董亞茹，王應(yīng)民，王向譽(yù)

(1.山東省蠶業(yè)研究所，山東 煙臺(tái) 264002; 2.煙臺(tái)警備區(qū)副食品生產(chǎn)基地，山東 煙臺(tái) 264002)

DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子植物抗逆性研究進(jìn)展

董亞茹1，王應(yīng)民2，王向譽(yù)1

(1.山東省蠶業(yè)研究所，山東 煙臺(tái) 264002; 2.煙臺(tái)警備區(qū)副食品生產(chǎn)基地，山東 煙臺(tái) 264002)

DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子是AP2/ERE轉(zhuǎn)錄因子家族的一個(gè)亞家族，該家族廣泛參與干旱、高鹽、低溫等脅迫反應(yīng)，在植物脅迫應(yīng)答途徑中發(fā)揮十分重要的作用。本研究重點(diǎn)介紹了DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子及其在提高植物抗逆性中的作用，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

DREB/CBF；轉(zhuǎn)錄因子；抗逆性；進(jìn)展

在干旱、高鹽和低溫等逆境條件下，植物自身會(huì)發(fā)生一系列生理生化、基因誘導(dǎo)表達(dá)及發(fā)育方面的應(yīng)答反應(yīng)來(lái)減少逆境對(duì)細(xì)胞的損傷。不同于對(duì)病蟲(chóng)害的抗性，植物對(duì)非生物脅迫的反應(yīng)受到多個(gè)因子的影響，因此要提高植物對(duì)逆境環(huán)境的抗性要從一些關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子著手。DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子是目前研究的較為深入和廣泛的抗逆轉(zhuǎn)錄因子，在植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫方面發(fā)揮重要作用[1,2]。DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子能特異結(jié)合DRE/CRT順式作用元件，在植物受到低溫等逆境脅迫時(shí)，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)并激活一系列依賴(lài)DRE/CRT順式作用元件的下游抗逆功能基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物對(duì)不良環(huán)境的抗逆性[3]。

1 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征

DREB(dehydration responsive element binding protein)，即干旱應(yīng)答元件結(jié)合蛋白，包含一個(gè)AP2/EREBP 結(jié)合域，屬于AP2/ERE轉(zhuǎn)錄因子家族的一個(gè)亞家族。與其他家族蛋白不同，該類(lèi)蛋白還含有兩段保守的氨基酸序列PKRPAGRTKFRETRHP和DSAWR。其N(xiāo)端呈堿性是核定位信號(hào)區(qū)，C端呈酸性是轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域，在這兩段序列的中間是一個(gè)由58個(gè)氨基酸組成的AP2/ERE結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域分為YRG和RAYD兩個(gè)元件(CBF信號(hào))。組成YRG元件的氨基酸大部分為堿性，有利于對(duì)DNA的結(jié)合，而RAYD元件中含有由18個(gè)氨基酸組成的α-雙親螺旋的核心區(qū)域[4-7]。編碼DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的基因中均不含內(nèi)含子。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)一步將DREB轉(zhuǎn)錄因子分成了A-1～A-6六個(gè)亞組，其中A-1和A-2是2個(gè)最大的亞組，包括DREBl/CBF(CBF1、CBF2、CBF3、CBF4、CBF5和CBF6)和DREB2 兩類(lèi)基因，每個(gè)亞組中的成員在植物中發(fā)揮不同的作用[8-11]。

2 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)調(diào)控

DREB/CBF 轉(zhuǎn)錄因子能夠與 DRE/CRT 順式作用元件特異結(jié)合，并起到激活下游基因表達(dá)的作用，從而提高植株的抗性。DREB/CBF轉(zhuǎn)錄激活因子是一類(lèi)受低溫特異誘導(dǎo)的反式作用因子，在植物遭受外界環(huán)境脅迫時(shí)，一類(lèi)ICE1轉(zhuǎn)錄因子可以和CBF3基因啟動(dòng)子中的MYC元件發(fā)生特異性結(jié)合，激發(fā)CBF3基因的特異性表達(dá)，但其對(duì)CBF1、CBF2卻沒(méi)有作用[12]。在低溫下，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)除了受到ICE基因的誘導(dǎo)，還受到各種信號(hào)途徑的正負(fù)調(diào)控。HOS1和MYB15在對(duì)CBF的負(fù)調(diào)控作用中起到了重要作用，在HOS1和MYB15過(guò)表達(dá)的植株中CBF基因表達(dá)下調(diào)，植株抗性減弱[13,14]。乙烯通路中乙烯受體EIN3過(guò)量表達(dá)的植株中CBF基因表達(dá)量也顯著下調(diào)，所以EIN3也是CBF基因的負(fù)調(diào)控因子。這些正負(fù)調(diào)控因子對(duì)低溫下植物冷響應(yīng)過(guò)程中基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性具有重要的作用。有研究表明，CBF過(guò)量表達(dá)引起靶基因的組成型表達(dá)，不僅促進(jìn)植物在非誘導(dǎo)條件下抗凍性的增加，而且促進(jìn)耐鹽堿性和抗旱性的提高。CBF自身也具有反饋調(diào)控，在遭遇逆境脅迫時(shí)基因家族中的各個(gè)成員之間也可進(jìn)行相互的表達(dá)調(diào)控，例如，當(dāng)使用 T-DNA 插入導(dǎo)致的CBF2基因發(fā)生變異時(shí)，CBF1和CBF3能夠在低溫的誘導(dǎo)中產(chǎn)生更強(qiáng)烈的表達(dá)。在CBF家族各成員的表達(dá)調(diào)控中，CBF2基因的作用尤為明顯。此外，CBF基因表達(dá)還受到植物生理節(jié)律的調(diào)控。

3 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在提高植物抗逆性中的作用

CBF基因家族成員在植物抗寒、抗旱及抗鹽堿方面起著很大的作用。CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物中廣泛存在，自1997年Stockinger等在擬南芥中克隆了CBF1(C-repeat binding factor)基因以來(lái)，研究者們相繼從油菜、水稻、大麥、小麥、黑麥與番茄等多種植(作)物中分離和鑒定出DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因可以通過(guò)調(diào)控一系列與逆境相關(guān)的功能基因的表達(dá)，明顯提高植物對(duì)逆境的抵抗能力。DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子一直受到廣泛關(guān)注，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究者們一方面陸續(xù)從不同作物中克隆并鑒定了大量的DREB/CBF基因，另一方面通過(guò)基因工程得到了許多抗性增強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因植株(表1)。

一系列的轉(zhuǎn)基因研究結(jié)果表明，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子不僅僅在草本植物抗逆品種改良工程中有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，其在木本植物中的應(yīng)用研究也逐漸開(kāi)展起來(lái)，并得到了許多木本抗逆品種。

4 小結(jié)

低溫和干旱等逆境條件在很大程度上影響植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、生存及分布。DREB/CBF轉(zhuǎn)錄激活因子可以調(diào)控多個(gè)與植物干旱、高鹽及低溫耐性相關(guān)的功能基因的表達(dá)。利用DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子改良植物抗逆性成為人們研究的熱點(diǎn)，人們對(duì)CBF冷響應(yīng)基因調(diào)控途徑的基礎(chǔ)理論和轉(zhuǎn)基因育種應(yīng)用已經(jīng)有了深入研究。然而低溫下信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中仍有很多細(xì)節(jié)尚不清楚，許多可能的調(diào)控因子與分子互作機(jī)制尚待探索和發(fā)掘。并且其研究的對(duì)象主要集中在草本植物中，在木本植物中的研究相對(duì)較少，其在木本植物中是否也發(fā)揮同樣的作用，需要研究者們進(jìn)一步研究證明。隨著對(duì)CBF基因家族研究的日益深入和基因工程技術(shù)、手段的不斷完善，CBF將在植物抗逆基因工程和分子育種中得到更為廣泛的應(yīng)用，并扮演更為重要的角色。利用DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子來(lái)改良植物抗逆性比起單純使用下游的某種單基因來(lái)改變植物的抗逆性更可以獲得較為理想的綜合效果，這為基因工程改良植物抗逆性提供了一種全新的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景[33]。

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AdvancesonPlantResistanceofDREB/CBFTranscriptionFactor

Dong Yaru1,Wang Yingmin2, Wang Xiangyu1

(1.SericultureResearchInstituteofShandongProvince,Yantai264002,China;2.YantaiSubsidiaryFoodProductionBaseofGarrisonCommand,Yantai264002,China)

DREB/CBF transcription factor is a subfamily of AP2/ERE transcription factor family, which is widely involved in drought stress, high salt and low temperature, and plays an important role in plant stress response. The research focused in DREB/CBF and its role in improving plant resistance and prospects of its application.

DREB/CBF; Transcription factor; Resistance; Progress

Q945.78

A

1001-4942(2017)10-0139-04

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.10.030

2016-11-15；

2017-09-22

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目“海水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)”(CXGC2016B10)；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2017)

董亞茹(1987—)，女，助理研究員，研究方向：園林植物栽培研究。E-mail：dongyaru2013@126.com

王向譽(yù)(1978—)，女，副研究員，主要從事海水農(nóng)業(yè)方面的科研工作。E-mail：747309894@qq.com