果蔬逆境胁迫应答中AP2/ERF转录因子的激素调控研究进展

APETALA2/乙烯响应因子(APETALA2/ethylene-responsive factor,AP2/ERF)转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,其亚家族成员通过与下游互作基因启动子区域的GCC box、DRE/CRT等顺式作用元件特异性结合,激活或抑制相关基因的表达,参与果蔬的生长发育、成熟衰老、胁迫应答等生物学过程的调控。近年来越来越多的研究表明,AP2/ERF还可通过调控靶基因诱导乙烯、茉莉酸、水杨酸等多种植物激素反应或作为反应因子响应植物激素信号,参与植物激素介导的果蔬品质形成、生物胁迫及非生物胁迫应答相关的代谢通路,调节果蔬的品质及抗性。本文对AP2/ERF转录因子的结构特征及其在果蔬中的分类和分布进行了概述,并综述了果蔬逆境胁迫应答中AP2/ERF与主要激素信号相互作用以调控果蔬抗逆性的最新研究进展,以期从AP2/ERF转录因子激素调控的角度,为增强果蔬对逆境胁迫的抗性提供理论依据。

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。

芒果AP2/ERF转录因子MiERF2基因的克隆及表达分析

芒果(Mangifera indica L.)是热带地区主要的经济作物之一,也是典型的呼吸跃变型水果,其成熟衰老与乙烯有关。AP2/ERF转录因子在植物中广泛存在,研究发现这类转录因子参与果实内源乙烯合成的信号转导,是乙烯信号通路中的关键基因,在植物生长发育、逆境胁迫响应及贮藏运输过程中发挥重要作用。为了探究AP2/ERF转录因子对采后芒果成熟衰老的影响,本研究以贵妃芒果品种为研究对象,通过PCR技术克隆得到了1个长度为915 bp,编码305个氨基酸的MiERF2基因。通过生物信息学分析得知:MiERF2蛋白分子式为C_(1449)H_(2259)N_(433)O_(470)S_(11),分子量为33618.16 Da,总原子数为4622,理论等电点为7.66,带30个正电残基,带29个负电残基,蛋白具有亲水性,结构不稳定;MiERF2蛋白不含信号肽和跨膜区域,磷酸化修饰以苏氨酸为主,包含1个AP2保守结构域;二级结构以66.12%的无规则卷曲为主,还含有24.67%的α-螺旋、1.32%的β-折叠、7.89%的延长链,其三维结构模型包含有3个β-折叠和1个α-螺旋,符合AP2结构域的特征。motif分析和多序列比对结果表明,MiERF2蛋白属于ERF亚家族成员。系统进化分析表明,与MiERF2蛋白亲缘关系最近的是同为漆树科植物的阿月浑子PvERF109-like。洋葱亚细胞定位结果显示,MiERF2蛋白定位于细胞核。实时荧光定量分析表明,MiERF2基因的表达量在不同采收成熟度下通过400μg/mL乙烯利处理后表达情况不同:在6成熟芒果中,处理组MiERF2基因的表达量在9 d达到峰值,之后显著低于对照组;在8成熟芒果中,除18 d以外,对照组中MiERF2基因的表达量在贮藏过程中均显著高于处理组,推测该基因在乙烯调控果实成熟过程中起负调控作用。本研究为揭示ERF转录因子在芒果采后成熟衰老过程中的调控作用提供理论依据。

AP2/ERF转录因子家族在植物逆境响应中的作用

植物在生长和发育过程中不断面临着各种生物和非生物胁迫,包括低温、干旱、盐渍、病虫害等.在面对逆境胁迫时植物依靠自身去抵抗,这些抵抗涉及到植物自身的信号转导、传递以及下游基因的响应等,转录因子作为整个过程重要的衔接枢纽,可以激活与该逆境相关的下游基因的转录.因此,对于植物转录因子家族的研究成为进一步探索植物抵抗逆境过程的热门领域.其中,AP2/ERF转录因子家族在植物逆境响应中发挥着重要的作用,已证明该转录因子家族的部分成员可以适当地抑制或减弱逆境响应以维持植物抗逆过程中的正常生长.对近年来AP2/ERF转录因子家族的结构和功能以及在植物逆境响应中发挥的作用进行阐述,并对该转录因子家族的进一步研究进行展望.

病毒复制酶基因Nib8和ERF转录因子W17基因枪法共转化小麦

将对小麦黄花叶病毒表现高抗的复制酶基因Nib8和具有广谱抗病性的ERF基因W17分别构建到单子叶高效组成型表达载体上,采用基因枪共转化法转化到小麦品种扬麦12和扬麦16中,PCR检测共获得Nib8基因的阳性转基因植株42株,W17基因的阳性转基因植株48株,及两个功能基因均为阳性的转基因植株6株。以扬麦12为受体的转化率分别为1.53%(Nib8)、4.87%(W17)和0.42%(Nib8+W17);以扬麦16为受体的转化率分别为2.05%(Nib8)、0.86%(W17)和0.20%(Nib8+W17)。对2个功能基因都呈阳性的6个植株进行Southern blotting分析,进一步证实功能基因已经整合到小麦基因组中。本研究为获得具有综合抗病性的小麦新材料奠定了基础。

甘蓝型油菜中一类AP2／ERF转录因子的克隆和生物信息学分析

AP2/ERF转录因子家族是植物中广泛存在的一类转录因子,AP2/ERF这类转录因子主要参与植物的细胞周期、生长发育以及生物和非生物胁迫相关基因的表达调控。由于拟南芥和油菜同属于芸薹属,具有相似的基因信息,利用油菜UniGene数据库,以拟南芥ERF转录因子保守序列为探针,通过电子克隆从一个UniGene C luster中分离得到三个同类的AP2/ERF转录因子,从cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性分析、序列比对、进化树、功能域、二级结构、三级结构、无序化特性进行了预测和较为全面的分析。结果显示油菜来源的BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3属于AP2/ERF转录因子的B-2亚族,是亲水性蛋白,在蛋白质的三级结构上与AtERF1相似。蛋白质无序化分析发现,油菜BnaERF1、BnaERF2和BnaERF3无序化程度小于拟南芥AtERF1。设计引物通过PCR和RT-PCR方法分别从甘蓝型双低油菜沪油15幼苗的DNA和cDNA中扩增了上述基因,初步分析BnaERF2没有内含子,BnaERF1和BnaERF3有内含子。另外,通过EST丰度分析显示,该类转录因子的表达最高峰在种子中,其次为花,在芽、茎和分生组织中没有检测出表达的存在。

ERF转录因子在植物抗逆境胁迫的研究进展

ERF(Ethylene responsive factors)转录因子广泛存在于各类植物中,通过识别和结合不同的顺式元件参与植物逆境胁迫的应答。主要介绍ERF转录因子结构特征及其功能特性,在植物应答生物和非生物的胁迫中可能的调控机制,并讨论了今后的研究重点。

大豆ERF转录因子基因GmERF8的克隆与表达分析

ERF转录因子广泛存在于植物中并且参与植物应对生物及非生物胁迫的响应。本研究利用RT-PCR技术从大豆中克隆获得1个新的ERF转录因子基因Gm ERF8,开放阅读框全长627 bp,编码1个由208个氨基酸残基组成的分子量为23.43 k D的蛋白。蛋白结构预测发现,该蛋白含有1个典型的AP2/ERF结合域,2个预测的核定位信号和1个保守的EAR抑制元件。进化分析表明Gm ERF8蛋白与烟草Nt ERF3蛋白的同源性最高。实时荧光定量PCR表明,Gm ERF8在大豆的根和叶中表达量较高。ABA、高盐和低温处理均使Gm ERF8表达量下降;乙烯(ET)和干旱处理则使Gm ERF8的表达量先下降后升高。转录调节能力分析结果显示,Gm ERF8可以抑制报告基因的表达。上述实验结果表明,Gm ERF8可能作为转录抑制子参与大豆对环境胁迫的应答。

杨树AP2/ERF转录因子家族生物信息学分析

AP2/ERF基因家族是植物所特有的一类转录因子,该转录因子参与多种生物学过程,包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。从毛果杨基因组数据库中查找210个毛果杨AP2/ERF家族基因,根据其编码氨基酸序列的相似性和AP2/ERF结构域的数量可分为4类,分别为AP2、ERF、DREB和RAV亚家族及其他(Potri.002G246100)。利用生物信息学方法分析了毛果杨210条AP2/ERF蛋白序列的系统发生、基因组定位、氨基酸组成、理化性质及二级和三级结构等。研究结果可为杨树AP2/ERF家族基因的功能分析提供参考依据。

ERF转录因子及其在植物防卫反应中的作用

植物防卫反应基因的表达调控是植物防卫反应中的重要环节 ,而转录因子在转录调控中起着重要的作用。本综述论述了 ERF转录因子的结构特征及其功能特性 ,并结合我们的研究进展重点讨论了它们在植物防卫反应中的调控作用。

病原诱导的中间偃麦草ERF转录因子基因的克隆及其表达特性

应用RT-PCR、RACE技术,从病原诱导的中间偃麦草叶片cDNA中,分离出1个编码ERF基因的全长cDNA序列,该基因暂命名为TiERF1 a,编码由292个氨基酸组成的蛋白质,具有ERF转录因子典型的结构,即保守的AP2/ERF DNA结合域、核定位位点和酸性激活区。TiERF1a的氨基酸序列与一个水稻ERF蛋白OsBIERF3具有66%的一致性,与拟南芥AtERF1(O80337)一致性仅39.7%,为植物ERF转录因子家族B3亚群的一个新成员。表达分析结果表明,纹枯病菌、赤霉病菌侵染可诱导TiERF1 a基因的上调表达,与防卫相关的激素乙烯、茉莉酸也可诱导该基因上调表达,且TiERF1 a对外源乙烯、茉莉酸的响应时期早于对纹枯病菌、赤霉病菌响应时期,说明TiERF1 a可能通过乙烯、茉莉酸信号途径参与寄主调控对纹枯病菌、赤霉病菌的防御反应。

14个苹果AP2/ERF转录因子基因的克隆与表达分析

为探究AP2/ERF转录因子在苹果(Malus pumila Mill.)生长发育以及生物或非生物胁迫应答下的功能,本研究利用同源比对和逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)方法,克隆苹果MdAP2/ERF全长cDNA序列并进行生物信息学分析。采用Array技术检测MdAP2/ERF在苹果16种不同组织中的表达情况,RNA-seq技术检测MdAP2/ERF在苹果斑点落叶病菌(Alternaria alternata apple pathotype, AAAP)侵染下的表达特性,RT-qPCR技术检测MdAP2/ERF在NaCl和甘露醇胁迫下的表达模式。结果表明,共获得了MdERF9-10、MdERF12-15、MdERF20-21、MdERF30、MdERF37和MdAP2D66-69共计14个MdAP2/ERF基因,其GenBank登录号依次为MG099818-19、MG099821-24、MG099829-30、MG099839、MG099846和MG099855-58,开放阅读框(ORF)分别为966、540、1 260、843、1 056、1 011、1 347、1 047、669、615、1 956、1 455、1 365和1 101 bp。进化分析表明,MdERF12、MdERF37、MdERF20分别属于DREB亚家族A-2、A-4和A-6组;MdERF30、MdERF15、MdERF14/MdERF21和MdERF9/MdERF10/MdERF13分别属于ERF亚家族B-1、B-3、B-5和B-6组;MdAP2D66-69属于AP2亚家族。亚细胞定位预测结果显示,MdERF9-10、MdERF12-15、MdERF20、MdERF30、MdERF37和MdAP2D66-69可能位于细胞核;MdERF21可能位于线粒体。Array分析结果显示,14个MdAP2/ERF在16个检测组织中均有不同的相对表达水平。RNA-seq结果显示,MdERF12、MdERF14、MdERF15、MdERF20和MdAP2D66/67/69响应斑点落叶病菌侵染;在150 mmol·L-1 NaCl处理下,MdERF10、MdERF12、MdERF13、MdERF15、MdERF20、MdERF30和MdERF37转录水平上调,而MdERF14和MdAP2D68转录水平下调;在300 mmol·L-1甘露醇处理下,MdERF10、MdERF30、MdERF37和MdAP2D66-69转录水平上调,MdERF14转录水平下调。综上表明,MdAP2/ERF基因呈组成型表达,并受斑点落叶病菌、NaCl或甘露醇胁迫诱导或下调,可能参与调控苹果生物胁迫和非生物胁迫应答的过程。该研究结果为进一步揭示AP2/ERF转录因子调控苹果生长发育及逆境胁迫的机理奠定了理论基础。

ERF转录因子及在大豆中的研究进展

植物体内存在一个复杂的抗逆应答系统去适应环境的改变。ERF转录因子家族在植物应答一些生物胁迫和非生物胁迫中扮演着重要的角色。ERF转录因子主要通过它的AP2/ERF结合域结合顺式作用元件GCC-box或DRE/CRT来调节抗性基因的表达。文中介绍了植物中的ERF转录因子的分子特征和生物学功能。此外,也综合分析了ERF转录因子在基因互作,信号转导途径,抗逆应答反应中的重要作用,并对大豆中ERF转录因子的研究进展进行了综述,为大豆的抗逆工程提供理论依据。

7个桑树AP2/ERF转录因子的生物信息学及表达分析

AP2/ERF类转录因子是植物所特有的一类转录因子家族,在植物的生长发育及响应非生物胁迫中发挥着重要作用。为发掘桑树AP2/ERF类转录因子的成员及其功能,从桂桑优12中克隆到7个AP2/ERF转录因子,命名为MnAP2/ERF1~MnAP2/ERF7。生物信息学分析结果表明,这7个AP2/ERF蛋白都属于不稳定蛋白,且均属于亲水性蛋白,二级结构以无规则卷曲为主,亚细胞定位显示主要位于细胞核中。氨基酸序列比对及进化树分析发现,这7个AP2/ERF转录因子均含有1个保守AP2结构域,其中MnAP2/ERF1~MnAP2/ERF4属于ERF亚家族,MnAP2/ERF5~MnAP2/ERF7属于DREB亚家族。荧光定量分析显示,NaCl、PEG_(6000)、水淹胁迫可诱导7个桑树AP2/ERF基因上调表达,其中MnAP2/ERF3、MnAP2/ERF5、MnAP2/ERF6分别响应水淹、干旱和盐胁迫,说明桑树AP2/ERF转录因子的表达与逆境胁迫响应之间有密切的联系。本研究结果可为进一步揭示AP2/ERF转录因子调控桑树生长发育及逆境胁迫的机理奠定基础。

植物AP2/ERF转录因子及其在非生物胁迫应答中的作用

APETALA2/ethylene-response factor(AP2/ERF)类转录因子在植物中广泛存在,在调节植物生长发育及响应外界胁迫中发挥重要作用。鉴于此类调节蛋白的可塑性和该家族个体成员的特异性,AP2/ERF转录因子作为优异调控抗性基因在基因工程育种中日益受到重视。综述了AP2/ERF类转录因子的发现、结构特征、调控机理及非生物胁迫应答机理,以期为深入挖掘和研究AP2/ERF家族基因提供参考。

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。

一个小麦AP2／ERF转录因子家族单独亚族基因的克隆及分析

AP2/ERF家族转录因子是植物中重要的一类转录因子,广泛参与植物各类生理过程。为了给该家族转录因子的深入研究提供基础,利用小麦EST数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/UGOrg.cgi?TAXID=4565),以拟南芥AP2/ERF家族转录因子单独亚族成员AtAP2-Soloist的氨基酸序列为探针,搜索到一个小麦UniGene数据,经拼接得到1个全长cDNA序列(TaAP2-Solosit),通过RT-PCR方法从"扬麦15"的cDNA中克隆了该转录因子基因(YM15 AP2-Solosit)。克隆的转录因子核苷酸序列与电子克隆的序列只有1个碱基不同,两者编码氨基酸序列一致。从cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性、进化树、功能域、二级和三级结构等方面进行了分析,结果显示"扬麦15"中的YM15 AP2-Solosit转录因子属于AP2/ERF家族中的单独亚族,是亲水性蛋白,在蛋白质的三级结构上与拟南芥的AtAP2-Soloist相似。EST丰度分析显示,YM15 AP2-Solosit在根、茎、叶和花中均有表达。

基于全基因组的卷柏复苏相关AP2/ERF转录因子基因家族分析

目的:系统解析药用植物卷柏AP2/ERF(APETALA2/Ethylene Responsive Factor)转录因子家族成员,为卷柏复苏相关分子调控机制研究奠定基础。方法:基于卷柏全基因组数据,采用BLASTP序列比对、系统发育树构建、基因表达分析等方法筛选卷柏复苏相关候选AP2/ERF转录因子基因。结果:卷柏基因组共注释到68个AP2/ERF家族,数量远少于已报道的高等植物;系统进化分析将AP2/ERF分为AP2(23)、DREB(16)、ERF(18)、RAV(8)和SOLOIST(3)亚家族,AP2/ERF结构域高度保守;17个基因与卷柏干旱及复水表型显著正相关,包括7个DREB亚家族和6个ERF亚家族成员。结论:AP2/ERF转录因子的挖掘为复苏相关的功能鉴定及分子调控机制研究提供基础。

ERF转录因子在作物抗病基因工程中的研究进展

为了阐述乙烯应答因子(ethylene responsive factor,ERF)在作物抗病基因工程中的应用,本文总结了植物抗病机制、ERF转录因子的特点以及在作物抗病信号传递和抗病反应中的作用。ERF转录因子在转录水平主要通过激活或抑制下游抗病相关基因表达,提高作物抗病性。尽管对拟南芥、水稻、小麦、大麦、棉花、番茄和大豆等植物的ERF转录因子开展了一些研究,但对其功能了解仍然很少,特别是一些与抗病相关的ERF转录因子在重要农作物中的应用还有待进一步深入研究。挖掘新的ERF转录因子基因、培育具广谱抗病性的转ERF基因作物新品种将是今后的研究重点。

木榄ERF转录因子基因的克隆及功能分析初探

利用RACE-PCR技术,以深圳红树自然保护区的木榄为材料,克隆出一个ERF类转录因子基因的cDNA全长序列,命名为BgERF(GenBank序列号:GU593720)。生物信息学分析表明:该基因全长1 870 bp,完整开放阅读框1 425 bp,具有一个保守的AP2/EREBP结构域,且编码的由475个氨基酸组成的蛋白具有典型的1个α螺旋,3个β转角的三维结构,在AP2/EREBP结构域的第14位为丙氨酸(A),第19位为天冬氨酸(D),属于AP2/EREBPF蛋白家族中的ERF类转录因子;NCBI-BLAST比对结果表明:该基因与胡萝卜、拟南芥、水稻、辣椒、番茄、大豆、马铃薯、陆地棉等植物ERF类转录因子具有较高的同源性;并构建了高效植物表达载体PBI121-35s-BgERF,获得的转基因烟草与野生型相比,表现出明显的耐盐性,为该基因功能的深入分析和耐盐机理的研究奠定了基础。