ERF轉(zhuǎn)錄因子研究進(jìn)展

高浩++竺錫武

摘要 ERF（Ethylene-responsive factor ）轉(zhuǎn)錄因子是AP2/ERF大家族中的一個大的亞家族，僅含1個AP2/ERF結(jié)構(gòu)域，每個成員都含有1個由大約60個氨基酸組成的非常保守的DNA結(jié)合域。有研究表明，每種植物有100種以上ERF轉(zhuǎn)錄因子，其功能各不相同，分別具有調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、抗生物脅迫和非生物脅迫的作用等。本文就ERF轉(zhuǎn)錄因子的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，以期為ERF轉(zhuǎn)錄因子的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 ERF轉(zhuǎn)錄因子；功能；作用機(jī)理

中圖分類號 Q943 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）08-0130-02

Research Advance of ERF Transcription Factors

GAO Hao ZHU Xi-wu

（Hunan University of Humanities，Science and Technology，Loudi Hunan 417000）

Abstract ERF transcription factors are big subfamily of AP2/ERF large family，which have one AP2/ERF structural domain，and every member contains a very conservative composed of about 60 amino acid DNA binding domain.Research has shown that every plant has more than 100 kinds of ERF transcription factors，the functions of each are not identical，respectively with regulating plant growth and development，the role of biological stress and abiotic stress resistance，etc.In this paper，the research status and development trend of ERF transcription factors were analyzed，in order to provide references for the application of ERF transcription factors.

Key words ERF transcription factors；function；mechanism

隨著環(huán)境條件的惡化，植物在生長發(fā)育過程中受到的非生物因素和生物因素影響會更多，如高溫、低溫、干旱、鹽堿、病蟲害等。在不斷適應(yīng)環(huán)境和進(jìn)化過程中，植物形成了復(fù)雜有效的逆境脅迫應(yīng)答體系，可以調(diào)節(jié)植物使其能夠適應(yīng)新的生長環(huán)境。其中，在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控過程中轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮了非常重要的作用[1]。轉(zhuǎn)錄因子又稱反式作用因子，是一群能與真核基因啟動子區(qū)域中的順式作用元件發(fā)生特異性結(jié)合，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度、在特定的時間與空間表達(dá)的蛋白質(zhì)分子[2]。AP2/ERF家族轉(zhuǎn)錄因子對植物非常重要，可以調(diào)控植物整個生命周期的生長發(fā)育和逆境[3-7]。根據(jù)AP2結(jié)構(gòu)域的數(shù)目和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，AP2/ERF家族轉(zhuǎn)錄因子可分為4個亞族（ERF、DREB、AP2、RAV）和單獨(dú)成員（Soloist）[4-5，8]。

1 ERF轉(zhuǎn)錄因子的特點(diǎn)

ERF（Ethylene-responsive factor）轉(zhuǎn)錄因子是AP2/ERF大家族中的一個大的亞家族，僅含1個AP2/ERF結(jié)構(gòu)域，在結(jié)構(gòu)域序列的第14位和第19位分別是丙氨酸和天冬氨酸。從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，ERF轉(zhuǎn)錄因子含有4個功能域，即DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄調(diào)控域（包括激活和抑制域）、寡聚化位點(diǎn)以及核定位信號[9]。但是不同的轉(zhuǎn)錄因子可能缺少某一結(jié)構(gòu)域，如寡聚化位點(diǎn)或核定位信號。

2 ERF轉(zhuǎn)錄因子的分類

ERF轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合域的特定氨基酸序列決定它們與順式作用元件識別及結(jié)合的特異性。根據(jù)與不同順式作用元件的結(jié)合，將ERF家族成員分為2類。第1類可與GCC盒結(jié)合，GCC盒的保守序列為AGCCGCC，該序列主要存在于許多PR基因啟動子區(qū)，但一些非生物脅迫應(yīng)答基因的啟動子中也含有GCC盒[10]。第2類可與DRE/CRT結(jié)合，DRE盒核心序列為TACCGACAT，該序列主要存在于參與低溫、干旱、高鹽等非生物脅迫應(yīng)答相關(guān)基因的表達(dá)[11]；與其相似的順式作用元件是CRT，其核心保守區(qū)序列為AGCC-GAC，主要存在于低溫誘導(dǎo)的基因啟動子中[12]，由于2個核心序列作用比較相似，所以統(tǒng)稱為DRE/CRT元件。

3 ERF轉(zhuǎn)錄因子的主要功能

ERF轉(zhuǎn)錄因子在各種類型的植物中都廣泛存在，通過識別和結(jié)合不同的順式作用元件參與植物多種生物學(xué)過程，其主要功能如下。

3.1 調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育

HuiShen[13]等研究表明，ERF類蛋白OsEBP-89基因既在胚乳中表達(dá)，也在維管束韌皮部表達(dá)，且靠近RST莖節(jié)和居間分生組織部分的表達(dá)水平比其他地方高?？梢酝茢喑鯫sEBP-89可能會影響胚乳細(xì)胞和莖部組織的淀粉積累。

3.2 參與非生物脅迫應(yīng)答

Zhang等[14]研究表明，要想提高番茄植株對低溫脅迫的耐受性，可以過量表達(dá)煙草TERF2。如果進(jìn)行反義表達(dá)，則降低了番茄植株對低溫的耐受性。同時，噴施乙烯后可以恢復(fù)番茄植株對低溫脅迫的耐受性。

在干旱脅迫方面，過量表達(dá)DREB2A可以使轉(zhuǎn)基因擬南芥對干旱的抗性顯著提高，對冷害的抗性稍微提高[15]。

在鹽堿脅迫方面，轉(zhuǎn)基因擬南芥過量表達(dá)羊草Lc DR-EB3a可提高植物的抗旱和抗鹽能力[16]。

3.3 參與生物脅迫應(yīng)答

呂靜[17]研究發(fā)現(xiàn)，OsERF3是水稻誘導(dǎo)抗蟲反應(yīng)中的一個早期應(yīng)答基因，OsERF3正調(diào)控時，過量表達(dá)的OsERF3水稻品系可以提高水稻對二化螟的抵抗力，而取食反義品系后水稻植株會提前死亡；OsERF3負(fù)調(diào)控時，褐飛虱雌成蟲的取食、產(chǎn)卵選擇性及初孵若蟲存活率均在反義品系中降低，過量品系則與之相反。說明OsERF3可以調(diào)節(jié)水稻對不同取食習(xí)性昆蟲的防御。

BnERF104基因在轉(zhuǎn)基因擬南芥中的超表達(dá)提高了病原相關(guān)蛋白（PR）防御素PDF1.2和幾丁質(zhì)酶ChiB基因的表達(dá)量，顯著增強(qiáng)了對腐生營養(yǎng)型真菌核盤菌的抗性[18]。

擬南芥過量表達(dá)辣椒Ca PF1提高了由Pseudomonas syringae pv.omato DC3000病菌引起的細(xì)菌性葉斑病[19]。

轉(zhuǎn)基因煙草中過量表達(dá)Gm ERF3基因可以誘導(dǎo)PR基因的表達(dá)，提高植物對Ralstonia solanacearum、Alternaria alternata和煙草花葉病毒（TMV）等病害的抗性[20]。

4 ERF轉(zhuǎn)錄因子參與脅迫應(yīng)答的作用機(jī)理研究現(xiàn)狀分析

在功能已明確的ERF轉(zhuǎn)錄因子中大部分是增強(qiáng)對植物病原菌脅迫的抗性，但有一部分ERF過表達(dá)降低植物對病原菌的抗性。較多研究表明，ERF轉(zhuǎn)錄因子中增強(qiáng)對植物病原菌抗性的機(jī)理是ERF通過增強(qiáng)防衛(wèi)基因如PR基因的表達(dá)量和過氧化氫產(chǎn)物量，從而增強(qiáng)對病原菌的抗性[21]。

另一些ERF過量表達(dá)降低植物對病原菌抗性的機(jī)理，已有研究表明，這些具有抑制功能的ERF基因結(jié)構(gòu)上含有EAR motif，抑制了含有GCC-box的防衛(wèi)基因表達(dá)，從而降低植物對病原菌的抗性；而除去EAR motif 的轉(zhuǎn)基因植株P(guān)R基因表達(dá)量提高，提高了對病原菌的抗性[22-24]。Yang等[25]對ERF4的研究推測其抑制活性與亞細(xì)胞定位于核小體有關(guān)。McGrath認(rèn)為，植物在病原菌侵染期間協(xié)調(diào)性地表達(dá)多種ERF類激活子或抑制子調(diào)節(jié)防衛(wèi)基因表達(dá)和對病原菌的抗性。Trujillo等[26]推測SodERF3因為其含有的EAR motif 改變了一個關(guān)鍵堿基，破壞了SodERF3蛋白的抑制能力。Li等[27]研究發(fā)現(xiàn)，AtERF11被bZIP轉(zhuǎn)錄因子HY5調(diào)節(jié)，通過抑制ACS5合成，從而抑制乙烯合成。

與Ohta、Trujillo等的發(fā)現(xiàn)相反，BrERF11是一個含有完整EAR motif 的轉(zhuǎn)錄因子，與AtERF11蛋白序列一致性達(dá)67%，卻能使PR1a、PR1b、PR3、PRQ等病程相關(guān)基因表達(dá)顯著提高，增強(qiáng)對青枯菌的抗性[28]。Lai等對于BrERF11的研究還報道發(fā)現(xiàn)，無論是否接種病原菌，轉(zhuǎn)BrERF11基因植株未使病程相關(guān)蛋白NPR1表達(dá)提高，但使PR1a、PR1b、PR3、PRQ等表達(dá)量顯著提高，H2O2酶基因表達(dá)顯著降低。這表明BrERF11促進(jìn)病程相關(guān)蛋白表達(dá)可能有一條不經(jīng)過NPR1的通路。Lu等[29]研究發(fā)現(xiàn)OsERF3含有一個EAR-motif，過量表達(dá)植株增強(qiáng)了幾種防衛(wèi)反應(yīng)蛋白的表達(dá)，推測OsERF3是一個非常早期的應(yīng)答基因，位于誘導(dǎo)抗蟲反應(yīng)的上游；通過影響其下游負(fù)調(diào)控子的表達(dá)影響PARK及JA、SA、乙烯、H2O2等信號途徑，從而影響防衛(wèi)基因表達(dá)，最終植物表現(xiàn)抗蟲性。

5 展望

目前，國內(nèi)外對ERF轉(zhuǎn)錄因子研究已有較多報道，但有研究表明每種植物有100種以上ERF轉(zhuǎn)錄因子[30-31]，要想把ERF轉(zhuǎn)錄因子的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn)上，目前的研究還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，仍有許多重要問題需要更深一步研究。首先，ERF轉(zhuǎn)錄因子作為連接因子參與脅迫信號交叉經(jīng)途中，其具體的作用機(jī)制有待進(jìn)一步明確；同時ERF轉(zhuǎn)錄因子作為連接上游信號與下游功能基因的紐帶，它是如何調(diào)控下游功能基因的，又是如何被上游信號所控制？其次，植物體內(nèi)無時無刻都在進(jìn)行各種信息傳遞與生化反應(yīng)，ERF轉(zhuǎn)錄因子除了參與脅迫應(yīng)答外，還有哪些功能？哪些蛋白或植物激素與ERF轉(zhuǎn)錄因子有協(xié)同或拮抗作用？相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，ERF轉(zhuǎn)錄因子將會研究得更透徹，并更好地應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。

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