植物中DREB类转录因子的功能研究

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DREB类转录因子是植物中第二大转录因子AP2/EREBP家族中的一个亚族。它主要参与植物感受环境胁迫的信号传递途径,通过调控下游一系列胁迫应答基因的表达使植物对低温、干旱、高盐等多种逆境的耐受性得到综合提高。自其在模式植物拟南芥中发现以来就得到了广泛的关注。 首先,通过酵母单杂交的方法在玉米中克隆得到了一个DREB1类的转录因子(ZmDREB1A)。研究证明该蛋白DNA结合域14位氨基酸残基对其与DNA的特异结合起到关键性的作用。进一步的研究表明编码该蛋白基因的表达受低温胁迫的诱导,而不受干旱和外源ABA的诱导。ZmDREB1A的过表达导致了下游靶基因在非胁迫条件下的上升表达,从而可以使转基因植株的低温和干旱胁迫抗性得到一定程度的提高。ZmDREB1A的克隆为利用DREB基因对玉米进行抗逆境胁迫的遗传改良提供了理论依据。 通过区段删减分析实验揭示了拟南芥DREB2A的a.a.136-165区段对其活性的调控起关键性的作用,删除此区段后,该蛋白的转录激活能力得到明显提高。在拟南芥植株中超表达活性形式的DREB2A蛋白,转基因植株对水份胁迫的耐性得到明显提高,同时表现出矮化、生育期延迟等特征;通过基因芯片和Northern分析,确定了受DREB2A调控的下游基因。这为更好地阐明植物中DREB2类转录因子的生物学功能提供了重要的信息。 通过搜索玉米的数据库发现了一个玉米cDNA序列编码一个典型的DREB2类的转录因子。运用反转录PCR的方法克隆到该基因的全长序列。研究发现该基因存在两种转录形式,仅成熟形式mRNA编码一个DREB2类的转录因子(ZmDREB2A)。该基因的表达明显受盐胁迫的诱导,且盐胁迫主要导致其成熟形式mRNA的积累。以上结果暗示逆境胁迫信号可能诱导了该基因的正确剪接;原生质体瞬时表达实验表明该蛋白具有极高的转录激活活性,这可能为植物抗逆遗传改良提供新的基因资源。 同时,该研究还首次利用AFM技术测定了ZmDREB1A蛋白与ACCGAC元件的结合力,并通过单分子作用力的比较说明了该蛋白与ACCGAC和GCCGAC序列有同等的亲和力。最后讨论了该技术在大规模发现和鉴定某个转录因子所识别的DNA序列上的应用前景。
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