利用阵列分析水稻AP2/EREBP家族基因的表达特性

AP2／EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2／EREBP功能域的重要转录因子家族,通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白,它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测．水稻基因组编码150个左右的AP2／EREBP家族成员,但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性,我们以AP2／EREBP功能域的氨基酸序列为基础,从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因,利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro—array。以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的cDNA为探针,杂交分析结果显示：不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大,但同一个基因在不同器官中表达量基本一致：与此不同的是,大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高,而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。     

枣AP2/EREBP转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

AP2/EREBP类转录因子为植物所特有的一类转录因子,参与了植物的发育和胁迫途径。本研究利用枣的全基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定枣的AP2/EREBP家族的全部成员,并分析AP2/EREBP转录因子家族保守域特点与功能及表达情况,为枣的遗传改良抗性育种提供理论依据。利用在线软件EBI、TAIR、Hmmer3.0、SMART、Pfam、MEME、ProtParam、SOPMA、SignalP4.1Sever和String网站,以及ClustalX2、BioEdit、MEGA6.0、MapInspect软件,对枣的AP2/EREBP转录因子家族的类型、结构域、系谱进化、序列元件、蛋白理化性质及二级结构、信号肽分析、基因定位、基因芯片表达和蛋白功能联系预测进行了分析。分析表明,枣全基因组中有127条AP2/EREBP转录因子,根据其结构域划分为4个亚家族:AP2、RAV、DREB及ERF,各家族成员数分别为:17、6、50及54。进行多序列比对和系谱进化分析,发现2个亚家族各分为6个亚族。生物信息学分析表明,AP2/EREBP家族蛋白均为亲水性蛋白、非分泌型蛋白,且该家族蛋白富含酸性氨基酸;基因定位表明,该家族基因在12条染色体上呈不均匀分布,有染色存在串联复制现象;对127个枣AP2/EREBP蛋白之间的功能联系网络进行了系统预测,分析预测了相关基因的功能和多个基因间的联系;基因芯片表达表明,AP2/EREBP转录因子在低温、高温、光照、遮阴、紫外线、UV敏感处理及外源ABA处理条件下均能被诱导表达,且在根、叶、花和果4个器官中均有显著性表达。枣AP2/EREBP基因家族结构高度保守,对外界胁迫有显著性表达,可能在枣的生长发育及其在枣的多种生理反应信号转导中发挥着重要作用,且各家族成员之间在植物生长发育过程和胁迫响应及激素信号转导途径具有交叉作用。     

四合木抗逆相关的转录因子TmAP2-1基因的克隆及功能分析

AP2/EREBP家族的转录因子在调控植物生长发育和应答环境胁迫方面具有重要作用。利用同源克隆结合RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术, 从四合木(Tetraena mongolica)中克隆了AP2/EREBP家族的基因, 将其命名为TmAP2-1(GenBank登录号: JQ676996)。序列分析结果表明, 该基因的开放阅读框长度为1 452 bp, 编码483个氨基酸; 比对结果显示TmAP2-1有2个AP2/ERF结构域, 属于AP2/EREBP转录因子家族的AP2亚家族。亚细胞定位实验结果表明, TmAP2-1定位在细胞核中。该基因编码的蛋白在酵母中没有转录激活活性。利用Real-time PCR检测发现该基因在根、茎、叶等器官中均表达, 且在叶中表达量最高。此外, TmAP2-1还受到NaCl、低温、PEG和ABA的强烈诱导, 推测TmAP2-1可能参与四合木的逆境胁迫响应。在四合木愈伤组织中过表达该基因能够降低四合木愈伤组织中油脂的含量, 同时提高可溶性糖的含量, 暗示该基因可能通过影响糖代谢过程参与逆境胁迫响应。     

山菠菜EREBP／AP2类DNA结合蛋白基因的克隆及其耐逆性研究

EREBP/AP2类蛋白是一个仅存在于植物中的DNA结合蛋白（DBP）大家族,其中一些成员如SPETALA2和AtDREB/CBF分别调控花的发育和植物对环境胁迫的反应,为了阐明在植物响应盐胁迫过程中所涉及的转录因子的特点,用高盐浓度处理盐生植物山菠菜,构建了cDNA文库。并从此文库中分离得到了一个编码EREBP/AP2类蛋白的基因,此cDNA包含一个723bp的开放读码框和一个长达655bp的3′端非编码区,推导的氨基酸序列显示基有一个保守的EREBP/AP2的DNA结合域,此基因被命名为AhDREB1,将AhDREB1置于CaMV35S启动子下转入烟草,获得9个独立的转基因株系,对其进行了长期的盐胁迫实验。结果显示。AhDREB1的组成性表达显著提高了转基因烟草的耐盐能力。这可能是由于其激活了一些具有抗盐效应的下游基因。通过与拟南芥的全基因组进行同源性比较8得到了具有较高相似性的7个EREBP/AP2家族成员,二级结构预测显示了它们在DNA结合区段的α螺旋结构上具有相似性。     

山菠菜EREBP/AP2类DNA结合蛋白基因的克隆及其耐逆性研究

EREBP/AP2类蛋白是一个仅存在于植物中的DNA结合蛋白(DBP)大家族.其中一些成员如APETALA2和AtDREB/CBF分别调控花的发育和植物对环境胁迫的反应.为了阐明在植物响应盐胁迫过程中所涉及的转录因子的特点,用高盐浓度处理盐生植物山菠菜,构建了cDNA文库,并从此文库中分离得到了一个编码EREBP/AP2类蛋白的基因.此cDNA包含一个723bp的开放读码框和一个长达655bp的3＇端非编码区,推导的氨基酸序列显示其有一个保守的EREBP/AP2的DNA结合域,此基因被命名为AhDREB1.将AhDREB1置于CaMV 35S启动子下转入烟草,获得9个独立的转基因株系,对其进行了长期的盐胁迫实验.结果显示,AhDREB1的组成性表达显著提高了转基因烟草的耐盐能力,这可能是由于其激活了一些具有抗盐效应的下游基因.通过与拟南芥的全基因组进行同源性比较得到了具有较高相似性的7个EREBP/AP2家族成员,二级结构预测显示了它们在DNA结合区段的α螺旋结构上具有相似性.     

毕氏海蓬子SbDREB基因的克隆与表达分析研究

以毕氏海蓬子的基因组为模板,通过PCR技术扩增到一个编码DREB蛋白AP2保守结构域的基因片段;根据该片段序列设计引物,以毕氏海蓬子经NaCl处理的植株肉质茎cDNA为模板,应用RACE技术获得该基因的cDNA全长,命名为SbDREB(GenBank登录号:JF894301)。SbDREB基因cDNA全长1206bp,包含一个编码284个氨基酸的完整开放阅读框。对氨基酸序列比对分析表明,该蛋白在靠近N端具有典型的AP2/EREBP保守结构域,且该结构域与一些高等植物DREB类转录因子的AP2区域具有高度同源性。进化树分析表明SbDREB属于DREB亚家族中的A-6亚族。实时荧光定量PCR结果显示:干旱、高盐和ABA能够诱导其表达,而低温则使其表达下调,表明该基因在毕氏海蓬子植株对干旱、盐和低温等非生物胁迫的应答中起作用。     

大豆GmAP1基因的功能初探

以大豆天隆1号为材料,根据Glycine max Wm82.a2.v1中大豆基因组的预测序列,克隆出一个AP1同源基因,命名为GmAP1。该基因编码区CDS长度为711 bp,编码一个含236个氨基酸的蛋白质。对蛋白质序列的结构分析结果显示GmAP1蛋白符合MADS-box基因家族特征。为了初步分析GmAP1的功能,利用实时定量RT-PCR分析GmAP1在不同花器官中表达,并且在拟南芥中过表达该基因。在不同花器官中,GmAP1表达量不同,在花萼中表达量较高;花瓣次之。GmAP1过表达植株表现出早花、植株矮小以及花器官(花瓣、雄蕊和雌蕊)数量增多等表型。结果表明,大豆的GmAP1是一个功能保守的AP1基因,在花的发生和花器官发育中起着重要作用。     

AP2功能基因在植物花发育中的重要作用

AP2基因作为调控植物花发育的功能基因,参与花分生特性建立、花器官的特性特化以及形成调控。所编码的AP2/EREBP转录因子的主要特征是都至少含有一个由60到70个左右的氨基酸组成高度保守的DNA结合区,称作AP2结合域。按其所含的AP2结构域的数目分为3个亚族,即AP2亚家族、EREBP亚家族和RAV亚家族,每个亚家族都有各自的作用。AP2基因不但自身调控着花、胚珠的发育,而且与其他因子相互协作,参与到复杂的花发育调控网络。将对AP2基因的特征和分类及其在花发育中的作用进行概述。     

毛竹7个COBL基因的分子特征及表达分析

COBL家族基因编码糖基磷脂酰基醇锚定蛋白,主要参与调控植物细胞壁纤维素的含量和细胞的定向伸长.研究毛竹COBL基因的分子特征和表达模式,对揭示其材性快速形成机制具有重要意义.利用生物信息学方法对毛竹COBL家族成员进行全基因组分析,共鉴定出7个具有完整保守结构域的COBL家族基因成员(PeCOBL1～PeCOBL7),其内含子数量为0～7个,编码的蛋白均具有CCVS保守结构域和潜在的ω位点,仅4个成员(PeCOBL3,PeCOBL4,PeCOBL5和PeCOBL7)具有CBM功能域.亚细胞定位预测表明,PeCOBLs均定位于细胞膜上,为膜蛋白,属于GPI-APs超家族.系统进化与蛋白motifs预测分析发现,PeCOBLs各成员与水稻的亲缘关系更为接近,其氨基酸序列同源性更高.RT-qPCR结果显示,PeCOBLs在毛竹不同组织中的表达存在明显差异,其中在展开叶中表达量高(低)的基因,在未展开叶中表达量则相对较低(高);PeCOBLs在毛竹不同高度笋基部第一节的上、中、下三部分的表达量均存在一定的差异.基因共表达分析表明,PeCOBLs与多种蛋白酶基因呈现正向共表达,其中包含纤维素酶5和类纤维素合成酶D2基因,表明PeCOBLs参与纤维素合成的功能是与其他基因共同实现的.本研究为深入开展PeCOBLs功能研究提供了参考,有助于揭示该家族成员在调控毛竹纤维素含量和细胞定向伸长中的作用机制.     

梨萜类合成酶基因家族生物信息学与表达模式分析

萜类合成酶(Terpene synthases,TPS)是萜类化合物合成过程中的关键酶。基于梨(Pyrus bretschneideri)全基因组数据库,采用生物信息学和分子生物学方法,对梨TPS基因家族进行鉴定和亚家族分类,研究梨TPS基因的结构及编码蛋白质性质和表达模式。共鉴定获得33个萜类合成酶基因家族成员,聚类为5个亚家族,其中,TPS-a亚家族成员数量最多,包含4-7个外显子;主要定位于细胞质,少数分布在线粒体、叶绿体和内质网等;梨TPS蛋白均为亲水性蛋白,α-螺旋和无规卷曲是其二级结构主要组成元件,β-折叠和延伸链散布其中;TPS-a中保守基序个数相对较多,TPS-e/f相对较少;各亚族内蛋白质在三级结构上高度相似。除PbrTPS24外,其余9个TPS基因在根、茎、幼叶和幼芽中均有表达,并且不同的基因在不同部位高表达,PbrTPS存在组织特异性表达。     

AP2/EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的作用

AP2／EREBP（APETALA2/ethylene-responsive element binding proteins）是一个起源古老的转录因子超家族,它含有1个或2个由约60—70个氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合域（DNA-binding domain）,即AP2／ERF结构域。根据AP2／ERF结构域的数目,AP2／EREBP转录因子可以分为2个亚族：EREBP亚族（具有1个AP2／ERF结构域）和AP2亚族（具有2个AP2／ERF结构域）。AP2亚族转录因子有调控花、胚珠和种子发育的功能,而EREBP亚族转录因子（包括DREB类和ERF类）的主要功能是调节植物对激素（乙烯和ABA等）、病原和胁迫（低温、干旱及高盐）等的应答反应。本文讨论了AP2／EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的研究进展。     

AP2/EREBP 转录因子在植物发育和胁迫应答中的作用

AP2/EREBP (APETALA2/ethylene-res ponsive element binding proteins) 是一个起源古老的转录因子超家族, 它含有1个或2个由约60-70个氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合域 (DNA-binding domain), 即AP2/ERF结构域。根据AP2/ERF结构域的数目, AP2/EREBP转录因子可以分为2个亚族: EREBP亚族(具有1个AP2/ERF结构域)和AP2亚族(具有2个AP2/ERF结构域)。AP2亚族转录因子有调控花、胚珠和种子发育的功能, 而EREBP亚族转录因子(包括DREB类和ERF类) 的主要功能是调节植物对激素(乙烯和ABA等)、病原和胁迫(低温、干旱及高盐)等的应答反应。本文讨论了AP2/EREBP转录因子在植物发育和胁迫应答中的研究进展。     

Modified suppression subtractive hybridization identifies an AP2-containing protein involved in metal responses in Physcomitrella patens

The moss Physcomitrella patens has two life cycles, filamentous protonema and leafy gametophore. A modified from of suppression subtractive hybridization (SSH), mirror orientation selection (MOS), was applied to screen genes differentially expressed in the P. patens protonema. Using reverse Northern blot analysis, differentially expressed clones were identified. The identified genes were involved mainly in metal binding and detoxification. One of these genes was an AP2 (APETALA2) domain-containing protein (PpACP1), which was highly up-regulated in the protonema. Alignment with other AP2/EREBPs (Ethylene Responsive Element Binding Proteins) revealed significant sequence homology of the deduced amino acid sequence in the AP2/EREBP DNA binding domain. Northern analysis under various stress conditions showed that PpACP1 was induced by ethephon, cadmium, copper, ABA, IAA, and cold. In addition, it was highly expressed in suspension-cultured protonema. We suggest that PpACP1 is involved in responses to metals, and that suspension culture enhance the expression of genes responding to metals.     

A Nitrilase-Like Protein Interacts with GCC Box DNA-Binding Proteins Involved in Ethylene and Defense Responses

Ethylene-responsive element-binding proteins (EREBPs) of tobacco (Nicotiana tabacum L.) bind to the GCC box of many pathogenesis-related (PR) gene promoters, including osmotin (PR-5). The two GCC boxes on the osmotin promoter are known to be required, but not sufficient, for maximal ethylene responsiveness. EREBPs participate in the signal transduction pathway leading from exogenous ethylene application and pathogen infection to PR gene induction. In this study EREBP3 was used as bait in a yeast two-hybrid interaction trap with a tobacco cDNA library as prey to isolate signal transduction pathway intermediates that interact with EREBPs. One of the strongest interactors was found to encode a nitrilase-like protein (NLP). Nitrilase is an enzyme involved in auxin biosynthesis. NLP interacted with other EREBP family members, namely tobacco EREBP2 and tomato (Lycopersicon esculentum L.) Pti4/5/6. The EREBP2-EREBP3 interaction with NLP required part of the DNA-binding domain. The specificity of interaction was further confirmed by protein-binding studies in solution. We propose that the EREBP-NLP interaction serves to regulate PR gene expression by sequestration of EREBPs in the cytoplasm.