基本信息

書名：白樺抗旱耐鹽和次生壁形成的分子機理

定價：68.0元

作者：國會艷

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2015-09-06

ISBN：9787030455093

字數：200000

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

《白樺抗旱耐鹽和次生壁形成的分子機理》可供林學專業的高年級本科生、研究生學習參考，也可以作為林業院校和師範院校林木遺傳育種、分子生物技術等相關專業研究生的科研參考書。

內容提要

《白樺抗旱耐鹽和次生壁形成的分子機理》首先進行BplMYB46轉錄因子的核定位；分析該基因是否被脅迫誘導以及在不同部位的錶達。剋隆啓動子，進行順式元件分析，檢測其活性；構建過錶達和抑製錶達載體，轉基因後進行脅迫處理，根據錶型、組化、生理指標、解剖學以及SOD等基因的錶達確定BplMYB46基因是否具有抗逆性和在調控次生壁形成中的功能；分析其是否有轉錄激活活性以及與同源的白樺MYB的互作；構建元件庫，酵母單雜交篩選與其互作的元件；利用錶達譜技術分析BplMYB46調控的下遊代謝途徑及靶基因。*後，確定白樺BplMYB46基因在響應非生物脅迫和次生細胞壁形成中的功能及調控機製，為白樺的遺傳改良奠定基礎。

目錄

作者介紹

文摘

1緒論
1.1植物基因啓動子的研究進展
1.1.1啓動子的結構和功能
對多種基因啓動子區的研究發現，大多數功能基因的啓動子具有相同的結構模式，植物基因在一般情況下以A（腺嘌呤）為轉錄起始點，兩側多為嘧啶，在–25～–30bp處為TATA框，–70～–78bp處為CAAT盒，–80～–110bp區為GC盒。TATA框上遊的保守序列被稱為上遊啓動子元件（UPE），這些序列和結構共同作用以確保轉錄而有效地起始。真核生物基因啓動子的核心結構（corepromoter）在轉錄起始點–40～+50，能結閤並調控轉錄起始前復閤物的裝配、確定轉錄起始位點並調控轉錄的方嚮、對胞內的激活子及抑製子做齣應答的功能，由RNA聚閤酶指導轉錄的基因啓動子主要包含一個TATA框和（或）起始子（Inr）。
1.1.2啓動子的分類
按照基因的錶達方式，啓動子被分為組成型啓動子（基因在植物中的錶達不被某種物質誘導並無時空限製）、誘導型啓動子（基因的錶達可被某種物質誘導，無誘導物存在時基因錶達水平很低甚至無錶達）和組織特異性啓動子（基因隻在植物的某個組織或器官中錶達）。
1.1.2.1組成型啓動子
CaMV35S啓動子*初是從花葉病毒基因的啓動子分離得到的，可以啓動多數植物異源基因的錶達，屬於組成型啓動子。分幾個區段的啓動子的研究顯示，不同區段能夠對基因錶達産生組織特異性。A區（–90～+8bp）多在根或將發育為根的胚組織中錶達，B區（–343～–90bp）多在地上部分錶達。完整的CaMV35S啓動子是植物基因工程應用*多的組成型啓動子，在擬南芥、（NicotianatabacumL.）及毛白楊（PopulustomentosaCarr.）等植物的轉基因工作中都有廣泛應用。
actin啓動子是植物體內一個高錶達的組成型啓動子，actin基因編碼的蛋白質屬於細胞骨架的基本物質，因此這個啓動子在所有組織中可能都有的活性。Act1啓動子是actin傢族中應用*多的啓動子之一，其起始轉錄的必要元件位於起始密碼子上遊的113kb區域內。水稻Act1基因的5′端有很多重復的短小元件：在559～570bp和608～619bp處分彆有一個、–316～–345bp處前後有兩個16bp的序列AAG/CCCC(T)AAAGTG/CCTA，其下遊相隔20bp處重復接連8組保守的序列CCCAA和12bp的重復序列GGTTTTTAAGTT。位於重復元件下遊的很多序列被證實能夠調控基因錶達，–146～–186bp是一個polyA，40個中有35個堿基A。–35～–41bp是TATA框，它的3′端有一個79bp的外顯子，GC豐富並包括很多重復序列ATCC三聚堿基。Act1基因5′端的內含子長313bp，對基因的錶達有相當重要的作用，是它的**個內含子。單子葉植物常用的組成型啓動子還有玉米泛素基因（ubiquitin）的啓動子等。
1.1.2.2誘導型啓動子
植物受不同信號刺激，據此啓動子主要分為物理、化學和生物因素誘導錶達的啓動子。
1.1.2.3組織特異性啓動子
受啓動子調節的基因轉錄一般隻發生在某些特定組織或器官中，呈現發育調節的特性。
1.2植物轉錄因子的研究
1.2.1轉錄因子的結構和分類
轉錄因子（transcriptionfactor，TF），亦稱反式作用因子，是一類能與真核生物基因啓動子的順式作用元件發生特異性相互作用的DNA結閤蛋白，通過它們之間及與其他相關蛋白質之間的相互作用，激活或抑製轉錄。根據蛋白質的結構，轉錄因子主要具有4個功能域，為DNA結閤域（DNA-bindingdomain）、轉錄調控域（transcriptionregulationdomain，包括激活域和抑製域）、寡聚化位點（oligomerizationsite）和核定位信號（nuclearlocalizationsignal，NLS）。轉錄因子通過這些功能域，在特定的時間進入細胞核與啓動子順式作用元件或其他轉錄因子的功能域相互作用來調控基因的轉錄錶達。
在真核生物中，mRNA的轉錄起始是一個非常復雜的過程，在基因錶達中起調控作用的順式作用元件由啓動子和DNA調控序列組成。基因的轉錄起始涉及很多轉錄因子，這些轉錄因子可以分為兩類，包括普遍性轉錄因子（generaltranscriptionfactor）和特異性轉錄因子（specifictranscriptionfactor）。目前，在真核生物中分離到的普遍性轉錄因子有TFⅡA、B、D、E、F、（G/J）、H和I，主要作用是在啓動子的TATA框與RNA聚閤酶Ⅱ組裝成轉錄起始復閤物，從而激活所有基因的轉錄。特異性轉錄因子也是一種DNA結閤蛋白，它和DNA上其他調控元件結閤，隻激活特定的基因轉錄。特異性轉錄因子根據DNA結閤域的不同分為不同種類，如MYB類、bZIP類、ERF類、WRKY類等，詳細信息見錶1-1。其中，一些結構域還可根據其特徵區中保守的氨基酸殘基的數目和位置劃分為幾個亞類，如根據半胱氨酸（C）和組氨酸（H）殘基的數量和位置，將含鋅指結構域的轉錄因子分為C2H2、C2HC、C2C2、C2HCC2C2、C2C2C2C2等亞類。
錶1-1植物轉錄因子DNA結閤域的特點
1.2.2轉錄因子的活性
轉錄因子的活性受很多因素的影響，包括轉錄後修飾、在細胞中的位置及與其他蛋白質的互相作用等。轉錄後修飾對調控轉錄因子的活性有著十分重要的作用。轉錄後修飾主要錶現在對蛋白質的磷酸化修飾上，它不僅可以調節轉錄因子進入細胞核的過程，還可以改變轉錄因子的活性及其與DNA的結閤能力。例如，調節玉米種子醇溶蛋白基因錶達的轉錄因子O2，具有8個能夠結閤氨基酸的位點，能被酪蛋白激酶Ⅱ（CKⅡ）磷酸化，其中轉錄激活區內就有6個。O2有多種磷酸化、非磷酸化或低磷酸化形式能與DNA結閤，而高磷酸化形式缺乏與DNA結閤的能力，這進一步驗證瞭O2磷酸化比例與晝夜變化緊密相關，進而來調控基因的轉錄活性，以確保蛋白質定時、定量的閤成。
轉錄因子是在細胞核內發揮其功能的，所以，對其進入細胞核過程的調節至關重要。轉錄因子進入細胞核是主動運輸的過程，首先通過核定位信號區與受體蛋白之間相互作用，然後與位於核孔處的親核蛋白結閤，藉助親核蛋白通過核孔復閤體進入細胞核內。沒有核定位信號區的轉錄因子靠與具有核定位信號區的轉錄因子發生作用進入細胞核。
轉錄因子的活性還與其他蛋白質間的相互作用有關。轉錄因子之間通過寡聚化區發生作用，對它們與DNA的結閤方式、能力和在細胞中的位置進行調節。
1.2.3轉錄因子的功能
1.2.3.1轉錄因子與植物抗逆
植物逆境脅迫包括生物脅迫和非生物脅迫。生物脅迫主要為病蟲害、雜草等，非生物脅迫主要為乾旱、高鹽堿、水澇、高溫及凍害等。在脅迫刺激下，一些轉錄因子過量錶達，將信號傳遞和放大，調控相應的下遊功能基因的錶達，從而提高植物的抗逆性。
與植物逆境相關的轉錄因子主要有AP2/EREBP類、bZIP類、WRKY類、bHLH類、MYB類和NAC類基因傢族。其中，CBF（C-repeatbindingfactor）轉錄因子為碳亞基結閤因子，屬於AP2/EREBP中很重要的一類，主要和低溫脅迫密切相關。Oakenfull等學者首先剋隆並獲得瞭生長在北極的歐洲越橘的CBF基因，構建過錶達載體後將其轉入擬南芥中，結果發現歐洲越橘的CBF過錶達能夠提高擬南芥的抗寒能力。Lee和Thomashow在擬南芥中發現3個與光周期相關的CBF基因，在長日照條件下，光敏色素B（phytochromeB）和光敏色素交互因子（phytochrome-interactingfactor）使CBF基因錶達量下降，而在短日照條件下，CBF基因被抑製錶達的情況被解除，錶達量急劇升高，*後得齣結論：這3個CBF基因短日照情況下在擬南芥中的錶達量高於長日照情況下，從而提高在短日照情況下擬南芥的抗低溫能力。ERF轉錄因子也屬於AP2/EREBP中的一類，Xiong等在油菜中找到一個ERF基因，發現在低溫、乾旱、高鹽和ABA的脅迫下油菜中ERF基因的錶達量和未處理的相比有所上調，於是將此基因進行定點突變，突變後增強瞭ERF基因與一個低溫脅迫元件結閤的能力，將ERF基因和突變的ERF基因分彆轉入擬南芥中，結果發現ERF基因過錶達的轉基因擬南芥的抗寒能力高於野生型擬南芥，而突變的ERF基因過錶達的轉基因擬南芥的抗寒能力優於ERF基因過錶達的轉基因擬南芥。
bZIP轉錄因子也是一類重要的轉錄因子，參與植物體內的基因錶達及調控。Lee等在甜椒中獲得一個bZIP轉錄因子，它能夠被一些非生物刺激和逆境誘導，把它構建到過錶達載體中後轉入擬南芥，結果發現轉基因擬南芥在整個生長階段抗乾旱和高鹽能力有很大提高。Lu等在水稻中發現一個OsbZIP72轉錄因子，它能夠被ABA信號途徑誘導，並且通過酵母雜交實驗發現此轉錄因子能夠與ABRE元件結閤，轉OsbZIP72基因水稻顯示瞭對ABA的超敏性，實驗結果錶明OsbZIP72能通過ABA信號途徑誘導提高水稻的抗乾旱能力。
WRKY蛋白是一類植物所特有的轉錄因子超傢族，在植物抗逆過程起著關鍵的作用。Wang等學者在葡萄中發現一些WRKY轉錄因子，實時熒光定量PCR結果發現有36個WRKY轉錄因子的錶達水平在低溫誘導下發生瞭變化，鑒定齣15個轉錄因子確實與低溫脅迫相關，其中有3個基因與ABA信號轉導途徑緊密關聯。Tripathi等做瞭WRKY轉錄因子在乾旱響應下的綜述性研究，因為在乾旱脅迫情況下一般都伴隨著高溫脅迫和密集強度的光照，所以研究WRKY轉錄因子在乾旱脅迫下的錶達模式非常重要。Jiang和Deyholos在擬南芥中發現兩個與高鹽脅迫相關的WRKY25和WRKY33轉錄因子，將它們轉入擬南芥後提高瞭擬南芥的耐鹽能力，並分彆鑒定瞭WRKY25和WRKY33轉錄因子下遊的31個和208個啓動子，在這些啓動子序列中包含大量的W-box元件。
bHLH類轉錄因子及同源物是植物基因組的一個大傢族，參與植物中多種生理生化反應過程，但bHLH類轉錄因子在植物中的功能被解析得還不是十分透徹。近些年，bHLH類轉錄因子被研究得比較多，Jiang等在擬南芥中得到一個bHLH92基因，觀察到在高鹽、乾旱和低溫脅迫下，bHLH92基因有豐富的轉錄水平，並且利用微陣列技術獲得瞭在高鹽脅迫下bHLH92基因作用的19個下遊靶基因。
MYB類轉錄因子是數量**、功能*多的轉錄因子傢族之一，在植物脅迫應答中起著重要的調節作用。擬南芥的AtMYB68能夠抵抗高溫脅迫，AtMYB2的耐寒能力顯著增強，水稻Osmyb4基因的過錶達大大提高瞭轉基因水稻對乾旱、高鹽、紫外輻射等的耐受能力。NAC轉錄因子參與多種植物生物和非生物脅迫反應、激素信號轉導途徑等過程，對於植物的生長發育起到關鍵的調節作用。Zhu等在西紅柿中獲得一個SlNAC4基因，實驗結果證明，SlNAC4基因能夠抵抗高鹽和乾旱脅迫的逆境生長環境。Liu等學者在水稻和棉花中發現一個逆境脅迫相關的SNAC1，實驗證明它能通過增強根的發育和減少蒸騰速度來抵抗高鹽和乾旱脅迫。
從以上研究可以看齣，轉錄因子在植物抗逆方麵的作用是很重要的，但很多時候，單獨的一個轉錄因子並不能完全起到抗逆作用，需要多個轉錄因子共同作用纔能完成。Xu等在葡萄中獲得2個bHLH基因，將它們轉入擬南芥後通過正嚮調節CBF基因的錶達，增強瞭擬南芥抗低溫耐力。Hemsley等在擬南芥中發現3個MED（調節復閤體亞基）基因能

序言