園藝植物熱激轉(zhuǎn)錄因子研究進(jìn)展
發(fā)布時間：2021-10-06 21:49
當(dāng)植物遭受環(huán)境脅迫時,熱激轉(zhuǎn)錄因子（Heat stress transcription factors,Hsfs）作為重要的調(diào)節(jié)因子,廣泛參與多種生物和非生物脅迫響應(yīng),在植物耐高溫脅迫和其他生命活動發(fā)揮重要作用。相比于動物,植物中的Hsfs家族成員數(shù)量眾多、功能多樣、調(diào)控機(jī)制更加復(fù)雜。目前植物Hsfs的研究主要集中于模式植物和部分大田作物,且研究對象多數(shù)為A族成員,有關(guān)園藝植物中熱激轉(zhuǎn)錄因子的研究起步較晚。筆者詳細(xì)介紹了植物熱激轉(zhuǎn)錄因子的家族成員和蛋白結(jié)構(gòu),重點闡述了模式植物和園藝植物中Hsfs在應(yīng)答溫度（高溫、低溫）,干旱以及高鹽等脅迫中的研究進(jìn)展,并探討和展望了植物熱激轉(zhuǎn)錄因子未來可能的研究熱點,以期為進(jìn)一步闡明園藝植物熱激轉(zhuǎn)錄因子的功能和分子機(jī)制提供依據(jù)和參考。
【文章來源】：果樹學(xué)報. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
熱激轉(zhuǎn)錄因子蛋白結(jié)構(gòu)域[6]
A類熱激轉(zhuǎn)錄因子是熱脅迫中的主要調(diào)節(jié)因子，可作為高溫誘導(dǎo)基因表達(dá)的主要調(diào)控者，其功能研究最多。高溫脅迫下，HsfA1能夠調(diào)控多種類型的基因表達(dá)（圖2），如熱激蛋白類的HSP70、HSP101、HsfA2/HsfA3/HsfB1等[53]。擬南芥有4個AtHsfA1基因（AtHsfA1a/b/c/d），其中AtHsfA1a和AtHsfA1b在熱響應(yīng)早期階段能調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，可減輕高溫對植物造成的損害，另外當(dāng)4個基因被同時敲除時，突變體植株對高溫表現(xiàn)出敏感性[36]。番茄中共有26個熱激轉(zhuǎn)錄因子基因，目前有關(guān)番茄熱激轉(zhuǎn)錄因子的功能研究主要聚焦在SlHsfA1a、SlHsfA2與SlHsfB1上，其中SlHsfA1a是熱激響應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，且不能被其他SlHsfs代替[41]。番茄中過量表達(dá)SlHsfA1a可以增加轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)SlHsfA2、SlHsfB1、SlHsp17CI和SlHsp104的表達(dá)，從而提高植株的耐熱性；當(dāng)SlHsfA1受到抑制時，植株呈現(xiàn)出熱敏感的狀態(tài)[41]。HsfA2在結(jié)構(gòu)域功能上均與HsfA1較為相似，是植物細(xì)胞熱激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵組分，屬于熱激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中HsfA1下游的響應(yīng)因子。研究表明，HsfA2與HsfA1蛋白互作，形成異源寡聚超級激活因子復(fù)合體，這種特異的結(jié)合使得HsfA2在細(xì)胞核中積累后能夠協(xié)同激活熱脅迫響應(yīng)基因[54]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)番茄受到熱脅迫時，細(xì)胞內(nèi)會積累大量的SlHsfsA2，表明SlHsfA2參與了熱脅迫響應(yīng)[55]。玉米ZmHsfA2在擬南芥中過量表達(dá)，可以提高擬南芥的基礎(chǔ)耐熱性和持續(xù)耐熱性[43-44]。擬南芥37℃熱激處理后置于室溫恢復(fù)后，athsfa2突變體呈現(xiàn)出較為敏感的表型，說明AtHsfA2可以增強(qiáng)擬南芥的耐熱性[37]。此外，水稻（Oryza sativa)OsHsfA2e和百合（Lilium brownii)LbHsfA2在擬南芥中過量表達(dá)后同樣可以增強(qiáng)耐熱性[45,49]。
Hsfs在植物抵御低溫脅迫中同樣發(fā)揮著重要作用。擬南芥中多數(shù)AtHsfs成員受低溫誘導(dǎo)顯著表達(dá)[62]。水稻中OsHsfA3、OsHsfA4d、OsHsfA7和OsHsfA9等A族成員和OsHsfC1、OsHsfC2b等C族成員是感受低溫環(huán)境的主要組分，在冷脅迫中起重要的作用[47]。小麥TaHsf3轉(zhuǎn)化擬南芥在4℃處理條件下，轉(zhuǎn)基因株系存活率高于野生型，相對電導(dǎo)率低于野生型植株，表明TaHsf3參與低溫脅迫反應(yīng)正調(diào)控[50]。此外，園藝作物草莓，在4℃處理條件下，F(xiàn)vHsfA3a和FvHsfA4a在處理前期和中期表達(dá)量增加，后期逐漸減弱，而FvHsfA9a在處理24 h和48 h表達(dá)量最高[24]。胡蘿卜經(jīng)4℃處理，DcHsf01和DcHsf02在‘Kurodagosun’和‘Junchuanhong’兩個品系中表達(dá)量降低，而DcHsf16表達(dá)量卻增強(qiáng)[20]。用4℃處理大白菜，‘Lubaisanhao’中BraHsf001表達(dá)減弱，而BraHsf039表達(dá)量增強(qiáng)，另外在‘Qingdao87-114’中，BraHsf043表達(dá)量逐漸增加[23]。經(jīng)4℃處理的野生葡萄葉片，VpHsfC1a呈上調(diào)表達(dá)，而VpHsfB3a卻下調(diào)表達(dá)，VaHsfA2a和VaHsfA6a在冷處理8h時表達(dá)量最高[17]。這些結(jié)果均表明Hsfs基因廣泛參與不同的非生物脅迫，其調(diào)控模式具有多樣性，參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。4 結(jié)論及展望
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱激轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控植物逆境響應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 田尉婧,殷學(xué)仁,李鮮,陳昆松. 園藝學(xué)報. 2017(01)
[2]黃瓜全基因組熱激轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）的鑒定與表達(dá)分析[J]. 陳先知,王燕,史建磊,朱隆靜,王克磊,徐堅. 遺傳. 2014(04)
碩士論文
[1]菠菜HsfA1和HsfBs基因的功能研究[D]. 董雪芳.上海師范大學(xué) 2019
[2]茄子HSFs和HSPs基因鑒定及其在高溫下的表達(dá)模式分析[D]. 龐強(qiáng)強(qiáng).華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[3]擬南芥熱激因子HSFA1d響應(yīng)甲醛脅迫的作用研究[D]. 張道君.昆明理工大學(xué) 2011
本文編號：3420805
【文章來源】：果樹學(xué)報. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
熱激轉(zhuǎn)錄因子蛋白結(jié)構(gòu)域[6]
A類熱激轉(zhuǎn)錄因子是熱脅迫中的主要調(diào)節(jié)因子，可作為高溫誘導(dǎo)基因表達(dá)的主要調(diào)控者，其功能研究最多。高溫脅迫下，HsfA1能夠調(diào)控多種類型的基因表達(dá)（圖2），如熱激蛋白類的HSP70、HSP101、HsfA2/HsfA3/HsfB1等[53]。擬南芥有4個AtHsfA1基因（AtHsfA1a/b/c/d），其中AtHsfA1a和AtHsfA1b在熱響應(yīng)早期階段能調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，可減輕高溫對植物造成的損害，另外當(dāng)4個基因被同時敲除時，突變體植株對高溫表現(xiàn)出敏感性[36]。番茄中共有26個熱激轉(zhuǎn)錄因子基因，目前有關(guān)番茄熱激轉(zhuǎn)錄因子的功能研究主要聚焦在SlHsfA1a、SlHsfA2與SlHsfB1上，其中SlHsfA1a是熱激響應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，且不能被其他SlHsfs代替[41]。番茄中過量表達(dá)SlHsfA1a可以增加轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)SlHsfA2、SlHsfB1、SlHsp17CI和SlHsp104的表達(dá)，從而提高植株的耐熱性；當(dāng)SlHsfA1受到抑制時，植株呈現(xiàn)出熱敏感的狀態(tài)[41]。HsfA2在結(jié)構(gòu)域功能上均與HsfA1較為相似，是植物細(xì)胞熱激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵組分，屬于熱激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中HsfA1下游的響應(yīng)因子。研究表明，HsfA2與HsfA1蛋白互作，形成異源寡聚超級激活因子復(fù)合體，這種特異的結(jié)合使得HsfA2在細(xì)胞核中積累后能夠協(xié)同激活熱脅迫響應(yīng)基因[54]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)番茄受到熱脅迫時，細(xì)胞內(nèi)會積累大量的SlHsfsA2，表明SlHsfA2參與了熱脅迫響應(yīng)[55]。玉米ZmHsfA2在擬南芥中過量表達(dá)，可以提高擬南芥的基礎(chǔ)耐熱性和持續(xù)耐熱性[43-44]。擬南芥37℃熱激處理后置于室溫恢復(fù)后，athsfa2突變體呈現(xiàn)出較為敏感的表型，說明AtHsfA2可以增強(qiáng)擬南芥的耐熱性[37]。此外，水稻（Oryza sativa)OsHsfA2e和百合（Lilium brownii)LbHsfA2在擬南芥中過量表達(dá)后同樣可以增強(qiáng)耐熱性[45,49]。
Hsfs在植物抵御低溫脅迫中同樣發(fā)揮著重要作用。擬南芥中多數(shù)AtHsfs成員受低溫誘導(dǎo)顯著表達(dá)[62]。水稻中OsHsfA3、OsHsfA4d、OsHsfA7和OsHsfA9等A族成員和OsHsfC1、OsHsfC2b等C族成員是感受低溫環(huán)境的主要組分，在冷脅迫中起重要的作用[47]。小麥TaHsf3轉(zhuǎn)化擬南芥在4℃處理條件下，轉(zhuǎn)基因株系存活率高于野生型，相對電導(dǎo)率低于野生型植株，表明TaHsf3參與低溫脅迫反應(yīng)正調(diào)控[50]。此外，園藝作物草莓，在4℃處理條件下，F(xiàn)vHsfA3a和FvHsfA4a在處理前期和中期表達(dá)量增加，后期逐漸減弱，而FvHsfA9a在處理24 h和48 h表達(dá)量最高[24]。胡蘿卜經(jīng)4℃處理，DcHsf01和DcHsf02在‘Kurodagosun’和‘Junchuanhong’兩個品系中表達(dá)量降低，而DcHsf16表達(dá)量卻增強(qiáng)[20]。用4℃處理大白菜，‘Lubaisanhao’中BraHsf001表達(dá)減弱，而BraHsf039表達(dá)量增強(qiáng)，另外在‘Qingdao87-114’中，BraHsf043表達(dá)量逐漸增加[23]。經(jīng)4℃處理的野生葡萄葉片，VpHsfC1a呈上調(diào)表達(dá)，而VpHsfB3a卻下調(diào)表達(dá)，VaHsfA2a和VaHsfA6a在冷處理8h時表達(dá)量最高[17]。這些結(jié)果均表明Hsfs基因廣泛參與不同的非生物脅迫，其調(diào)控模式具有多樣性，參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。4 結(jié)論及展望
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱激轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控植物逆境響應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 田尉婧,殷學(xué)仁,李鮮,陳昆松. 園藝學(xué)報. 2017(01)
[2]黃瓜全基因組熱激轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）的鑒定與表達(dá)分析[J]. 陳先知,王燕,史建磊,朱隆靜,王克磊,徐堅. 遺傳. 2014(04)
碩士論文
[1]菠菜HsfA1和HsfBs基因的功能研究[D]. 董雪芳.上海師范大學(xué) 2019
[2]茄子HSFs和HSPs基因鑒定及其在高溫下的表達(dá)模式分析[D]. 龐強(qiáng)強(qiáng).華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[3]擬南芥熱激因子HSFA1d響應(yīng)甲醛脅迫的作用研究[D]. 張道君.昆明理工大學(xué) 2011
本文編號：3420805
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