鉴定出多种参与干旱胁迫响应的转录因子,包括bZIP、MYB、NAC、DREB、WRKY、锌指蛋白、SPL、bHLH、MADS、热激蛋白和GRAS等家族成员。当水稻遭受干旱等逆境胁迫时,这些转录因子通过特异性调控一系列下游靶标基因的表达,进而调节水稻对干旱胁迫的适应性。该文就近年来转录因子在水稻响应干旱胁迫中的功能进行综述,通过深入分析转录因子的生物学功能和作用机制,有助于加强人们对水稻抗旱性分子基础的认识,同时为培育具有更强抗旱能力的水稻新品种提供重要的理论依据。

bZIP转录因子在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用

bZIP作为植物中最大的转录因子家族之一,在植物逆境胁迫响应和生长发育中发挥重要作用。该类转录因子具有大约由60-80个氨基酸组成的较为保守的结构域,包括一个高度保守的碱性区域和一个相对多变的亮氨酸拉链区域。bZIP通过同源或异源二聚体形式与靶基因启动子中含有ACGT核心的DNA序列进行特异性结合,从而调控靶基因的表达。在植物受到激素等信号刺激后,上游信号响应激酶将会进行bZIP磷酸化;bZIP也通过磷酸化来增强自身稳定性。在逆境胁迫(如干旱、盐分、温度、光、重金属和病原菌等)条件下,bZIP与胁迫相关基因启动子区域结合以及与其他蛋白互作来促进或抑制靶基因的表达,从而正向或负向调控植物响应逆境胁迫。另外,bZIP参与植物生长发育过程中许多物质(如花青素、萜类、黄酮类、生物碱等)的合成和代谢,并且介导调节脱落酸、水杨酸和茉莉酸等激素信号通路。本文就bZIP转录因子发现、结构、分类、调控方式及其在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用等方面研究成果加以综述,并对其未来研究方向进行展望,为农作物抗逆性遗传改良提供理论依据和技术支撑。