張 余,章毅穎,任 麗,鄧 姍,趙 洪,褚云霞,陳海榮

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,上海 201403;農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測(cè)試(上海)分中心,上海 201415;上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201403)

辣椒(Capsicum spp.L)為茄科辣椒屬植物,起源于中南美洲熱帶及亞熱帶地區(qū),16世紀(jì)傳入中國(guó)。辣椒具有特殊的辛辣味,早期主要以花椒替代品出現(xiàn),隨著人們對(duì)辣椒認(rèn)識(shí)的深入,目前已形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈,覆蓋食品、醫(yī)療、工業(yè)等行業(yè)[1-2]。辣椒具有比較好的適應(yīng)性,地理分布十分廣泛、品種資源多樣性非常豐富。辣椒屬有30多個(gè)種,其中,一年生辣椒(C.annuumL.)、灌木狀辣椒(C.frutescensL.)、中國(guó)辣椒(C.chinenseJacq.)、漿果狀椒(C.baccatumL.)和絨毛辣椒(C.pubescensKeep.)為5個(gè)重要的栽培種[3]。FAO(http:∕∕www.FAO.org)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)辣椒種植面積為77.16萬(wàn)hm2,產(chǎn)量為1 821.4萬(wàn)t,均居世界首位。

逆境因子分為兩類,一類為生物脅迫,另一類為非生物脅迫。辣椒生產(chǎn)過(guò)程中的生物脅迫因子主要包括青枯菌、疫霉菌、疫病等,非生物脅迫因子主要包括干旱、鹽漬化、高溫、低溫以及重金屬污染等。逆境條件下,植物細(xì)胞的受體蛋白感受外界刺激信號(hào),在體內(nèi)產(chǎn)生小分子類物質(zhì),其作為第二信使通過(guò)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)激活一系列轉(zhuǎn)錄因子(Transcriptionfactor,TF),促進(jìn)逆境應(yīng)答相關(guān)基因的表達(dá),以增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抗性[4]。目前,植物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約64種轉(zhuǎn)錄因子家族[5]。本文主要對(duì)辣椒AP2∕ERF、WRKY、bZIP、NAC、MYB轉(zhuǎn)錄因子家族的分類以及在抗逆過(guò)程中的作用進(jìn)行綜述,以期為辣椒抗逆相關(guān)分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)和抗逆育種提供參考。

1 AP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子家族

1.1 CaAP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

AP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子家族因其序列含有保守的AP2∕ERF DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域而得名,AP2∕ERF家族共分為AP2、ERF、RAV和其他(Soloist)四個(gè)亞家族,AP2亞家族含有2個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域,ERF亞族含有1個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域,RAV亞家族包含1個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域和1個(gè)B3結(jié)構(gòu)域。ERF亞家族根據(jù)保守結(jié)構(gòu)域中第14位和第19位的氨基酸可以進(jìn)一步分為DREB和ERF亞組[6]。辣椒中存在175個(gè)AP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子成員,其中29個(gè)成員含有2個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域;CaAP2∕ERF152含有B3保守結(jié)構(gòu)域,屬于RAV亞家族;CaAP2∕ERF140與其他ERF具有很低的同源性,歸類于Soloist亞家族;其余144個(gè)成員序列中僅包含1個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域,屬于ERF亞家族[7]。

1.2 CaAP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子參與辣椒抗逆

辣椒AP2∕ERF轉(zhuǎn)錄因子家族成員在植物抵抗非生物脅迫和生物脅迫過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。CaERFLP1,ERF亞家族第IV組成員,受青枯病、高鹽、乙烯以及機(jī)械損傷誘導(dǎo)表達(dá),煙草中過(guò)表達(dá)CaERFLP1基因,促進(jìn)了多個(gè)與抗病相關(guān)基因的表達(dá),這些上調(diào)表達(dá)基因的啟動(dòng)子區(qū)含有AP2∕ERF家族結(jié)合的GCC-box保守元件,可進(jìn)一步提高植株對(duì)假單胞桿菌和鹽脅迫的抗性[8]。Hong等[9]利用消減雜交技術(shù)從干旱脅迫后的辣椒根中分離得到了14個(gè)受干旱誘導(dǎo)的cDNA序列,其中CaDREBLP1編碼一個(gè)DREB亞家族轉(zhuǎn)錄因子,該轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá)受干旱、高鹽誘導(dǎo)。CaERF4基因受茉莉酸甲酯、乙烯、青枯菌以及高溫誘導(dǎo)表達(dá)[10]。CaERF109基因受低溫誘導(dǎo),而激素赤霉素、生長(zhǎng)素、茉莉酸甲酯不能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)[11]。CaERF5基因受水楊酸、茉莉酸甲酯、乙烯以及青枯菌誘導(dǎo)表達(dá),異源表達(dá)CaERF5基因能夠促進(jìn)抗病相關(guān)基因以及防御相關(guān)基因的表達(dá),增強(qiáng)煙草對(duì)青枯病菌的抗性[12]。鄭井元等[13]研究發(fā)現(xiàn),CaERF18基因的表達(dá)受南方根結(jié)線蟲誘導(dǎo)表達(dá)。表明ERF基因在應(yīng)答不同逆境脅迫時(shí)存在一定的特異性。

CaAIEF1基因受干旱、高鹽、ABA誘導(dǎo)表達(dá),異源表達(dá)CaAIEF1基因促進(jìn)逆境相關(guān)基因的表達(dá),正向參與干旱和ABA信號(hào)途徑[14]。辣椒受疫病侵染后CaPT1基因表達(dá)上調(diào),VIGS(病毒誘導(dǎo)基因沉默)介導(dǎo)的基因沉默削弱了辣椒對(duì)疫病的抗性[15]。Yi等[16]研究表明,CaPF1(Capsicum annuum pathogen and freezing tolerance-related protein1)基因受乙烯、茉莉酸甲酯等激素以及鹽、低溫、甘露醇等脅迫的誘導(dǎo)表達(dá),異源表達(dá)CaPF1能夠增強(qiáng)擬南芥對(duì)病原菌(P.syringae pv tomatoDC3000)以及凍害(-6℃)的抗性。馬鈴薯中異源表達(dá)CaPF1基因顯著提高了其對(duì)低溫、高溫、重金屬等非生物逆境因子的抗性。裸子植物弗吉尼亞松(Pinus virginianaMill.)中表達(dá)辣椒CaPF1基因增強(qiáng)了其對(duì)高溫、重金屬以及病原菌蘇云金芽孢桿菌和表皮葡萄球菌的抗性[17]。此外,過(guò)表達(dá)CaPF1基因能夠維持北美白松(Pinus strobusL.)體內(nèi)的多胺水平,增強(qiáng)對(duì)高鹽、干旱以及凍害的耐受性。綜上,辣椒CaPF1基因通過(guò)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的代謝過(guò)程,提高植物在不同逆境下的適應(yīng)性[18]。

CaERF064受乙烯、水楊酸、茉莉酸誘導(dǎo)表達(dá),瞬時(shí)表達(dá)CaERF064能夠誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生程序性死亡,CaERF064基因的沉默抑制了抗病相關(guān)基因CaBPR1、CaPO2和CaSAR82的表達(dá),削弱了辣椒對(duì)疫病的抗性,過(guò)表達(dá)CaERF064能夠增強(qiáng)煙草對(duì)疫病的抗性,表明CaERF064基因在辣椒對(duì)疫病應(yīng)答方面起正調(diào)節(jié)作用[7,19]。CaRAV1包含一個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域和B3結(jié)構(gòu)域,黃單孢桿菌侵染后,CaRAV1基因的表達(dá)顯著上調(diào),擬南芥中異源表達(dá)CaRAV1提高了PR相關(guān)基因的表達(dá),增強(qiáng)了對(duì)假單孢桿菌的抗性,同時(shí)轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)植株對(duì)干旱和高鹽的耐受性也顯著增強(qiáng)[20]。CaRAV1蛋白與氧化還原蛋白CaOXR1共定位于細(xì)胞核中,并且在體內(nèi)發(fā)生互作,病毒介導(dǎo)CaRAV1或者CaOXR1∕CaRAV1基因的沉默顯著削弱了植株耐鹽性和滲透脅迫能力,擬南芥中過(guò)表達(dá)CaRAV1、CaOXR1和CaOXR1∕CaRAV1基因增強(qiáng)了植株對(duì)活體營(yíng)養(yǎng)型卵菌的抗性和非生物脅迫的耐受性,表明辣椒通過(guò)CaOXR1∕CaRAV1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)多種逆境的調(diào)節(jié)[21]。

2 WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族

2.1 CaWRKY轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族保守結(jié)構(gòu)域包含典型的7肽核心序列WRKYGQK,辣椒基因組中存在62個(gè)CaWRKY基因,根據(jù)WRKY結(jié)構(gòu)域數(shù)目和鋅指結(jié)構(gòu)的特征,WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族分為三類:第1類由2個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域和C2H2鋅指結(jié)構(gòu)域組成,包含13個(gè)成員;第2類由1個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域和C2H2鋅指結(jié)構(gòu)域組成,包含40個(gè)成員,根據(jù)結(jié)構(gòu)域保守氨基酸的差異進(jìn)一步分為2a、2b、2c、2d、2e這5個(gè)亞類,分別含有4、6、16、6和8個(gè)成員;第3類由1個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域和C2HC鋅指結(jié)構(gòu)域組成,包含9個(gè)成員[22]。第二類中的2c亞組,16個(gè)成員中的13個(gè)包含完整的WRKY保守結(jié)構(gòu)域,而CaWRKY1包含了1個(gè)WRKY保守結(jié)構(gòu)域但缺乏鋅指motif;CaWRKY58缺乏保守的WRKY核心序列,但包含鋅指motif;CaWRKY3包含保守的WRKY結(jié)構(gòu)域,但鋅指結(jié)構(gòu)域不是典型的C-X4-C-X23-H-X1-H。盡管CaWRKY12含有不完整的鋅指結(jié)構(gòu),但仍然歸類為2d亞組,此外,CaWRKY 39、CaWRKY50、CaWRKY56和CaWRKY62包含非典型的WRKYGKK多肽,CaWRKY17包含WRKYGMK,CaWRKY51包含WRKYGHK多肽[23]。

2.2 CaWRKY轉(zhuǎn)錄因子參與辣椒抗逆

王倩倩等[24]研究表明,CaWRKY14基因受ABA、高溫、高鹽、干旱以及疫霉菌誘導(dǎo)表達(dá),CaWRKY14基因沉默后削弱了辣椒植株對(duì)疫霉菌的抗性。CaWRKY8和CaWRKY13基因的表達(dá)受高溫和高鹽誘導(dǎo)表達(dá),此外CaWRKY8還受疫霉菌及干旱誘導(dǎo)表達(dá),而CaWRKY13受低溫誘導(dǎo)表達(dá)[25-26]。劉志欽等[27]研究發(fā)現(xiàn),辣椒CaWRKY5基因啟動(dòng)子-886—489位置存在應(yīng)答青枯菌侵染的作用元件。CaWRKY2受辣椒輕斑駁病毒、黃單胞菌、ETH、SA、MeJA和機(jī)械損傷誘導(dǎo)表達(dá)[28]。辣椒青枯菌、疫病、煙草花葉病毒均能夠誘導(dǎo)CaWRKY30基因的表達(dá),有毒性的根結(jié)線蟲侵染和MeJA處理后CaWRKY30基因表達(dá)受到了明顯抑制[29]。

干旱和高鹽脅迫條件下,異源表達(dá)CaWRKY27基因?qū)е铝梭w內(nèi)ABA合成、ROS解毒以及多胺合成相關(guān)基因下調(diào)表達(dá),植株的抗逆性減弱,而CaWRKY27基因的沉默植株則表現(xiàn)出相反的結(jié)果[30]。外源SA、ETH、MeJA以及青枯菌能夠誘導(dǎo)CaWRKY27基因的表達(dá),煙草中異源表達(dá)CaWRKY27基因顯著提高了其對(duì)青枯菌的抗性,沉默該基因則表現(xiàn)出相反的表型[31]。過(guò)表達(dá)CaWRKY20基因促進(jìn)抗逆相關(guān)基因CaNPR1、CaDEF1、CaACO、CaHsfA2和CaHSP24的表達(dá),沉默CaWRKY20基因,辣椒植株對(duì)青枯病的抗性顯著降低,異源表達(dá)CaWRKY20基因,煙草對(duì)青枯病的抗性顯著提高[32]。CaWRKY58編碼一個(gè)I型WRKY轉(zhuǎn)錄因子,在辣椒調(diào)節(jié)青枯菌侵染過(guò)程中發(fā)揮負(fù)向作用[33]。

CaWRKY40基因的表達(dá)受JA、SA、ETH、高溫高濕和青枯菌的誘導(dǎo),異源表達(dá)CaWRKY40基因顯著提高煙草對(duì)青枯菌以及高溫的耐受性,而辣椒CaWRKY40基因的沉默削弱了植株對(duì)青枯菌以及高溫的抗性[34]。CaWRKY22基因的表達(dá)受多種激素以及青枯菌的誘導(dǎo),直接參與CaPR1、CaDEF1、CaWRKY40等基因的調(diào)節(jié),與CaWRKY40之間表現(xiàn)出反饋調(diào)節(jié)關(guān)系,此外,CaWRKY22還與CaWRKY6、CaWRKY27和CaWRKY58存在復(fù)雜的調(diào)控關(guān)系[35]。CaWRKY6基因的表達(dá)受高溫、高濕、青枯菌、JA、ETH以及ABA的誘導(dǎo)表達(dá),能夠結(jié)合CaWRKY40基因啟動(dòng)子區(qū)的W-box(TTGACCY)元件[36]。何水林等[36-37]通過(guò)對(duì)CaWRKY40轉(zhuǎn)錄因子作用的靶基因進(jìn)行篩選,獲得了一批直接受CaWRKY40調(diào)節(jié)的基因,如CaC3H14、CaHIR1、CaPO2、CaDEF1、CabZIP53等,由此推斷辣椒CaWRKY40基因在調(diào)節(jié)青枯菌侵染的信號(hào)途徑方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。CaWRKY71與CaWRKY40二者相互作用,沉默CaWRKY71基因?qū)е驴共∠嚓P(guān)基因CaPR1、CaNPR1、CaDEF1、CaABR1等表達(dá)下調(diào),增強(qiáng)了辣椒對(duì)青枯菌的敏感性[38]。CaWRKY3基因在應(yīng)答青枯菌侵染過(guò)程中起負(fù)調(diào)節(jié)作用[39]。黃雪盈等[40]研究發(fā)現(xiàn),CaWRKY40b與CaWRKY40同源,青枯菌侵染后其表達(dá)水平發(fā)生顯著下調(diào),CaWRKY40b基因沉默植株對(duì)青枯菌的抗性顯著減弱;過(guò)表達(dá)CaWRKY40b-SRDX后(SRDX起嵌合阻遏作用)表現(xiàn)出相同的結(jié)果[41]。此外,CaWRKY40與CaCDPK15在轉(zhuǎn)錄水平上反饋調(diào)節(jié)辣椒對(duì)青枯菌的抗性[42]。根結(jié)線蟲是辣椒的主要病害之一,目前辣椒生產(chǎn)中根結(jié)線蟲抗性品種相對(duì)較少,鄭井元[43]通過(guò)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)獲得了2個(gè)應(yīng)答根結(jié)線蟲入侵的WRKY基因CaWRKY6和CaWRKY30,轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)證明CaWRKY30基因在應(yīng)答根結(jié)線蟲入侵過(guò)程中起負(fù)向調(diào)節(jié)作用,而CaWRKY6在應(yīng)答根結(jié)線蟲入侵中的作用不顯著。

3 bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族

3.1 CabZIP轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

bZIP轉(zhuǎn)錄因子是由其保守的堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域來(lái)命名,核心保守結(jié)構(gòu)域由基本區(qū)(basic region)和ZIP區(qū)組成,其中基本區(qū)含有結(jié)合DNA的N-x7-R∕K以及一個(gè)NLS(核定位信號(hào)),ZIP區(qū)由亮氨酸的七肽重復(fù)結(jié)構(gòu)(L-X6-L-X6)組成。bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族可以結(jié)合A-box(TACGTA)、T-box(AACGTT)、C-box(GACGTC)、G-box(CACGTG)以及Gcn4(G∕CTCA)順式作用元件。魏瑞敏等[44]將辣椒bZIP分為10個(gè)組,分布于辣椒11條染色體,含54個(gè)基因,分別具有0—11個(gè)內(nèi)含子。Gai等[45]在辣椒品種‘Zunla-1’和‘CM334’中分別篩選到了59個(gè)、55個(gè)完整的bZIP基因。

3.2 CabZIP轉(zhuǎn)錄因子參與辣椒抗逆

在干旱脅迫或者外源ABA處理?xiàng)l件下,馬鈴薯中異源表達(dá)辣椒bZIP轉(zhuǎn)錄因子CaBZ1基因,可促進(jìn)植株體內(nèi)抗逆相關(guān)基因CYP707A1、CBF、NAC-like的表達(dá),導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度、葉片失水速率、葉綠素含量顯著降低,產(chǎn)量顯著增加[46]。煙草中瞬時(shí)表達(dá)CabZIP1,可通過(guò)結(jié)合CaPR-1基因啟動(dòng)子區(qū)的G-box促進(jìn)PR-1基因表達(dá),參與辣椒抗病相關(guān)途徑的調(diào)節(jié)[47]。CaDILZ1(Capsicum annuum Drought-Induced Leucine Zipper1),屬于bZIP家族D組成員,該基因的表達(dá)受ABA、干旱、高鹽誘導(dǎo),與CaDSR1調(diào)控網(wǎng)絡(luò)共同參與辣椒抗旱過(guò)程[48]。CaASRF(Capsicum annuum ABA Sensitive RING Finger E3ligase1),編碼一個(gè)泛素連接酶,通過(guò)調(diào)節(jié)bZIP轉(zhuǎn)錄因子CaAIBZ1和CaAIBZ1的穩(wěn)定性正向調(diào)節(jié)植物的抗旱性,表明這兩個(gè)CabZIPs轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)節(jié)植物抗旱過(guò)程中發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)作用[49-51]。

煙草中異源表達(dá)CabZIP1可以提高煙草耐鹽能力,但對(duì)青枯菌表現(xiàn)敏感,辣椒中CabZIP1基因的沉默導(dǎo)致植株對(duì)鹽脅迫的敏感性增強(qiáng)而對(duì)青枯菌的抗性顯著增強(qiáng),此外過(guò)表達(dá)植株對(duì)ABA的敏感性顯著減弱[52]。CabZIP53為CaWRKY40轉(zhuǎn)錄因子的靶蛋白,青枯菌侵染誘導(dǎo)CabZIP53基因的表達(dá),VIGS介導(dǎo)的CabZIP53基因沉默植株在青枯菌侵染后,其體內(nèi)CaPR1、CaNPR1和CaHIR1等抗病相關(guān)基因發(fā)生下調(diào),削弱了辣椒對(duì)青枯菌的抗性[53]。青枯菌和高溫高濕環(huán)境能夠誘導(dǎo)CabZIP63基因的表達(dá),該基因通過(guò)結(jié)合自身以及CaWRKY40啟動(dòng)子區(qū)的C-box或者G-box參與調(diào)節(jié)其表達(dá)水平,沉默CabZIP63基因?qū)е旅庖咭约案邷叵嚓P(guān)基因的表達(dá)發(fā)生下調(diào)[54]。

Lee等[55]從黃單胞桿菌侵染后的辣椒材料中克隆了一個(gè)bZIP轉(zhuǎn)錄因子CAbZIP1基因,異源表達(dá)該基因顯著提高了擬南芥抵抗丁香假單胞菌(Pseudomonas syringaepv.tomatoDC3000)侵染能力,同時(shí)增強(qiáng)了植株抗旱、耐鹽以及抗氧化的能力。VIGS介導(dǎo)的CabZIP2基因沉默降低了與防御相關(guān)的基因CaBPR1和CaAMP1的表達(dá),增強(qiáng)了植株對(duì)黃單孢桿菌的敏感性,而過(guò)表達(dá)植株則表現(xiàn)出相反的表型[56]。Lee等[57]分離出辣椒輕斑駁病毒相關(guān)基因PPI1(pepper-PMMV interaction1),該基因?qū)儆赽ZIP轉(zhuǎn)錄因子家族成員,其表達(dá)受不親和輕斑駁病毒及黃單孢桿菌誘導(dǎo),非生物脅迫SA、MeJA、ABA和H2O2不影響其表達(dá),暗示著PPI1基因僅在防御方面發(fā)揮作用。

4 NAC轉(zhuǎn)錄因子家族

4.1 CaNAC轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類

NAC轉(zhuǎn)錄因子家族為植物所特有,該轉(zhuǎn)錄因子家族序列的N端包含一個(gè)高度保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和C端可變的激活結(jié)構(gòu)域,N端結(jié)構(gòu)域進(jìn)一步可以分為5個(gè)亞結(jié)構(gòu)域,根據(jù)結(jié)構(gòu)域和亞結(jié)構(gòu)域,NAC轉(zhuǎn)錄因子家族被分為兩組,I組和II組,這兩組可以進(jìn)一步分為14個(gè)和4個(gè)亞組[58]。Diao等[59]通過(guò)全基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)104個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子,這些轉(zhuǎn)錄因子主要集中在1、2、4、6號(hào)染色體上,共分為3組:I組中含有63個(gè)成員;II組中含10個(gè)成員;III組為茄科所特有,含有24個(gè)成員。CaNACs擁有0—8個(gè)內(nèi)含子,其中含2個(gè)以內(nèi)的內(nèi)含子數(shù)量的轉(zhuǎn)錄因子占到了78.9%(為83個(gè))。

4.2 CaNAC轉(zhuǎn)錄因子參與辣椒抗逆

目前關(guān)于辣椒NAC轉(zhuǎn)錄因子在抗逆方面的研究較少,CaNAC45基因的表達(dá)受干旱、高鹽、ABA、SA、MeJA脅迫誘導(dǎo)[60]。Oh等[61]發(fā)現(xiàn),CaNAC1通過(guò)不兼容的過(guò)敏性細(xì)胞壞死來(lái)提高植物對(duì)非寄主病原菌和病毒的防御反應(yīng)。刁衛(wèi)平等[62]通過(guò)轉(zhuǎn)錄組鑒定到了21個(gè)應(yīng)答疫霉菌侵染的NAC轉(zhuǎn)錄因子基因,其中18個(gè)屬于Group1、3個(gè)屬于Group2,暗示NACs參與辣椒對(duì)疫霉菌侵染的應(yīng)答。

CaNAC72基因的表達(dá)受多種植物激素、非生物逆境以及青枯菌的誘導(dǎo)表達(dá),煙草中異源表達(dá)CaNAC72基因顯著提高了植株對(duì)鹽脅迫的抗性,但對(duì)青枯菌的抗性顯著下降,暗示CaNAC72在參與調(diào)節(jié)逆境方面發(fā)揮雙重作用[63]。CaNAC35基因的表達(dá)受多種非生物逆境因子以及激素的誘導(dǎo)表達(dá),CaNAC35基因沉默的植株在低溫、高鹽和滲透脅迫下抗性顯著降低,過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株則表現(xiàn)出相反的表型[64]。CaNAC2基因受低溫、高鹽、ABA誘導(dǎo),此外滲透脅迫和水楊酸抑制了CaNAC2的表達(dá),基因沉默增強(qiáng)了其對(duì)冷脅迫的敏感性,但延緩了鹽脅迫下葉綠素的降解[65]。CaNAC36基因受乙烯、茉莉酸甲酯誘導(dǎo)表達(dá),甘露醇、高鹽以及水楊酸能夠抑制其表達(dá);煙草中表達(dá)CaNAC36顯著削弱了其對(duì)青枯菌以及鹽分的抗性[66]。Hou等[67]研究表明,CaNAC064基因正向調(diào)節(jié)辣椒對(duì)低溫的抗性。NAC轉(zhuǎn)錄因子CaBtf3(B transcription factor3)基因抑制了HR反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá),導(dǎo)致對(duì)Tobacco mosaic virus(TMV)-P0病原菌的抗性減弱,煙草中沉默CaBtf3的同源基因NtBtf3表現(xiàn)出相似的結(jié)果[68]。

5 MYB轉(zhuǎn)錄因子家族

5.1 CaMYB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

MYB轉(zhuǎn)錄因子序列中均含有一個(gè)高度保守的MYB保守結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域通常由0—4個(gè)不完全氨基酸序列重復(fù)(R)組成,每個(gè)重復(fù)區(qū)(R)包含約52個(gè)氨基酸,根據(jù)重復(fù)區(qū)(R)的數(shù)量,擬南芥中的MYB轉(zhuǎn)錄因子家族分為1R、2R、3R、4R共4個(gè)亞組[69]。居利香等[70]利用生物信息學(xué)方法從辣椒基因組中篩選到172個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子,1R、2R、3R、4R亞組中分別含有61、105、5個(gè)和0個(gè),此外,6R亞組為辣椒所特有。轉(zhuǎn)錄因子基因分布于辣椒的12條染色體上,絕大部分分布于染色體的末端,尚有14個(gè)MYB基因的染色體定位信息不清楚。此外,MYB基因含有0—5個(gè)內(nèi)含子,其中含有2個(gè)內(nèi)含子的基因數(shù)目占比47%。

5.2 CaMYB轉(zhuǎn)錄因子參與辣椒抗逆

MYB轉(zhuǎn)錄因子家族基因在花青素、果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育、品質(zhì)等方面的調(diào)控作用比較多,而花青素與植物的品質(zhì)和抗逆性密切相關(guān)[71]。辣椒R2R3類型的轉(zhuǎn)錄因子CaMYB基因受多種脅迫處理表達(dá),如高鹽、低溫、干旱、ABA等[72]。CaPHL8基因沉默后,與防御相關(guān)的標(biāo)記基因的轉(zhuǎn)錄水平降低,植株對(duì)青枯菌的免疫力降低,生長(zhǎng)受到抑制,表明CaPHL8基因正向調(diào)節(jié)辣椒對(duì)青枯菌的抗性[73]。Mishra等[74]發(fā)現(xiàn)1個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子基因CaMYB在高抗材料中的表達(dá)水平極顯著高于敏感材料。以上結(jié)果均表明,辣椒MYB轉(zhuǎn)錄因子家族在應(yīng)答逆境脅迫方面也發(fā)揮著重要作用。

6 展望

轉(zhuǎn)錄因子家族基因在不同植物中往往在功能上存在相關(guān)性,如擬南芥和水稻中bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族中的A組成員參與ABA信號(hào)途徑,調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉以及種子萌發(fā)等過(guò)程,辣椒bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族中的A組成員可能也具有相似的功能。不同轉(zhuǎn)錄因子(家族)在同一脅迫下可能發(fā)揮相同作用,這些轉(zhuǎn)錄因子間的調(diào)控存在著復(fù)雜的交叉作用,如Hwang等[75]從辣椒中分離出317個(gè)受冷脅迫相關(guān)的基因,包括AP2∕ERF、WRKY、bZIP等轉(zhuǎn)錄因子家族的基因。申磊[76]通過(guò)ChIP試驗(yàn)揭示了CabZIP63能夠結(jié)合CaWRKY40基因的啟動(dòng)子區(qū),參與CaWRKY40應(yīng)答的青枯菌以及高溫途徑;CabZIP、CaMYB、CaWRKY等基因同時(shí)參與對(duì)炭疽病的應(yīng)答;AP2轉(zhuǎn)錄因子CaPF1參與凍害和病原菌脅迫途徑[16-18,74]。此外,茄科或者辣椒所特有的轉(zhuǎn)錄因子參與的調(diào)控途徑可能為種屬所特有[77-78]。

盡管辣椒中多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子被鑒定,然而大多數(shù)僅在表達(dá)層面作出了分析,關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子在逆境中的功能研究相對(duì)有限,近年來(lái)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展非常迅速,研究者們對(duì)辣椒的遺傳轉(zhuǎn)化也做了非常多的探索性工作,成功誘導(dǎo)出愈傷組織并分化出葉片,但很少能分化出根,這在很大程度上限制了辣椒基因功能的研究與利用。未來(lái)突破辣椒轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及抗逆相關(guān)基因的挖掘和鑒定,對(duì)于改良辣椒品種、培育抗逆性強(qiáng)的辣椒品種具有重要意義。