參與植物非生物逆境響應的DREB/CBF轉錄因子研究進展

劉坤 李國婧 楊杞

（1. 內蒙古農業大學農學院，呼和浩特 010019；2. 內蒙古農業大學生命科學學院，呼和浩特 010019）

植物生長和發育的環境十分復雜，常常遭受如干旱、澇害、高鹽堿、重金屬（鉛、Al3+、Cd2+、Fe2+）、極端溫度以及對流層臭氧等逆境脅迫，嚴重時甚至會導致植物死亡，造成農作物大量減產，從而嚴重影響農業生產效益和生態環境。因此，提高植物抗逆性，降低逆境對植物的傷害，闡明植物抗逆機理意義重大。為應對外界不利環境，提高對逆境的適應性，在進化過程中，植物通過調節相關基因和功能蛋白的表達，激活體內免疫防御應答機制，提高自身對外界環境的適應性［1］。轉錄因子（反式作用因子）是植物中最重要的一類DNA結合蛋白，能夠與啟動子區域順式作用元件（即特定的DNA序列）特異性結合，在時間和空間上協同調控下游基因的表達；或者通過轉錄因子之間以及與其他相關蛋白之間的相互作用，激活或抑制基因轉錄［2］。近幾十年來，科學家們已經相繼從許多種植物中分離出一系列調控生物以及非生物脅迫基因表達的轉 錄 因 子，包 括AP2/ERF、bHLH、bZIP、MYB、WRKY、NAC、TCP等，其中，AP2/ERF是植物中廣泛存在的一類轉錄因子超家族，含有AP2/ERF結構域，具有DNA結合功能，與植物的生長發育及逆境脅迫響應密切相關［3］。DREB轉錄因子屬于AP2/ERF轉錄因子超家族的一個亞家族，能夠與DRE/CRT（dehydration responsive element/C-repeat）順式作用元件或具有DRE元件的核心序列（CCGAC）特異結合，故DREB轉錄因子又被稱作CBF（C-repeat binding factor）轉錄因子。已有研究表明，DREB轉錄因子參與調控逆境響應基因表達，介導非生物脅迫信號的轉導［4］。本文將從DREB轉錄因子結構特征、分類以及逆境脅迫應答等多個角度，對近幾十年特別是近5年來國內外有關DREB類轉錄因子在植物抗逆領域中的作用及研究進行綜述，以期為全面了解植物抗逆分子機制提供參考。

1 AP2/EREBP轉錄因子家族的結構特征

AP2/EREBP（APETALA2/ethylene responsive element binding protein）或AP2/ERF（APETALA2/ethylene responsive factor）參與植物的生長發育、激素調控、病原反應、逆境脅迫應答等相關生物學過程，這類轉錄因子的DNA結合域均為保守的AP2/EREBP結構域（簡稱AP2結構域），因而統稱為AP2/EREBP或者AP2/ERF轉錄因子［5-6］。AP2結構域長度為57-70個氨基酸殘基，其典型的三維結構是由1個雙親性的α-螺旋和3個反向平行的β-折疊所構 成［7-8］。此外，在AP2結構域的N-末端和C-末端上還分別含有YRG和RAYD保守元件，長度分別為19-22個和43個氨基酸殘基。這兩個元件對于AP2/ERF轉錄因子識別下游特異性DNA序列非常重要［8］。Sakuma等［9］依據AP2結構域的相似性以及數量將擬南芥AP2/ERF轉錄因子家族分為5個亞家族，包括AP2、DREB（dehydration responsive element binding protein）、ERF（ethylene response factor）、RAV（related to ABI3/VP1）和Soloist類。AP2亞家族含有2個相似度很高的且串聯的AP2結構域，DREB和ERF亞家族均含有1個AP2結構域，其中DREB亞家族AP2結構域第14位和第19位氨基酸為Val和Glu，而ERF亞家族AP2結構域第14位和第19位氨基酸為Ala和Asp，序列的細微差別直接影響到轉錄因子與下游DNA序列結合的特異性［10-12］。 DREB轉錄因子能夠與啟動子區域DRE/CRT元件結合，參與植物逆境脅迫應答過程。DRE/CRT基序含有6 bp的保守核心序列：A/GCCGAC，該序列在干旱響應基因RD29A（responsive to desiccation 29A）的啟動子上首次被發現，并且已有研究表明，RD29A能夠在干旱、高鹽和低溫的誘導下表達水平升高［13］。而ERF亞家族能夠特異性識別GCC-box（A/GCCGCC），從而調控植物對乙烯、病菌侵害以及非生物脅迫的應答反應［14］。另外，DREB和ERF亞家族又各進一步分別細分為6個組，A1-A6組和B1-B6組［9］。RAV亞家族包含1個AP2結構域和1個B3結構域，Soloist類中也含有1個AP2結構域，但是其氨基酸序列和結構與其他亞組相差甚遠，且Soloist類的AP2結構域中不含有WLG基序［15］。

2 DREB轉錄因子的特點與分類

不同物種間DREB轉錄因子的AP2結構域具有較高的相似性，尤其是在序列的中間位置相似性較高，而在結構域的兩端相似性較差。DREB A1組轉錄因子羧基末端包含高度保守的LWSY序列，在AP2結構域的上游具有核定位信號（NLS）PKK/RPAGRxK -FxETRHP，在結構域的下游包含DSAWR基序［16］。DREBA2組與A1組相比略有不同，在序列的羧基端包含保守GDDGFSLFxY序列，在AP2結構域上游包含保守PKK-like核定位信號，序列為RKxPAKGSKKGCMxGKGGP ENxx，結構域下游沒有出現特異性序列。DREB A3組轉錄因子在序列的羧基端包含高度保守的GSIWDxxDPFF序列，同時在AP2結構域上游包含RKxxxxKGGPxNxKF保守序列。DREB A4和A5組結構域中無特異性序列出現。DREB A6組轉錄因子在羧基末端包含保守KYPSxEIDW序列［17-18］，在基因結構中間位置富含絲氨酸和蘇氨酸，并且與AP2結構域相鄰，在特定條件下可被磷酸化［17，19］。

不同組的DREB轉錄因子對于識別下游DRE/CRT基序核心序列A/GCCGAC的特異性不同，有學者研究發現，將序列中第二個A突變為C或者T時，或者將第3位C突變為T時，DREB1A依然可以結合DRE核心序列，而DREB2A則失去結合能力［9］。此外，將DREB1A AP2結構域上的谷氨酸（E）突變為谷氨酰胺（D）后，其依然能夠結合DRE/ CRT元件，但不能識別GCC-box；如果將纈氨酸（V）突變為丙氨酸（A），則不能特異性識別DRE/CRT元件和GCC-box。結果表明，DREB 1A轉錄因子第14位纈氨酸（V）在識別下游啟動子作用元件中具有十分重要的作用。然而，如果將DREB2A中第14位的V和第19位的E任意突變一個，DREB2A就失去了與DRE/CRT元件結合的能力，表明這兩個氨基酸在調控DREB2A基因特異性結合下游DNA序列上均具有重要的作用［9］。

有學者根據DREB轉錄因子序列的結構與特點，對擬南芥中DREB A1組成員進行了更為細致的分類，其中，DREB A1組共包含6個成員，分別為CBF1（C-repeat-binding factor 1）/DREB1C、CBF2/ DREB1B、CBF3/DREB1A、CBF4/DREB1D、DDF1（dwarf and delayed-flowering 1）/DREB1E和DDF2/DREB1F。根據基因功能的不同，這6個成員又被分為兩組：其中一組CBF1/DREB1C、CBF2/DREB1B、CBF3/DREB1A為第1類，另一組CBF4/DREB1D、DDF1/DREB1F和DDF2/DREB1E為 第2類［20-23］。DREB A2組有8個成員，按照基因間親緣關系可以被分為3小組，第1小組為DREB2A、DREB2B、DREB 2C、DREB 2E和DREB 2H，第2小 組 為DREB2D和DREB2G，第3小組為DREB2F。與擬南芥相比，水稻（Oryzae sativa）DREB A2組包含6個成員，其中，OsDREB2A和OsDREB2B為第1類，OsDREB2C為第2類，OsDREB2E為第3類，OsABI4為第4類，而OsDREB2D基因的序列明顯不同于其他OsDREB2s基因序列，故未將其進行分類［24-25］。擬南芥DREB A3組只有一個成員ABI4，但由于其與水稻DREB A2組中第4類成員OsABI4相似性較高，有人也將其歸為DREB A2組的第4類［24］。擬南芥DREB A4組有16個成員，包括TINY和TINY2等［26］。DREB A5組也有16個成員，包括RAP2.1（related to AP2 1）、RAP2.9（related to AP2 9）和RAP2.10（related to AP2 10）等［8］。DREB A6組有9個成員，其中包括RAP2.4（related to AP2 4）等［9］。

3 DREB轉錄因子家族鑒定與分析

早在2002年，Sakuma等［9］就報道擬南芥中含有145個AP2/ERF轉錄因子，其中，DREB亞家族共56個成員，占總數的38.6%，其中A1-A6組成員數量分別為6、8、1、16、16和9個。另外，ERF亞家族共有65個成員，AP2亞家族共有17個成員，RAV亞家族共有6個，以及1個Soloist成員：AL079349。2006年，Nakano等［15］又在Sakuma的研究基礎上進行了更進一步分析，發現在擬南芥中共有147個AP2/ERF轉錄因子成員，其中包含在Sakuma等研究中未發現的AP2亞家族成員At5g60120以及ERF亞家族成員At1g22190。Soloist亞家族基因為At4g13040，這與Sakuma等［9］的研究結果一致。另外，Nakano等［15］將Sakuma等分類中的DREB和ERF 2個亞家族分為1個家族，命名為ERF家族，其中Group I-Group IV為DREB亞家族成員，數量為57個，Group I（A6）、Group II（A5）、Group III（A1、A4、A5）、Group IV（A2、A3） 組成員數量分別為10、15、23和9個。

目前，國內外學者對DREB轉錄因子家族的報道較多，涉及的植物種類較為廣泛，涵蓋了禾本科、豆科、十字花科、楊柳科等。然而，對于同一種植物，不同學者可能有不同的看法，例如Song等［27］研究發現，油菜（Brassica rapa）中AP2/ERF轉錄因子超家族成員的數量為291個，其中DREB轉錄因子的數量為107個，占36.77%；而其他學者則認為，油菜中AP2/ERF轉錄因子超家族成員的數量是281個，其中DREB轉錄因子為105個，占37.37%［28］。茍艷麗等［1］、邵文靖等［29］和張麟等［3］認為茄科作物馬鈴薯含有246個AP2/ERF轉錄因子家族成員，其中DREB類轉錄因子為58個，占23.58%；番茄中共含有190個AP2/ERF轉錄因子家族成員，DREB類轉錄因子占23.16%，數量為44個。而Charfeddine等［30］和Sharma等［31］研究表明，馬鈴薯和番茄中分別含有181和112個AP2/ERF轉錄因子，其中DREB類分別為65和25個，占比為35.91%和22.32%。Nakano等［15］研究表明，在水稻中AP2/ERF轉錄因子家族基因共有157個，其中DREB轉錄因子共有56個，占35.67%；而Sharnoi等［32］持不同觀點，他認為水稻中有163個AP2/ERF轉錄因子，其中DREB轉錄因子共有57個，占34.97%（表1）。另外，二穗短柄草（Brachypodium distachyon）、毛竹（Phyllostachys edulis）等植物中也存在類似問題，究其原因可能是：第一，存在可變剪接。有學者認為，雖然來源相同，但是可變剪接體在DNA序列上就存在差異，每一種剪接體都應該被認為是單獨的一個基因家族成員，而有的學者則認為只要可變剪接體的來源是相同的，就認為是家族中的一個基因。第二，AP2結構域的差異。AP2/ERF轉錄因子基因結構上含有典型的AP2結構域，對于只含有AP2結構域的基因均歸為AP2/ERF轉錄因子家族成員，但一些人認為，基因結構上除了含有AP2結構域之外，如果還具有其他的結構域，那么也要歸為AP2/ERF轉錄因子家族中。第三，AP2結構域的完整性。對于一些AP2/ERF結構域完整性較低的基因，一些學者認為也可以歸為家族成員中，而有的學者只對具有完整AP2結構域的基因進行了統計。

表1 不同植物AP2/ERF類轉錄因子總結Table 1 Summary of AP2/ERF transcription factors in different plants

4 DREB轉錄因子在非生物脅迫中的功能

植物DREB類轉錄因子能夠響應非生物脅迫，能夠在逆境條件下提高植物的抗逆性。同時，DREB類轉錄因子對植物激素信號也非常敏感，在植物激素信號轉導通路中具有重要作用［13］。

4.1 低溫及冷脅迫響應機理及功能

農作物遭受低溫及冷害后會大幅減產，作物的品質也會受到影響，如何提高植物在冷害脅迫條件下的抗性一直以來備受人們關注。近幾年，人們對于植物冷脅迫耐受調控機理也進行了深入研究。外界冷信號刺激質膜上鈣離子通道（Ca2+channel）、蛋白激酶（protein kinases）以及COLD1（cold sensor chilling-tolerance divergence 1）冷響應受體。蛋白激酶OST1（open stomata 1）、MPK3/6（mitogen-activated protein kinase 3/6）以及BIN2（brassinosteroid-insensitive 2），E3連接酶HOS1（high expression of osmotically responsive genes）、PUB25/26（U-box type E3 ubiquitin ligases 25/26）和SUMO E3（small ubiquitinrelated modifier E3）連接酶SIZ1（SAP and MiZ1）等在翻譯后水平參與調控ICE1（inducer of CBF expression 1）和MYB15（myeloblastosis 15）等關鍵轉錄因子的活性。ICE1屬于bHLH轉錄因子家族，能夠識別CBFs基因啟動子區域的MYC元件［48］，激活CBFs基因的表達，激活后的CBFs可以直接與冷防御基因如CORs（Cold regulated）上的DRE/CRT元件結合，激活CORs基因的表達，最終通過激活抗冷蛋白或ROS清除系統，增強植物的抗冷性［49］。MYB15是MYB轉錄因子家族中的一個抑制子，其可以與ICE1相互作用，進而識別CBF基因啟動子區域的Myb識別元件，抑制CBFs基因表達［50］。

在冷脅迫下，COLD1能夠與RGA1（rice G-pro- tein α subunit 1）亞基互作，激活下游第二信使，如Ca2+信號等，隨后將信號級聯傳遞給蛋白激酶，如OST1等。OST1磷酸化ICE1，使ICE1變為激活態，最終激活CBFs基因表達［51］。除了ICE1外，近期研 究 發 現，BTF3（basic transcription factor 3）和BTF3L（BTF3-like）也是OST1的催化底物。BTF3蛋白是新生多肽相關復合物的β亞基，能夠提高植物的抗冷性。OST1能夠磷酸化BTF3和BTF3L，促使BTF3蛋白與CBFs轉錄因子互作，使CBFs蛋白在冷脅迫下更穩定［52］。另外，在外界冷信號到來時，OST1也同樣受到ERG2（clade E growth regulating 2）的調控。ERG2屬于PP2C（type 2C（clade E）protein phosphatase）蛋白家族，該蛋白家族在植物響應非生物脅迫以及激素調節過程中發揮著重要作用，但其行使功能不依賴于ABA［51］。

研究發現，冷信號途徑中的一些重要組分可能會被E3泛素連接酶識別，進而使其泛素化并且通過26S蛋白酶體途徑降解。然而最近有研究報道，CBF轉錄因子同樣也會經過26S蛋白酶體途徑而降解。在冷脅迫下，CRPK1（cold-responsive protein kinase 1）磷酸化14-3-3蛋白使其從質膜轉移到細胞核，進入細胞核的14-3-3蛋白與不穩定的CBFs轉錄因子結合，從而減弱CBF通路的表達，避免對冷脅迫產生過度響應［53］。此外，在冷脅迫下，有活性的OST1可以磷酸化2個U-box型E3泛素連接酶PUB25和PUB26，增強其泛素連接酶活性，激活MYB15的泛素化降解途徑，從而正調控冷脅迫［54］。

植物DREB轉錄因子的6個亞家族中，A1亞家族成員（CBF/DREB1s）對冷脅迫敏感，幾乎都能夠受到冷脅迫的誘導，能夠調控冷脅迫相關基因的表達，如COR47和COR15a等［55-57］。研究表明A1亞家族成員在擬南芥4號染色體上是串聯排列 的［20，58］，為闡明DREB/CBF轉錄因子抗冷機理提供了思路。有學者通過CRISPR-Cas9技術獲得擬南芥cbf123三突變體株系，經冷凍脅迫后證實cbf123株系不耐受冷凍脅迫［59］，而CBFs雙突變體的表型則略有差異。擬南芥cbf23雙突變體對冷脅迫十分敏感，而cbf13雙突變體對冷脅迫沒有響應。Jia等［60］利用相同技術獲得擬南芥CBFs三突變體幼苗，也命名為cbf123，并發現三突變體cbf123在低溫冷馴化后對冷凍脅迫的敏感性要比單突變體cbf2、cbf3以及雙突變體cbf13強，以上結果表明，擬南芥DREB A1家族CBF/DREB1s參與植物應對冷脅迫信號，且由于CBF1、CBF2、CBF3在染色體上屬于串聯排列，所以在冷脅迫信號響應過程中存在一定的功能冗余，且CBF2要比CBF1和CBF3在冷馴化依賴的冷凍耐受方面發揮更重要的作用。但是，目前對于CBFs基因功能的研究存在不同的觀點，如Novillo等［61］結果表明，將擬南芥CBF2突變掉后，植株對冷脅迫的耐受力增強，而將擬南芥CBF1和CBF3一起突變后，植株對冷脅迫的耐受力減弱［62］，該結果與Jia等［60］結果一致。Zhao等［59］則認為cbf2突變體對冷脅迫稍有敏感，而擬南芥雙突變體cbf1cbf3對冷脅迫不敏感。作者對可能的原因進行了分析，擬南芥CBFs基因在染色體上的排列方式是串聯的，對其中1或2個基因進行突變時，其他基因可能會受到影響。另外，在CBFs基因的周圍含有許多基因表達調控的關鍵元件，基因的突變會影響關鍵調控元件的激活，進而影響擬南芥突變體的表型。所以，CBFs基因間復雜的調控關系還有待進一步的研究和驗證［51，63］。

除了DREB A1組外，其他組DREB轉錄因子則對冷脅迫不十分敏感。DREB 2A不受低溫誘導，但受干旱和高鹽誘導［19］。過表達DREB 2A轉基因擬南芥輕微提高對冷害的抗性，顯著提高對干旱的耐受性［64］。狼尾草（Pennisetum glaucum）中DREB A2型轉錄因子PgDREB2A在冷脅迫下的表達水平明顯比鹽和干旱處理后要高，在處理12 h時表達量最高，是對照組的3倍［65］。水稻OsDREB2B受冷脅迫快速誘導，而OsDREB2A受熱、干旱和高鹽的誘導，卻不受冷誘導［24］。胡楊（Populus euphratica）DREB A2組成員PeDREB2受冷、干旱和高鹽的誘導［66］。另外，狗牙根（Cynodon dactylon）BeDREB1和BeDREB2、銀 新 楊（Populus alba×P. alba var. pyramidalis）PaDREB2、小 麥TaWDREB2以 及 玉米ZmDREB2A等多種DREB A2組基因均能夠受到冷脅迫的誘導［67-70］。擬南芥AtTINY屬于DREB A3型，受到干旱脅迫、冷脅迫、乙烯、ABA的強烈誘導，過表達AtTINY后，擬南芥植株矮小且發育遲緩，冷脅迫相關基因COR6.6、COR15A和COR78等上調表達［71］。大豆GmDREB2和GmDREB3均屬于DREB A5組成員，均受低溫脅迫的誘導，其中，GmDREB3對冷脅迫響應較為迅速，處理0.5 h后即有明顯響應，且不受干旱，高鹽和ABA的誘導，與DREB A1組基因的表達模式較為相似。過表達GmDREB3擬南芥在冷脅迫下的存活率高于野生型［72-73］。Figueroa-Ya?ez等［74］研究發現，番木瓜（Carica papaya）CpRap2.1、CpRap2.4a、CpRap2.4b和CpRap2.10受冷脅迫快速誘導，冷脅迫15 min后，基因表達量即有明顯提升，將這4個基因轉化煙草發現，在冷脅迫處理下，轉基因煙草的耐冷性明顯優于野生型。以上結果表明，DREB類轉錄因子在植物響應冷脅迫信號應答途徑中具有十分重要的功能。

4.2 干旱、鹽和熱響應機理及功能

DREB轉錄因子在響應干旱、鹽及熱脅迫的過程中發揮著重要的作用，尤其是DREB A2組成員，如DREB2A對干旱和高鹽誘導較為敏感，而對低溫誘導不敏感，過表達DREB2A擬南芥顯著提高植株對干旱的耐受性［64］。DREBA2組轉錄因子的表達水平在PI-PLC/PA阻遏途徑或DRIP1/2參與的泛素化途徑的作用下能夠維持在一個相對穩定的水平［75］，當遭遇干旱、鹽以及熱脅迫時，核內AREB（ABAresponsive element-binding proteins）、HSF（heat shock transcription factor）及GRF（growth regulation factor）等相關轉錄調控因子與DREB2s調控元件相結合，啟動其轉錄并翻譯成無活性的蛋白，同時被運出細胞核。無活性的蛋白在去磷酸化或者是將PEST序列移除后變成有活性的蛋白。PEST是脯氨酸（proline，P）、谷氨酸（glutamic acid，E）、絲氨酸（serine，S）、蘇氨酸（threonine，T）的縮寫［76］，該序列存在于AP2結構域周圍，較為保守，是一種負調控因子（negative regulatory domain，NRD）［64］，富含絲/蘇氨酸和磷酸化位點，可被蛋白激酶C或酪蛋白激酶2磷酸化［76］。當NRD上的絲/蘇氨酸位點被磷酸化后［77］，其可充當DREB2類轉錄因子降解的信號肽，蛋白將被迅速降解［78］。相反，有研究發現，從擬南芥DREB2A蛋白上移除NRD，該蛋白變成一種穩定且激活的狀態，能夠與下游多種調控因子如HSF、AREB等相結合，調控植物的級聯反應，提高植物的抗逆性。由于是組成型過表達，所以轉基因擬南芥植株出現生長退化的表型［79］。

在干旱脅迫方面，東京大學Kazuko Yamaguchi-Shinozaki教授團隊做出了重要貢獻。在正常生長條件下，擬南芥DREB2A蛋白穩定性較差，而干旱和熱脅迫下，BPM（BTB/POZ AND MATH DOMAIN proteins）敲除株系中DREB2A蛋白明顯積累，且其靶基因表達量明顯升高，進一步研究發現BMP能夠識別DREB2A蛋白上的NRD（negative regulatory domain）結構域，從而通過E3泛素連接酶途徑降解DREB2A，該結果探明了擬南芥DREB2A依賴于NRD降解的主要原因［80］。Kudo等［81］研究表明，過表達DREB1A和OsPIL1擬南芥抗旱性明顯提高，表型類似于過表達DREB1A植株，且轉錄組和代謝組數據表明，雙過表達株系中非生物脅迫相關基因（如RD29A、COR15A等）表達量明顯升高，可溶性固形物如糖類、氨基酸等均有明顯積累。Kidokoro等［82］分析了大豆基因組數據庫，鑒定出14個DREB1型轉錄因子（GmDREB1s），結果表明，多數GmDREB1受多種非生物脅迫（包括冷、干旱、高鹽和熱等）誘導，另外，通過分析轉錄組數據發現，過表達GmDREB1B、GmDREB1C、GmDREB1F擬南芥RD29A、RD17、COR15A等表達量明顯上調，這與過表達GmDREB1A轉基因擬南芥的結果類似，且干旱脅迫處理下，轉GmDREB1F擬南芥存活率明顯高于對照。在水分缺乏條件下，轉擬南芥AtDREB2A大豆中，AtDREB2A表達量明顯升高，尤其是在大豆根部，基因表達量最高，且穩定性最強［83］。Mizoi 等［84］發現一個新的大豆DREB A2組基因GmDREB2A；2，其受到干旱、熱和低溫脅迫的誘導，干旱脅迫下轉GmDREB2A；2擬南芥存活率明顯高于轉空載體擬南芥。Reis等［85］和Souza等［86］在甘蔗中過表達AtDREB2A，并在溫室和大田條件下進行干旱脅迫處理，與對照相比，轉基因甘蔗下游干旱脅迫相關基因表達量升高，且葉片相對含水量、水勢以及光合速率也顯著高于對照，植株蔗糖含量和出芽率也明顯提高，大田試驗結果表明，轉基因甘蔗表現出更高的產量和生產力。綜上所述，室內和室外田間試驗結果均證實，DREB1型和DREB2型轉錄因子參與調控植物響應干旱脅迫應答。

在鹽脅迫下，水稻根特異性誘導DREB轉錄因子SERF1（salt responsive ERF1）通過MAPK級聯信號通路介導植物對高鹽脅迫的響應，過表達OsSERF1后，植株耐鹽性明顯提高［87］。水稻Os- DREB1A和OsDREB1B能夠被冷脅迫誘導，且Os-DREB1B也受甘露醇、NaCl和PEG的誘導，過表達水稻OsDREB1A能夠提高擬南芥的耐鹽性和抗旱性，同時，過表達OsDREB1B能夠顯著提高轉基因煙草的抗逆性［88-89］。轉擬南芥AtDREB1C丹參與野生型相比抗旱性更強，SOD、POD、葉綠素含量顯著升高，MDA含量顯著降低［90］。木薯MeDREB1B受鹽、PEG強烈誘導，過表達MeCBF1/DREB1B明顯增強了轉基因木薯對于冷害、氧化脅迫以及干旱脅迫的耐受性［91］。馬鈴薯StDREB1和StDREB2分別屬于DREB A4和A5組，受干旱、鹽及滲透脅迫誘導，與對照相比，轉StDREB1和StDREB2馬鈴薯具有更強的耐鹽性，且轉StDREB1的馬鈴薯抗旱性更強，同時，兩種轉基因馬鈴薯中脅迫相關基因表達水平明顯升高［92-93］。除了DREB 1型轉錄因子外，棉花DREB A4組成員GhDPB3與擬南芥AtTINY2的表達模式類似，受到干旱和鹽脅迫的快速誘導［94］。Liang等［95］在真蘚（Bryum argenteum）中發現一種苔蘚類物種中特有的DREB轉錄因子，命名為BaDBL1。從結構分類上看，BaDBL1不屬于DREB A1-A6組。BaDBL1受干旱、鹽、冷、ABA的誘導。鹽脅迫下，轉BaDBL1基因擬南芥耐鹽性、抗氧化酶系統（SOD、POD、CAT）以及下游脅迫相關基因（AtRD29A、AtCOR15A和AtLEA）表達水平明顯上調。此外，Liang等［96］和Li等［97］發現，在擬南芥中過表達真蘚DREB A5組基因ScDREB8和ScDREB10能增強擬南芥種子萌發率和耐鹽性，究其原因主要是下游脅迫相關基因的表達水平升高以及ROS清除系統酶活性的增強。

此外，DREB轉錄因子對熱脅迫也有明顯的響應，大豆GmDREB2A、苜蓿MtDREB2A和擬南芥AtDREB2A受干旱、鹽和熱脅迫誘導，轉基因植株對干旱、鹽以及熱脅迫的耐受性明顯增強［64，84，98］。玉米ZmDREB2A受熱脅迫誘導，轉基因株系耐熱性明顯提升［68］。轉基因擬南芥中超表達DREB2C后，熱響應相關基因表達量升高，說明DREB2C參與植株熱脅迫應答途徑［99］。木瓜CpRap2.1、CpRap2.10、CpRap2.4a和CpRap2.4b均對熱脅迫敏感，其中CpRap2.4a和CpRap2.4b也受到冷脅迫的誘導。在熱脅迫下，轉CpRap2.4a、CpRap2.4b、CpRap2.1和CpRap2.10煙草幼苗存活率明顯高于野生型［74］。將禾本科植物穇子（Eleusine coracana）DREB2A轉入煙草中發現，轉基因煙草耐42℃高溫，不耐鹽和滲透脅迫，其耐熱機制主要是通過增強體內抗氧化酶（SOD、CAT、GR和POD等）活性，從而提高植株耐熱性。此外，在熱脅迫下，轉基因煙草生長發育、形態以及生理生化指標都優于野生型［100］。過表達和基因沉默番茄（Solanum lycopersicum）DREB A4組基因SiDREBA4后，轉基因微型番茄通過調節滲透物質含量、耐逆激素水平和抗氧化酶活性，從而改變植物的耐熱性，且SiDREBA4還能夠參與調控下游許多熱激蛋白（Hsp）的表達［101］。與番茄類似，同源過表達菊花（Chrysanthemum morifolium）DREB A6組基因CiDREB6后，與野生型相比，植株耐熱性和存活率顯著提高，下游CmHsfA4、CmHSP90以及活性氧清除基因CmSOD和CmCAT表達水平明顯提高［102］。這些結果表明，DREB轉錄因子家族參與植物響應干旱、鹽以及熱脅迫應答過程，并發揮重要作用。

4.3 其他逆境脅迫響應

除上述逆境脅迫之外，DREB轉錄因子還能夠調控植物對其他逆境脅迫的響應。植物葉片衰老過程受到內源因素以及外界環境的影響，DREB轉錄因子也參與植物葉片衰老途徑。擬南芥DREB A1組成員DEAR4受黑暗脅迫誘導，過表達AtDEAR4擬南芥在正常以及黑暗條件下均能夠明顯延緩葉片的衰老，說明其參與到植株衰老響應途徑中。另外，通過研究發現，DEAR4是通過誘導ROS的產生，最終減輕衰老以及其他脅迫對植物產生的毒害［103］。Liu等［104］在煙草中異源表達川桑（Morus notalilis）MnDREB4A，Schwager等［105］在擬南芥中過表達AtDREB1C后也得到類似的結果，說明DREB類轉錄因子參與植物衰老調控途徑并發揮重要功能。DREB類轉錄因子也參與到植物應對氧化脅迫過程。在H2O2和百草枯等處理下，轉AtCBF2擬南芥抗氧化性顯著提高，對AtCBF2擬南芥進行轉錄組分析表明，下游WRKY、NAC等轉錄因子差異表達，而SOD和CAT等基因表達量不變，說明DREB結合下游NAC等轉錄因子，參與植株的抗氧化過程［106］。另外，擬南芥DREB轉錄因子CRF6也受到氧化脅迫的快速誘導［107］。二色補血草（Limonium bicolor）LbDREB受到鹽、滲透以及堿脅迫的誘導，在CuSO4脅迫下，轉LbDREB煙草與對照相比可溶性蛋白和脯氨酸含量升高，且K/Na值升高，同時脅迫相關基因包括Cu/Zn超氧化物歧化酶（Cu/Zn SOD）、過氧化物酶（POD）、晚期胚胎發育富集蛋白（LEA）以及脂轉運蛋白（LTP）等表達升高，說明LbDREB增強轉基因煙草對重金屬離子脅迫的耐受性［108］。辣椒（Capsicum annuum）DREB A1組 成 員CaDREBLP1受干旱、高鹽以及機械損傷的不同程度的誘導［109］。此外，水稻OsDREB1A受機械損傷短暫而迅速地誘導［89］。水對于植物的生長發育至關重要，但是過多的水分比如水淹或者洪水等則會導致植物低氧脅迫，影響植物正常的生理過程。Du等［110］在基因組水平上分析了玉米AP2/ERF轉錄因子家族的表達模式發現，在不同水淹時間脅迫下，有38個AP2/ERF家族基因響應較為顯著，其中包含10個DREB類亞家族基因，大部分DREB類基因響應較為迅速，在水淹脅迫1 h后，表達量即有明顯升高，且隨著水淹脅迫處理時間的延長，DREB A1組成員表達量越高，說明DREB類轉錄因子參與植物應對多種非生物脅迫過程。

5 展望

目前，已對DREB轉錄因子的結構、類型、表達特性、逆境脅迫下的功能進行了大量的研究工作，為闡明植物抗逆分子機制，進行農林草抗逆新品種的培育提供理論依據。但是，依然存在許多問題，有待進一步研究。

DREB類轉錄因子的抗逆性和轉錄調控的研究大部分還只能依賴于異源表達模式植物擬南芥或者煙草，跨物種的異源表達在一定程度上會影響試驗結果，導致規律不一致。如果能實現DREB轉錄因子同源基因表達，將對揭示植物抗逆分子機制，篩選優質農林草資源，完善DREB轉錄因子在木本植物中的調控網絡具有十分重要的意義。另外，對于多年生、體型高大、生命周期長、自身結構復雜、難以進行遺傳轉化的木本植物來說，大部分根、莖屬多年生，而葉為一年生，還有少部分木本植物的根、莖、葉均為多年生，而大部分草本植物均為一年生，木本和草本植物生命特征和周期截然不同，抗逆機制必然存在差異，且與草本植物相比，木本植物的進化程度更高，分子機制也更為復雜。

轉入DREB轉錄因子受體植物不夠廣泛，所研究的對象主要集中在擬南芥、油菜、甘藍、蒺藜苜蓿、小立碗蘚等植物上，對于大田作物如馬鈴薯、甜菜、番茄等研究相對較少。如何將植物抗逆基因工程技術有效地應用于田間種植推廣，并且被大眾普遍接受，還是一個十分漫長的過程。另外，對于一些親緣關系較遠的植物是否有效，還有待深入研究。

植物對脅迫應答的反應是由多基因協同控制的，在整個信號轉導網絡中，從感知脅迫信號到脅迫應答基因表達都需要各種轉錄因子與順式元件間互作與調控才能完成，DREB轉錄因子所介導的基因表達調控在植物抵御各種環境脅迫應答中發揮重要功能，然而目前的研究方向主要集中在對DREB轉錄因子家族成員的功能研究上，對其上下游基因的挖掘還有待進一步加強。

總之，對DREB轉錄因子結構、功能以及作用機理研究的逐步深入，為利用DREB轉錄因子改良植物抗逆性的基因工程技術，篩選優質抗逆林木和牧草資源，培育抗逆農林草新品種提供了理論依據。