DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物非生物脅迫中的作用及研究進展

柏星軒, 閆 雪, 要宇晨, 寧 蕾, 王曙光, 孫黛珍

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 太谷 030801； 2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院， 太谷 030801)

DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物非生物脅迫中的作用及研究進展

柏星軒1, 閆 雪1, 要宇晨2, 寧 蕾1, 王曙光1, 孫黛珍1

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 太谷 030801； 2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院， 太谷 030801)

DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子即干旱應(yīng)答元件結(jié)合蛋白質(zhì)/C-重復(fù)序列結(jié)合子，能特異地結(jié)合順式激活元件DRE/CRT，從而激活植物細(xì)胞中與非生物脅迫抗性相關(guān)基因的表達(dá)，提高植物的抗逆性。系統(tǒng)地介紹了DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點、功能、物種分布以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，闡述了DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物抗逆基因工程育種中的作用、存在的問題，為DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的深入研究和應(yīng)用提供參考。

DREB/CBF；轉(zhuǎn)錄因子；轉(zhuǎn)基因植物；抗逆育種

由于極端環(huán)境條件的影響，在過去的幾十年中作物損失不斷上升[1-2]。氣候模型預(yù)測洪水、干旱和極端溫度等惡劣氣候條件的發(fā)生概率也都有所增加[1,3]；綜合氣候變化和作物生產(chǎn)的模型預(yù)測，21世紀(jì)主要糧食作物水稻、小麥和玉米的產(chǎn)量會下降[1]。這將對全球糧食生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因而對于優(yōu)良種質(zhì)的選育顯得尤為重要。研究表明，20世紀(jì)60年代以來，主要糧食作物產(chǎn)量的提升是通過對種質(zhì)資源的開發(fā)和提高農(nóng)藝措施實現(xiàn)的[1-3]。在較高的播種密度下，作物增加了對水分、光照和養(yǎng)分的競爭，這種模式對氣候變異的敏感性也在上升，所以迅速開發(fā)能適應(yīng)氣候變化的種質(zhì)對于確保糧食安全是必要的。一個有效的新模式是鑒定出在自然進化過程中對脅迫適應(yīng)性有重要作用的基因，并且精確地滲入到優(yōu)良品種中。這些基因位點常常與調(diào)控作用相聯(lián)系，能夠明顯地改良植物對各種不良環(huán)境的適應(yīng)性[1]。

非生物脅迫，一般是指能夠通過影響植物細(xì)胞的穩(wěn)定性最終使其生長和健康狀況出現(xiàn)波動的生長條件，多是指未達(dá)最佳標(biāo)準(zhǔn)的氣體和土壤條件。對于陸生植物而言，脅迫條件包括水分過飽或虧損，離子毒害(如Al3+、Cl-、Cd2+、Fe2+和Na+)，離子短缺(如Fe3+、N、P、S和Zn2+)，極端溫度和對流層臭氧(O3)等。脅迫按照持續(xù)時間可以分為瞬時脅迫(如午時高溫)或慢性脅迫(如高含量Na+的長期作用會堿化土壤)[4]。在作物早期的營養(yǎng)生長階段，脅迫雖然會延緩作物的增長(阻礙細(xì)胞分裂和增大)，但可能不會對高產(chǎn)農(nóng)作物的產(chǎn)量有太多影響；在作物生殖生長期，脅迫會大大減少作物的產(chǎn)量。通常情況下，非生物脅迫常常組合出現(xiàn)(如高溫和干旱，高溫和臭氧)或連續(xù)出現(xiàn)(如洪澇接著干旱)，因而在脅迫條件多變的環(huán)境中想要保持產(chǎn)量穩(wěn)定增長可能需要多重防御機制的增強。結(jié)合帕累托最優(yōu)原理可知，當(dāng)非生物脅迫引致的減產(chǎn)值最小時，農(nóng)業(yè)的綜合生產(chǎn)力提升[1,4]。

轉(zhuǎn)錄因子是與啟動子區(qū)域DNA相互作用的蛋白質(zhì)，能夠抑制或激活其他基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)。近年來，已經(jīng)相繼從很多高等植物中分離出了一系列調(diào)控低溫、高鹽、干旱、激素等相關(guān)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，包括NAC、MYB和AP2/EREBP等[5]；其中，AP2/EREBP轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和對外界環(huán)境響應(yīng)方面有著十分重要的作用，DREB/CBF是其一個亞族[6]。DREB轉(zhuǎn)錄因子能與DRE/CRT順式作用元件或具有DRE元件的核心序列(CCGAC)特異結(jié)合，參與調(diào)控逆境相關(guān)基因的表達(dá)，介導(dǎo)非生物脅迫信號的傳遞。

1 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點和功能

DREB/CBF反式作用因子與DRE/CRT順式元件能夠?qū)Ｒ恍宰R別并結(jié)合。DRE/CRT順式作用元件的核心序列是TACCGACAT，其中CCGAC序列是兩者能夠特異性結(jié)合的最小序列單位，而排在第4、第5和第7位的C堿基是兩者能夠結(jié)合的關(guān)鍵因素[7]。在干旱、高鹽和低溫等逆境條件下，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子對脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)起著非常重要的作用。目前在一些受低溫、高鹽或干旱脅迫響應(yīng)基因的啟動子區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了DRE核心序列或DRE元件[7]，說明DRE/CRT作用元件普遍存在于逆境響應(yīng)基因的啟動子區(qū)域，所以，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子對于調(diào)控逆境脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)具有十分重要的作用。

Sakuma等[7]采用凝膠移位分析，對擬南芥的DREB轉(zhuǎn)錄因子DREB1A和DREB2A[8]與DRE元件的特異性結(jié)合做了非常細(xì)致的研究與分析，結(jié)果如圖1。

可以看出，如果DRE元件的第1、第8和第9位堿基被其他任意堿基所替換或者第2位的A被G替換，不會影響到DREB1A和DREB2A與DRE元件的結(jié)合；如果第2位的A被T或C所替換，DREB2A完全不能與之結(jié)合而DREB1A與DRE的結(jié)合能力也下降很多；如果第3位至第7位的堿基被全部替換，DREB1A和DREB2A與DRE元件的結(jié)合能力均大大降低甚至完全喪失結(jié)合的能力。這些結(jié)果顯然證實了DREB1A和DREB2A轉(zhuǎn)錄因子的核心序列為A/GCCGAC。

圖1 DREB轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合序列(大寫黑體表示DREB與DRE元件之間的結(jié)合力很強；小寫黑體表示DREB與DRE元件之間的結(jié)合力適中；斜體表示DREB與DRE元件之間的結(jié)合力很弱)[7]

Fig 1 Binding sequence of DREB transcription factor(Capital boldface indicates that DREB and DRE components have strong adhesion; Lower-case boldface indicates that DREB and DRE components have moderate adhesion; Italic boldface indicates that DREB and DRE components have weak adhesion)[7]

迄今為止報道的DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子中，基因內(nèi)均沒有內(nèi)含子，并且二級結(jié)構(gòu)具有典型轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的特點，即C端含有大量的酸性氨基酸殘基，僅有少量的堿性氨基酸殘基，隸屬于轉(zhuǎn)錄激活區(qū)；N端則含有大量的堿性氨基酸殘基，隸屬于核定位區(qū)。例如山菠菜的DREB1轉(zhuǎn)錄因子，其C端含有14個酸性氨基酸，而僅含有2個堿性氨基酸；小麥的DREB1轉(zhuǎn)錄因子，其C端含有15個酸性氨基酸，而堿性氨基酸僅有3個[9-10]。Qin等[11]將玉米DREB轉(zhuǎn)錄因子的氨基酸進行了點突變試驗，更加驗證了這一結(jié)果，當(dāng)十四位的纈氨酸變成丙氨酸后，DREB不能與DRE序列實現(xiàn)特異性結(jié)合，DREB轉(zhuǎn)錄因子也喪失了轉(zhuǎn)錄激活的能力；當(dāng)十九位的谷氨酸變成天冬氨酸時，DREB轉(zhuǎn)錄因子可以與DRE序列實現(xiàn)結(jié)合，但其轉(zhuǎn)錄激活能力大大降低。

2 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的克隆與鑒定

Stockinger等[12]首次從擬南芥中克隆并得到了AtCBF1，之后在許多高等植物中克隆到了DREB/CBF同源基因，DREB/CBF的克隆也因此得到了很大的發(fā)展。表1匯總了近20年來已報道的從不同植物中分離出的DREB/CBF基因，同時羅列了各基因?qū)Χ喾N逆境脅迫的抗性。

3 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

植物在逆境脅迫條件下能夠產(chǎn)生大量的ABA，大多數(shù)脅迫應(yīng)答基因被ABA誘導(dǎo)表達(dá)，對于提高植物的脅迫耐受性具有重要的作用[14]。然而在aba(ABA缺陷突變體)或abi(ABA不敏感突變體)擬南芥突變體中，同樣存在一些基因，在高鹽、低溫和干旱等誘導(dǎo)脅迫條件下，不需要ABA誘導(dǎo)也能轉(zhuǎn)錄表達(dá)[15-16]。這些基因包括rd29a/lti78/cor78、cor47/rdl17、cor6.6/kin2和kin1[9]。DREB/CBF反式作用因子家族與DRE/CRT順式元件能夠?qū)Ｒ恍宰R別并結(jié)合，從而達(dá)到調(diào)控lti78、kin1、kin2等多種基因表達(dá)的目的[16]。受DREB/CBF調(diào)控的逆境響應(yīng)基因，其啟動子區(qū)域含有DRE/CRT順式作用元件，所以該轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控抗逆基因時存在不依賴ABA的信號途徑，進而增強了植物對脅迫的耐受性。

表1 DREB/CBF基因從不同植物中的克隆及對各種逆境脅迫的抗性[13]

續(xù)表1 (Continued table 1)

物種DREB/CBF類別逆境脅迫的抗性參考文獻(xiàn)SpeciesDREB/CBFtype干旱Drought鹽Salt低溫ColdABAReferences黑麥草LoliumperenneLpCBF3低溫[46]辣椒CapsicumannuumCaDREBLP1干旱、鹽[47]狼尾草PennisetumglaucumPgDREB2A低溫、干旱、鹽[48]番薯IpomoeabatatasSwDREB1低溫、干旱、鹽[49]SwDREB1B低溫[50]藍(lán)桉EucalyptusglobulusEgCBF1低溫[51]狗牙根CynodondactylonBeDREB1低溫[52]BeDREB2低溫蘆薈Aloeveravar.chinensisAvDREB2低溫、干旱、鹽、ABA[53]銀新楊Populusalba×P.albavar.pyramidalisPaDREB2低溫、干旱、鹽[54]巴西橡膠樹HeveabrasiliensisHbCBF1*[55]鹽芥ThellungiellaalsugineaTsCBF1*[56]榆錢菠菜AtriplexhortensisAhDREB1*[57]

*表示未知

截至目前的研究成果顯示，從植物中克隆分離得到的DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子均能與DRE/CRT順式作用元件進行交互[17]。其中，A-1與A-2組的轉(zhuǎn)錄因子DREB2和DREB1A/B/C，分別參與了不依賴于ABA的逆境脅迫應(yīng)答途徑中；其他受逆境誘導(dǎo)的DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子，如DREB1D/CBF4、GmDREBa、GmDRE-B2、ZmDBP2、ZmDBF1、TaDREBA6、GhDBP2和GhDBP3等參與了依賴ABA的脫水應(yīng)答途徑。這表明DRE/CRT順式作用元件在參與脅迫應(yīng)答的過程中，存在著依賴ABA和非依賴ABA兩種信號途徑，這兩種途徑通過一些具有相同性質(zhì)的組分緊密地聯(lián)系在一起，共同構(gòu)成了一個紛繁復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)，最終使得植物的逆境脅迫耐受性增強，這一系列變化過程如圖2所示。

圖2 逆境脅迫條件下DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的兩種信號途徑

4 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在植物抗逆基因工程育種中的作用與應(yīng)用

目前，在許多植物中已經(jīng)檢測到DREB/CBF的同源基因，例如小麥、大麥、水稻、玉米和大豆等[3,11]。從玉米中分離得到了一個DREB/CBF同源基因ZmDREB1A，該基因表達(dá)蛋白具有調(diào)控低溫響應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的能力，在擬南芥中過表達(dá)這一基因能夠明顯增加其對于低溫或干旱脅迫的耐受性[11]。在超表達(dá)大豆GmDREBL的轉(zhuǎn)基因擬南芥中，能夠通過調(diào)控脂肪酸合成途徑中的基因增加種子中的脂肪酸含量，促進轉(zhuǎn)基因植株種子的增大，從而顯著增加植物中的油含量[18]。目前，已從大豆中分離出6個DREB同源基因GmDREBa、GmDREBb、GmDREBc、GmDREB1、GmDREB和GmDREB3[15-16,18]，其中GmDREB1、GmDREB2和GmDREB3同屬于DREB家族的A-5亞家族，在擬南芥中超表達(dá)GmDREB1、GmDREB2或GmDREB3后，轉(zhuǎn)基因植株對于鹽堿、低溫或干旱脅迫的抗性明顯增強，這表明DREB/CBF的A-5亞族對提高植物抗逆性的效果更為明顯[15-16,19]。濟麥22、石麥15以及石麥366等常規(guī)育種得到的優(yōu)良小麥品系轉(zhuǎn)大豆GmDREB3后明顯提高了小麥的干旱、高鹽等逆境脅迫的耐受性并且提高了約10%至20%的產(chǎn)量(如圖3)。

以上一系列的研究和試驗結(jié)果表明，DREB/CBF類轉(zhuǎn)錄因子在促進作物抗逆性改良、提升作物產(chǎn)量等領(lǐng)域都具有十分重要的應(yīng)用價值。

圖3 常規(guī)育種材料濟麥22株系轉(zhuǎn)大豆GmDREB3后，孕穗期表型

注：該圖片于2016年5月拍攝于石家莊農(nóng)林科學(xué)研究院

5 DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在現(xiàn)階段研究中存在的問題及展望

目前對于DREB/CBF因子在脅迫中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)方式和調(diào)控機制的研究有了一定進展，但依舊存在很大的空白區(qū)域有待深入研究。

首先，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的作用機理較為復(fù)雜。在轉(zhuǎn)OsDREB1A和AtDREB1A的擬南芥植株中，兩種基因功能相同但在植株中的作用方式又有所不同，AtDREB1A能特異地結(jié)合GCCGAC與ACCGAC兩個DRE核心序列，而OsDREB1A只能結(jié)合GCCGAC序列，不能與ACCGAC序列特異結(jié)合。AtDREB1A和AtDREB1D具有特別高的同源性，在轉(zhuǎn)基因植株中，AtDREB1A能被低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，但AtDREB1D不能被低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。此外，DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子在轉(zhuǎn)基因植物中的表達(dá)也較為復(fù)雜，在轉(zhuǎn)35S∶AtDREB1A和35S∶OsDREB1A擬南芥中，35S∶AtDREB1A植株與35S∶OsDREB1A植株在正常生長條件下，前者表現(xiàn)為嚴(yán)重的生長矮化，后者則表現(xiàn)出嚴(yán)重的生長延遲，這極有可能是DREB/CBF因子引起抗逆基因過表達(dá)的結(jié)果，相關(guān)脅迫應(yīng)答蛋白的過量累加，使得轉(zhuǎn)基因植物在正常的生長條件下表現(xiàn)出較高的脅迫耐受性。

其次，已有的關(guān)于DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的功能驗證主要集中在擬南芥，對于其他植物的研究少之又少。一方面，缺乏能夠應(yīng)用于田間種植推廣的轉(zhuǎn)DREB/CBF基因的抗逆轉(zhuǎn)基因植物；另一方面，對于其他一些親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的植物能否產(chǎn)生相同的作用，還有待于進一步研究。同時，在調(diào)控外源的DREB/CBF基因的有效轉(zhuǎn)錄表達(dá)方面，除了已知的rd29a的啟動子區(qū)域調(diào)控DREB/CBF基因外，還需要更多的探究。

最后，在DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子研究對象的選取方面，主流的研究多集中于草本植物，對于木本植物中的研究極為罕見?；谥仓陮傩缘木薮蟛町?，普遍的草本植物研究成果并不能完全適用于木本植物。木本植物體形高大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生命周期長，大部分屬于根、莖多年生，而葉一年生的類型，還有少部分木本植物的根、莖、葉均為多年生，這就注定了木本植物與草本植物存在著不同的抗逆分子機制，而且木本植物的進化程度更高、分子機制也更為復(fù)雜。

長遠(yuǎn)看來，從最開始的植物感應(yīng)逆境信號，到擁有抗逆基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的整個信號傳遞途徑中，DREB/CBF類轉(zhuǎn)錄因子起到至關(guān)重要的作用。同時，在樣本植株選取方面，木本植物將會是一類頗具潛力的研究對象，也勢必開辟一片植物非生物脅迫研究的新天地。

[1]MICHAEL M V, HASEGWAWA P M, BAILEYSERRES J. Genetic mechanisms of abiotic stress tolerance that translate to crop yield stability [J]. Nat Rev Genet, 2015, 16(4): 237-251.

[2]KIDOKORO S, WATANABE K, OHORI T, et al. Soybean DREB1/CBF-type transcription factors function in heat and drought as well as cold stress-responsive gene expression [J]. Plant J, 2015, 81(3): 505-518.

[3]杜洪偉,陳 芬,肖國櫻.提高作物耐旱性的DREB轉(zhuǎn)錄因子研究進展[J]. 生物技術(shù)通報, 2008, 23(6): 1-6.

[4]張 梅,劉 煒,畢玉平.植物中DREBs類轉(zhuǎn)錄因子及其在非生物脅迫中的作用[J]. 遺傳, 2009, 31(3): 236-244.

[5]倪志勇,徐兆師,李連城,等.DREB轉(zhuǎn)錄因子在植物抗逆脅迫中的作用機理及應(yīng)用研究進展[J]. 麥類作物學(xué)報, 2008, 28(6): 1100-1106.

[6]陳金煥,夏新莉,尹偉倫.植物DREB轉(zhuǎn)錄因子及其轉(zhuǎn)基因研究進展[J]. 分子植物育種, 2007, 5(6s): 29-35.

[7]SAKUMA Y, LIU Q, DUBOUZET J G, et al. DNA-binding specificity of the ERF/AP2 domain of Arabidopsis DREBs, transcription factors involved indehydration and cold-inducible gene expression [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2002, 290(3): 998-1009.

[8]LIU Q, KASUGA M, SAKUMA Y, et al. Two transcription factors, DREB1 and DREB2, with an EREBP/AP2 DNA binding domain separate two cellular signal transduction pathways in drought-and low-temperature-responsive gene expression, respectively, in Arabidopsis [J]. Plant Cell, 1998, 10(8): 1391-1406.

[9]SHEN Y G, ZHANG W K, YAN D Q, et al. Characterization of DRE-binding transcription factor from a halophyte atriplex hortensis [J]. Theor Appl Genet, 2003, 107(1): 155-161.

[10]SHEN Y G, ZHANG W K, HE S J, et al. An EREBP/AP2 type protein inTriticcumaestivumwas a DRE-binding transcription factor induced by cold, dehydration and ABA stress[J]. Theor Appl Genet, 2003, 106(5): 923-930.

[11]QIN F, SAKUMA Y, LI J, et al. Cloning and functional analysis of a novel DREB1/CBF transcription factor involved in cold-responsive gene expression inZeamaysL.[J]. Plant Cell Physiol, 2004, 45(8): 1042-1052.

[12]STOCKINGER E, GILMOUR S, THOMASHOW M.ArabidopsisthalianaCBF1 encodes an AP2 domain-containing transcriptional activator that 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.

[13]李科友,朱海蘭.植物非生物逆境脅迫DREB/CBF轉(zhuǎn)錄因子的研究進展[J]. 林業(yè)科學(xué), 2011, 47(1): 124-134.

[14]YAMAGUCHI S K, SHINOZAKI K. Transcriptional regulatory networks in cellular responses and tolerance to dehydration and cold stresses [J]. Annu Rev Plant Biol, 2006, 57(1):781-803.

[15]CHEN M, WANG Q, CHENG X, et al. GmDREB2, a soybean DRE-binding transcription factor, conferred drought and high-salt tolerance in transgenic plants [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2007, 353(2): 299-305.

[16]CHEN M, XU Z, XIA L, et al. Cold-induced modulation and functional analyses of the DRE-binding transcription factor gene, GmDREB3, in soybean (GlycinemaxL.) [J]. J Exp Bot, 2009, 60(1): 121-135.

[17]高世慶,徐惠君,程憲國,等.轉(zhuǎn)大豆GmDREB基因增強小麥的耐旱及耐鹽性[J]. 科學(xué)通報, 2005, 50(23): 2617-2625.

[18]ZHANG Y Q, LU X, ZHAO F Y, et al. Soybean GmDREBL increases lipid content in seeds of transgenic arabidopsis[J]. Sci Rep, 2016, 6:1-13.

[19]AGARWAL P K, AGARWAL P, REDDY M K, et al. Role of DREB transcription factors in abiotic and biotic stress tolerance in plants [J]. Plant Cell, 2006, 25(12): 1263-1274.

[20]HAAKE V, COOK D, RIECHMANN J, et al. Transcription factor CBF4 is a regulator of drought adaptation in Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 2002, 130(2): 639-648.

[21]MAGOME H, YAMAGUCHI S, HANADA A, et al. Dwarf and delayed-flowering1, a novel Arabidopsis mutant deficient in gibberellin biosynthesis because of overexpression of a putative AP2 transcription factor[J]. Plant J, 2004, 37(5): 720-729.

[22]SHI H, QIAN Y, TAN D, et al. Melatonin induces the transcripts of CBF/DREB1s and their involvement in both abiotic and biotic stresses in Arabidopsis[J]. J Pineal Res, 2015, 59(3): 334-342.

[23]CHEN J, DONG Y, WANG Y, et al. An AP2/EREBP-type transcription-factor gene from rice is cold-inducible and encodes a nuclear-localized protein[J]. Theor Appl Genet, 2003, 7(6): 972-979.

[24]DUBOUZET J, SAKUMA Y, ITO Y, et al. OsDREB genes in rice,OryzasativaL, encode transcription activators that function in drought-high-salt- and cold-responsive gene expression[J]. Plant J, 2003, 33(4): 751-763.

[25]WANG Q, GUAN Y, WU Y, et al. Overexpression of a rice OsDREB1F gene increases salt, drought, and low temperature tolerance in both Arabidopsis and rice[J]. Plant Mol Biol, 2008, 67(6): 589-602.

[26]HERATH V. Small family, big impact: in silico analysis of DREB2 transcription factor family in rice[J]. Comput Biol Chem， 2016, 65(6):128-139.

[27]李 月,代培紅,劉 超,等.海島棉5個CBF/DREB基因的克隆與表達(dá)分析[J]. 棉花學(xué)報, 2016, 28(1): 42-51.

[28]李 月,孔麗穎,李才運,等.海島棉GbCBF6基因克隆及其在逆境脅迫下的表達(dá)分析[J]. 西北植物學(xué)報, 2015, 35(10): 1949-1955.

[29]GAO M, AIIARD G, BYASS L, et al. Regulation and characterization of four CBF transcription factors fromBrassicanapus[J]. Plant Mol Biol, 2002, 49(5): 459-471.

[30]LI X, TIAN A, LUO G, et al. Soybean DRE-binding transcription factors that are responsive to abiotic stresses[J]. Theor Appl Genet, 2005, 110(8): 1355-1362.

[31]EGAWA C, KOBAYASHI F, ISHIBASHI M, et al. Differential regulation of transcript accumulation and alternative splicing of a DREB2 homolog under abiotic stress conditions in common wheat[J]. Genes Genet Syst, 2006, 81(2): 77-91.

[32]SHAVRUKOV Y, BAHO M, LOPATO S, et al. The TaDREB3 transgene transferred by conventional crossings to different genetic backgrounds of bread wheat improves drought tolerance[J]. Plant Biotechnol J, 2016, 14(1): 313-322.

[33]CHOI D, RODRIGUEZ E, CIOSE T, et al. Barley CBF3 gene identification, expression pattern, and map location[J]. Plant Physiol, 2002, 129(4): 1781-1787.

[34]XUE G, LOVERIDGE C. HvDRF1 is involved in abscisic acid-mediated gene regulation in barley and produces two forms of AP2 transcriptional activators, interacting preferably with a CT-rich element[J]. Plant J, 2004, 37(3): 326-339.

[35]KIZIS D, PAGES M. Maize DRE-binding proteins DBF1 and DBF2 are involved in rab17 regulation through the drought-responsive element in an ABA-dependent pathway[J]. Plant J, 2002, 30(6): 679-689.

[36]QIN F, KAKIMOTO M, SAKUMA Y, et al. Regulation and functional analysis of ZmDREB2A in response to drought and heat stresses inZeamaysL.[J]. Plant J, 2007, 50(1): 54-69.

[37]WANG Q, MAILLARD M, SCHIBLER U, et al. Cardiac hypertrophy, low blood pressure, and low aldosterone levels in mice devoid of the three circadian PAR bZip transcription factors DBP, HLF, and TEF[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2010, 299(4): 1013-1019.

[38]LIU S, WANG X, WANG H, et al. Genome-wide analysis ofZmDREBgenes and their association with natural variation in drought tolerance at seedling stage ofZeamaysL.[J]. PLoS Genet, 2013, 9(9): 1003-1790.

[39]GU L, ZHANG Y, ZHANG M, et al. ZmGOLS2, a target of transcription factor ZmDREB2A, offers similar protection against abiotic stress as ZmDREB2A[J]. Plant Mol Biol, 2016, 90(1-2): 157-170.

[40]何 姣.冰島虞美人(Papavernudicaule)不同品種耐寒性評價及其冷誘導(dǎo)基因PnDREB1的克隆[D]. 雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[41]WU J, FOLTA K, XIE Y, et al. Overexpression ofMuscadiniarotundifoliaCBF2 gene enhances biotic and abiotic stress tolerance in Arabidopsis[J]. Protoplasma, 2017, 254(1): 239-251.

[42]HUANG B, JIN L, LIU J. Identification and characterization of the novel gene GhDBP2 encoding a DRE-binding protein from cotton (Gossypiumhirsutum) [J]. J Plant Physiol, 2008, 165(2): 214-223.

[43]HUANG B, LIU J. Cloning and functional analysis of the novel gene GhDBP3 encoding a DRE-binding transcription factor fromGossypiumhirsutum[J]. Biochim Biophys Acta, 2006, 1759(6): 263-269.

[44]HUANG B, LIU J. A cotton dehydration responsive element binding protein functions as a transcriptional repressor of DRE-mediated gene expression[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2006, 343(4): 1023-1031.

[45]陽文龍,劉敬梅,劉 強,等.高羊茅DREB類轉(zhuǎn)錄因子基因的分離及鑒定分析[J]. 核農(nóng)學(xué)報, 2006, 20(3): 187-192.

[46]XIONG Y, FEI S. Functional and phylogenetic analysis of a DREB/CBF-like gene in perennial ryegrass (LoliumperenneL.) [J]. Planta, 2006, 224(4): 878-888.

[47]HONG J, KIM W. Isolation and functional characterization of theCa-DREBLP1 gene encoding a dehydration-responsive element binding-factor-like protein 1 in hot pepper[J]. Planta, 2005, 220(6): 875-888.

[48]AGARWAL P,NAIR S, SOPORY S K, et al. Stress-inducible DREB2A transcription factor fromPennisetumglaucumis a phosphoprotein and its phosphorylation negatively regulates its DNA-binding activity [J]. Mol Genet Genomics, 2007, 277(2): 189-198.

[49]KIM Y, YANG K, RYU S, et al. Molecular characterization of a cDNA encoding DRE-binding transcription factor from dehydration-treated fibrous roots of sweetpotato [J]. Plant Physiol Biochem, 2008, 46(2): 196-204.

[50]趙曉飛.甘薯冷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄組測序及轉(zhuǎn)錄因子SwDREB1B在抗冷調(diào)節(jié)中的作用[D]. 杭州：浙江農(nóng)林大學(xué), 2015.

[51]GAMBOA M, RASMUSSEN P, VALENZUELA P, et al. Isolation and characterization of a cDNA encoding a CBF transcription factor fromE.globulus[J]. Plant Physiol Biochem, 2007, 45(1): 1-5.

[52]謝永麗,王自章,劉 強,等.草坪草狗牙根中抗逆基因BeDREB的克隆及功能鑒定[J]. 中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報, 2005, 21(4): 521-527.

[53]張 倩.中華蘆薈抗逆基因AlDREB2和AlTINY的克隆與功能的初步分析[D]. 重慶：西南大學(xué), 2009.

[54]秦紅霞,賈志平,張海超,等.銀新楊中與DRE元件結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子的克隆及鑒定分析[J]. 生物工程學(xué)報, 2005, 21(6) :906-910.

[55]程 漢,安澤偉,黃華孫.巴西橡膠樹CBF1基因的克隆和序列分析[J]. 熱帶作物學(xué)報, 2005， 26(3): 50-54.

[56]高 峰,高 強,岳桂東,等.小鹽芥(Thellungiellasalsuginea)CBF1基因的克隆[J]. 山東大學(xué)學(xué)報, 2005， 40(5): 113-117.

[57]SHEN Y, ZHANG W, YAN D, et al. Characterization of a DRE-binding transcription factor from a halophyte Atriplex hortensis [J]. Theor Appl Genet, 2003, 107(1): 155-161.

The role and research progress of DREB/CBF transcription factors in plant abiotic stress

BAI Xing-xuan1, YAN Xue1, YAO Yu-chen2, NING Lei1, WANG Shu-guang1, SUN Dai-zhen1

(1. College of Agriculture; 2. College of Economics and Management, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China)

DREB/CBF (Dehydration responsive element binding protein/C-repeat binding factor)transcription factor, the drought responsive element-binding protein/C-repeat sequence,can specifically interact with the DRE/CRT (Dehydration-responsive element/Cis-acting elements). It activates the expressions of genes associated with abiotic stress resistance in plant cells and thus enhances the plant resistance to various stresses. In this paper, the structure, function, species distribution and signal transduction of DREB/CBF transcription factors were systematically introduced. The roles and existing problems of DREB/CBF transcription factors in plant genetic engineering breeding were discussed.All these above are aimed at providing references for the further research and application of DREB/CBF transcription factor.

DREB/CBF; transcription factor; transgenic plant; stress tolerance breeding

2016-11-18；

2016-11-30

國家自然科學(xué)基金(31671607)；國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(2014ZX0800203B-003)；山西省自然科學(xué)基金(2014011004-3)

柏星軒，碩士，研究方向為小麥分子育種，E-mail：bxx1015@126.com

孫黛珍，博士，教授，研究方向為小麥分子育種，E-mail：sdz64@126.com

Q945.78

A

2095-1736(2017)04-0088-06

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.04.088