DREB/CBF轉錄因子植物抗逆性研究進展

董亞茹，王應民，王向譽

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

DREB/CBF轉錄因子植物抗逆性研究進展

董亞茹1，王應民2，王向譽1

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

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

DREB/CBF；轉錄因子；抗逆性；進展

在干旱、高鹽和低溫等逆境條件下，植物自身會發(fā)生一系列生理生化、基因誘導表達及發(fā)育方面的應答反應來減少逆境對細胞的損傷。不同于對病蟲害的抗性，植物對非生物脅迫的反應受到多個因子的影響，因此要提高植物對逆境環(huán)境的抗性要從一些關鍵的轉錄調(diào)節(jié)因子著手。DREB/CBF轉錄因子是目前研究的較為深入和廣泛的抗逆轉錄因子，在植物應對逆境脅迫方面發(fā)揮重要作用[1,2]。DREB/CBF轉錄因子能特異結合DRE/CRT順式作用元件，在植物受到低溫等逆境脅迫時，DREB/CBF轉錄因子誘導并激活一系列依賴DRE/CRT順式作用元件的下游抗逆功能基因的表達，從而增強植物對不良環(huán)境的抗逆性[3]。

1 DREB/CBF轉錄因子的結構特征

DREB(dehydration responsive element binding protein)，即干旱應答元件結合蛋白，包含一個AP2/EREBP 結合域，屬于AP2/ERE轉錄因子家族的一個亞家族。與其他家族蛋白不同，該類蛋白還含有兩段保守的氨基酸序列PKRPAGRTKFRETRHP和DSAWR。其N端呈堿性是核定位信號區(qū)，C端呈酸性是轉錄激活區(qū)域，在這兩段序列的中間是一個由58個氨基酸組成的AP2/ERE結構域，該結構域分為YRG和RAYD兩個元件(CBF信號)。組成YRG元件的氨基酸大部分為堿性，有利于對DNA的結合，而RAYD元件中含有由18個氨基酸組成的α-雙親螺旋的核心區(qū)域[4-7]。編碼DREB/CBF轉錄因子的基因中均不含內(nèi)含子。根據(jù)其結構特征，進一步將DREB轉錄因子分成了A-1～A-6六個亞組，其中A-1和A-2是2個最大的亞組，包括DREBl/CBF(CBF1、CBF2、CBF3、CBF4、CBF5和CBF6)和DREB2 兩類基因，每個亞組中的成員在植物中發(fā)揮不同的作用[8-11]。

2 DREB/CBF轉錄因子的表達調(diào)控

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

3 DREB/CBF轉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，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轉錄因子。轉錄調(diào)控基因可以通過調(diào)控一系列與逆境相關的功能基因的表達，明顯提高植物對逆境的抵抗能力。DREB/CBF轉錄因子一直受到廣泛關注，隨著分子生物學技術的不斷進步，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，另一方面通過基因工程得到了許多抗性增強的轉基因植株(表1)。

一系列的轉基因研究結果表明，DREB/CBF轉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用價值，其在木本植物中的應用研究也逐漸開展起來，并得到了許多木本抗逆品種。

4 小結

低溫和干旱等逆境條件在很大程度上影響植物的生長、發(fā)育、生存及分布。DREB/CBF轉錄激活因子可以調(diào)控多個與植物干旱、高鹽及低溫耐性相關的功能基因的表達。利用DREB/CBF轉錄因子改良植物抗逆性成為人們研究的熱點，人們對CBF冷響應基因調(diào)控途徑的基礎理論和轉基因育種應用已經(jīng)有了深入研究。然而低溫下信號轉導過程中仍有很多細節(jié)尚不清楚，許多可能的調(diào)控因子與分子互作機制尚待探索和發(fā)掘。并且其研究的對象主要集中在草本植物中，在木本植物中的研究相對較少，其在木本植物中是否也發(fā)揮同樣的作用，需要研究者們進一步研究證明。隨著對CBF基因家族研究的日益深入和基因工程技術、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用，并扮演更為重要的角色。利用DREB/CBF轉錄因子來改良植物抗逆性比起單純使用下游的某種單基因來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途徑，具有廣闊的應用前景[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)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項目“海水農(nóng)業(yè)關鍵技術”(CXGC2016B10)；山東省農(nóng)業(yè)重大應用技術創(chuàng)新項目(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(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