木本植物DREB/CBF同源基因的研究进展

2018-01-12刘晓丹

现代农业研究 2017年11期

刘晓丹

【摘要】 DREB/CBF转录因子在提高植物抵御低温、干旱及盐等非生物胁迫能力中发挥重要作用。本文介绍了近十几年来木本植物DREB/CBF同源基因的鉴定，逆境胁迫下的表达情况以及抗逆功能的研究，同时对其未来发展进行了展望，为 DREB/CBF 基因深层次的理论研究和实际应用提供依据。

【关键词】木本植物； DREB/CBF基因；非生物胁迫响应；逆境功能

[Abstract] DREB/CBF transcription factors play an important role in improving plant resistance to low temperature， drought and salt. This paper introduces the woody plants in last decade DREB/CBF homologous gene identification， under adversity stress the study of the expression and function of art， for the DREB/CBF gene provides the basis for deep theoretical research and practical application.

[Key words]woody plants； DREB/CBF genes； Non-biological stress response； Adversity function

DREB /CBF转录因子可响应多种逆境胁迫，进一步激活一系列依赖 DRE /CRT 顺式作用元件的抗逆基因的转录表达，从而增强植物对干旱、低温及高盐等逆境的抗性[1]。因此，DREB /CBF转录因子在植物抗逆中的作用越来越广泛地受到重视，已成为植物抗逆基因工程研究的热点之一。目前已报道的DREB/ CBF同源基因多来源于草本植物，对于木本植物的研究则极少。但由于木本植物结构复杂，进化程度更高，木本植物可能存在更为复杂的抗逆分子机制，因此木本植物DREB/CBF同源基因的发掘及抗逆机制的研究具有巨大的潜力。

1 木本植物DREB/CBF同源基因的克隆

自Stockinger 等1997年首次从拟南芥中克隆获得AtCBF1[2]后，许多高等植物DREB/CBF的同源基因相继被分离出来。目前已从拟南芥、水稻、玉米、小麦、大豆和番茄等几十种植物中克隆出DREB/CBF同源基因[1]，其中大部分来自草本植物。随着基因克隆技术及生物信息学的发展，近十年来，越来越多的木本植物来源的DREB/CBF同源基因被鉴定并克隆，如杨树[3-4]，巴西橡胶树[5]，蓝桉[6]，八棱海棠，茶树，柑橘，梅花，山荆子，月季，葡萄，樱桃，扁桃，平欧杂交榛，香樟，麻疯树，刚毛柽柳。

2 木本植物同源基因的非生物胁迫响应机制

不同木本植物DREB/CBF基因对非生物胁迫的响应存在很大差异[1]。低温胁迫可诱导蓝桉EgCBF1[6]、茶樹CsCBF1、梅花CBF及麻疯树JcCBF3的表达。中国樱桃PpcCBF受低温诱导表达，且不依赖ABA。扁桃 AcCBF2基因只在低温和干旱下不同程度地表达，对高盐胁迫和ABA处理均没有响应。月季RhCBF基因在低温和盐胁迫下被诱导，而干旱处理不能诱导其表达。柑橘CBF能够响应低温、高盐及ABA胁迫。然而枳PtCBF与脐橙CsCBF却存在一定差异[9]。八棱海棠MrDREBA6、山荆子MbDREB1、胡杨PeuCBFs[4]、香樟CcCBF、平欧杂交榛ChaCBF1基因的表达同时受低温、干旱、高盐及ABA胁迫诱导。刚毛柽柳ThDREB基因能对盐碱，干旱及重金属胁迫作出应答。总体来说，木本植物对低温、干旱、高盐和 ABA胁迫的响应更为强烈，可能与其逆境调控机制更为复杂有关，对于木本植物的抗逆调控机制及功能研究更具应用潜力。

3 木本植物同源基因在提高植物抗逆性中的作用

虽然木本植物DREB/CBF同源基因的克隆和表达分析已有一些报道，但目前对其抗逆功能的研究却极为罕见。对超表达梅花CBF/DREB1基因的烟草进行的低温胁迫抗性实验表明，转基因烟草的耐寒性略强于非转基因烟草。低温胁迫后，转麻疯树JcCBF3基因的烟草中游离脯氨酸含量和SOD酶活性提高，植株的抗寒性提高。过表达平欧杂交榛ChaCBF1的转基因拟南芥增强了对冷冻胁迫的耐受性，其成活率显著高于对照植株。超表达山荆子MbDREB1基因的拟南芥植株对低温、干旱和盐的耐受性明显增强。刚毛柽柳ThDREB能提高转化酵母细胞对盐碱、干旱、过氧化物、重金属、冷和热多种逆境的抗性，同时可不同程度的提高转基因烟草植株的对盐和干旱的抗性[20]。

4展望

DREB/CBF转录因子可以调控多个抗逆功能基因的表达[7]。因此为利用分子手段培育抗逆新品种，提供了一条重要的技术途径，具有广阔的应用前景。但是目前的研究仍有局限，还需要进一步完善。木本植物中DREB/CBF同源基因的研究大多只是基因的克隆及表达分析，对于CBF基因的调控网络需进行系统解析；关于木本植物中DREB/CBF同源基因的抗逆功能的研究太少，且局限于模式植物烟草和拟南芥，缺乏能够在田间推广的抗逆转基因作物。随着转录组学、蛋白质组学和代谢组学的迅速发展，将会有越来越多的木本植物DREB/ CBF同源基因被鉴定出来，势必将为抗逆作物品种的改良提供丰富的基因资源，同时也为探索木本植物复杂的抗逆分子机制开辟新天地。

参考文献：

[1] 李科友，朱海兰.植物非生物逆境胁迫DREB/CBF转录因子的研究

进展[J].林业科学， 2011， 47（1）：124-134.

[2] STOCKINGER E，GILMOUR S，THOMASHOW M. Arabidopsis

thaliana CBF1 encodes an AP2 domain-containing transcriptional

activatorthat binds to the C-repeat /DRE，acis-acting DNA regulatory

element that stimulates transcription in response to low temperature

and water deficit[J]. Proc Natl Acad Sci USA，1997， 94（3）： 1035-1040.

[3] 刘国花.小叶杨DREB1A基因的克隆及其相关分析[D].晋中：山西

农业大学，2003.

[4] 贾会霞，李建波，孙佩，等.胡杨CBF基因家族的鉴定及表达特性分

析[J].分子植物育种， 2017，15 （2）：492-500.