bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物生長發(fā)育及非生物逆境響應的作用

劉慧潔，徐 恒，邱文怡，李曉芳，3，張 華，朱 英，李春壽，王良超，*

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院，浙江 金華321004； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 病毒學與生物技術(shù)研究所，浙江省有害生物防控國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州310021； 3.河北師范大學 生命科學學院，河北 石家莊050000； 4.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021)

在植物的種子萌發(fā)、休眠、衰老以及花發(fā)育等生物學過程中，不同的基因具有不同的時空表達特性，它們的表達受到轉(zhuǎn)錄因子的精確調(diào)控；在植物生長發(fā)育過程中，它們無時無刻不面臨著環(huán)境中非生物逆境的影響，包括高溫、低溫、干旱等。這些不利因素往往會造成植物生長發(fā)育減緩甚至死亡，從而導致農(nóng)作物減產(chǎn)。慶幸的是在進化過程中，植物獲得了多種響應或抵抗逆境的能力，其中利用轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控逆境相關(guān)基因的表達，從而能快速地響應、克服這些不利因素是最重要的一種防御機制。堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper，bZIP)轉(zhuǎn)錄因子家族在植物生長發(fā)育和非生物脅迫響應的過程中均扮演著非常重要的角色，本文著重對bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族在這兩方面的最新研究進展進行了綜述，旨在為相關(guān)研究提供參考。

1 bZIP轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征

bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族都具有一個高度保守的bZIP結(jié)構(gòu)域，為60～80個氨基酸。它由兩部分組成：高度保守的結(jié)合DNA的堿性區(qū)和多變的亮氨酸拉鏈區(qū)[1]。堿性區(qū)的序列特征是含有一個不變的N-x7-R/K的基序，其功能是識別啟動子上的特定序列并與之結(jié)合；亮氨酸拉鏈區(qū)則是由1個或多個重復區(qū)組成，每個重復區(qū)含有7個氨基酸殘基，其中亮氨酸位于第七位，其余的則包含一些疏水氨基酸，比如異亮氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸；該區(qū)域具有寡聚功能，bZIP轉(zhuǎn)錄因子通過亮氨酸區(qū)形成同源或異源二聚體后，可以行使轉(zhuǎn)錄激活或抑制功能。

2 bZIP轉(zhuǎn)錄因子的分布與分類

bZIP轉(zhuǎn)錄因子在動植物中廣泛存在且數(shù)量較多。數(shù)據(jù)顯示，雙子葉植物擬南芥中有75個bZIP轉(zhuǎn)錄因子，約為人類、蠕蟲和酵母數(shù)量的4倍[2]，單子葉模式植物水稻則更多一些，有86個bZIP轉(zhuǎn)錄因子[3]。由此可見，植物中的bZIP轉(zhuǎn)錄因子的家族成員在數(shù)量上占很大的比重。

早期Jakoby等[4]利用MEME(multiple em for motif elicitation)分析工具，主要按照bZIP轉(zhuǎn)錄因子堿性區(qū)的特性對擬南芥的75個bZIP轉(zhuǎn)錄因子進行分類，主要分為：A、B、C、D、E、F、G、H、I和S共10個亞家族。Liao等[5]根據(jù)bZIP轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征及擬南芥bZIP轉(zhuǎn)錄因子的分類法，將大豆的131個bZIP類轉(zhuǎn)錄因子也分成了10個亞家族。隨著生物信息學的進步，Corrêa等[6]利用Neighbour-Joining分類法，以最短的bZIP基序(含44個氨基酸殘基)為基準，對已經(jīng)測序的幾個被子植物擬南芥、水稻和美國黑楊的bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族進行了重新分類，在原有的幾個類別之外，又進一步細分得到了J、K、L三個新的bZIP類別。最近Zhang等[7]利用專業(yè)的生物信息學軟件MEGA6.0(Neighbour-Joining法)，F(xiàn)astTree 2.1.7將大豆的160個bZIP轉(zhuǎn)錄因子分成了12個亞家族，比之前Corrêa等[6]的分類少了L組。Zhao等[8]用類似的方法將蘋果(MalusdomesticaBorkh)的112個bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族分成了11個亞家族，少了K、L這兩個亞家族。隨著生物信息學的進步，bZIP轉(zhuǎn)錄因子的分類也越來越精細和科學。

3 bZIP轉(zhuǎn)錄因子的功能研究

在植物中，bZIP轉(zhuǎn)錄因子在多種生物學過程中充當著重要的角色，下面就bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物的生長發(fā)育和非生物脅迫調(diào)控(表1)等過程中的作用進行概述。

3.1 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與植物生長發(fā)育

諸多研究發(fā)現(xiàn)，bZIP類轉(zhuǎn)錄因子在植株的生長發(fā)育，包括種子成熟、萌發(fā)及花的發(fā)育等過程中有著重要的作用。水稻花藥特異表達基因OsTGA10/OsbZIP74，其表達受到花分化相關(guān)基因OsMADS8的直接調(diào)控，突變體ostga10表現(xiàn)為絨氈層發(fā)育不良，雄性不育；生化實驗表明，OsTGA10與絨氈層相關(guān)蛋白TIP2、TDR存在相互作用，同時也調(diào)控AP25和MTR1的表達，從而參與花藥及絨氈層的分化及發(fā)育[9]。擬南芥AtbZIP18與AtbZIP34、AtbZIP52及AtbZIP61在酵母中互作，并一同參與了花粉的發(fā)育，突變體atbzip18及atbzip34的少量花粉均無法形成正常的花粉壁[10-11]。bZIP蛋白也參與植物根的生長發(fā)育。擬南芥AtbZIP29通過調(diào)控根尖分身組織細胞中細胞壁形成相關(guān)基因的表達，從而影響根的生長發(fā)育[12]。玉米ZmbZIP4過表達能顯著促進根的生長發(fā)育，染色質(zhì)免疫共沉淀顯示ZmbZIP4能直接結(jié)合ZmLRP1、ZmSCR等根發(fā)育相關(guān)基因的啟動子并促進其轉(zhuǎn)錄[13]。在單子葉植物中，胚乳特異性表達的bZIP轉(zhuǎn)錄因子是種子發(fā)育過程的重要參與者，如水稻OsbZIP58基因與6個淀粉合成基因的啟動子相互作用，并調(diào)控其表達，突變體osbzip58的胚乳中總淀粉及直連淀粉的含量降低，而支鏈淀粉中短鏈含量增高，中長鏈分支降低[14]。玉米bZIP轉(zhuǎn)錄因子O2(Opaque-2)通過調(diào)控ZmbZIP17以及糊粉層發(fā)育相關(guān)基因ZmNKD2(NAKEDENDOSPERM2)的表達參與胚乳細胞分化及儲藏物質(zhì)形成，后兩者還能與O2一道共同激活其他受O2調(diào)控的目的基因的轉(zhuǎn)錄[15]。玉米ZmbZIP22能直接結(jié)合27KD-Y玉米膠蛋白基因的啟動子并促進其表達，從而促進玉米胚乳蛋白體的形成[16]。bZIP蛋白也參與馬鈴薯塊莖淀粉的積累，在馬鈴薯中過表達擬南芥ABF4能顯著地提高塊莖產(chǎn)量，并且能夠抑制塊莖萌發(fā)，提高塊莖的加工和儲藏品質(zhì)[17-18]。

表1 已知與植物生長發(fā)育與非生物逆境響應相關(guān)的bZIP轉(zhuǎn)錄因子及功能

Table 1 bZIP transcription factors involved in plant growth development and abiotic stress response

基因Gene方法Method轉(zhuǎn)基因寄主Transgenichost來源植物Original plant改變的性質(zhì)Changed characteristic參考文獻ReferenceOsbZIP74/OsTGA10過表達Overexpression水稻Rice參與花藥及絨氈層發(fā)育Anther and tapetum development[9]AtbZIP18/AtbZIP34、52、16擬南芥Arabidopsis參與花粉的發(fā)育Pollen development[10-11]AtbZIP29過表達Overexpression擬南芥Arabidopsis根的發(fā)育Root development [12]ZmbZIP4過表達Overexpression玉米Maize促進根的發(fā)育、受高溫誘導Heat response, promote root development[13]OsbZIP58過表達Overexpression水稻Rice調(diào)控淀粉合成基因的表達Regulate starch synthesis gene[14]ZmbZIP22過表達Overexpression玉米Maize促進玉米胚乳蛋白體的形成Enhance maize endosperm protein synthesis [16]Opaque-2過表達Overexpression玉米Maize參與對胚乳細胞分化及儲藏物質(zhì)的形成Evolve in endosperm cell development、storage mate-rials[15]AtABF4過表達Overexpression馬鈴薯Potato擬南芥Arabidopsis增強塊莖的加工和儲藏品質(zhì)Enhance tuber storage quality, processing quality[17-18]AtbZIP1、AtbZIP53饑餓脅迫Starve stress擬南芥Arabidopsis促進氨基酸代謝Enhance amino acid metabolism[19]AtbZIP11過表達Overexpression擬南芥Arabidopsis導致植物的生長停滯Inhibit plant growth[20]AtbZIP63饑餓脅迫Starve stress擬南芥Arabidopsis調(diào)控能量代謝Regulate energy metabolism[21]SibZIP1、SibZIP2過表達Overexpression番茄Tomato使果實含糖量增加Increase sugar content[22]OsbZIP48過表達Overexpression水稻Rice植株矮化Dwarf[25]AtORG3過表達Overexpression擬南芥Arabidopsis抑制葉片細胞分裂限制葉片增大Inhibit leaf cell division[24]OsbZIP48過表達Overexpression水稻Rice植株矮化Dwarf[25]OsABF1/OsbZIP40過表達Overexpression水稻Rice抑制水稻開花;提高植株的耐鹽力Inhibit rice flowering, enhance salt resistance[26]、[43]BnbZIP2過表達Overexpression苧麻Ramie對干旱更加敏感,對鹽脅迫更耐受Sensitive to drought, resistance to salt stress[30]ZmbZIP72過表達Overexpression玉米Maize使植株更加耐旱、耐鹽脅迫Enhance resistance to drought and salt stress[32]SlARZB1干旱脅迫 Drought stress番茄Tomato使植株更加耐干旱Enhance resistance to drought[33]ThbZIP1過表達Overexpression擬南芥Arabidopsis剛毛怪柳Tamarix hispida增強抗旱和耐鹽能力Enhance resistance to drought and salt stress[31]OsbZIP71過表達Overexpression水稻Rice增強植株的抗旱抗鹽能力Enhance drought, salt resistance[34]PtrABF過表達Overexpression煙草Tobacco構(gòu)熾Poncirus trifoliata增強抗旱性Enhance drought resistance[35]OsbZIP23/OsbZIP46過表達Overexpression水稻Rice提高抗旱能力Enhance drought resistance[40]ZmABP9過表達Overexpression玉米Maize提高抗旱能力Enhance drought resistance[39]TabZIP60過表達Overexpression小麥Wheat提高抗旱耐熱能力Enhance drought, heat resistance[41]、[54]

續(xù)表1

植物生長發(fā)育是一個包括能量的吸收、存儲以及再分配的過程。植物應對脅迫的抗性反應是個消耗能量的過程，如何平衡生長發(fā)育和抗性反應對植物來說非常重要，研究發(fā)現(xiàn)，植物可以通過調(diào)控bZIP轉(zhuǎn)錄因子來平衡這兩個過程。擬南芥AtbZIP1、AtbZIP53、AtbZIP11、AtbZIP63是調(diào)控植物能量代謝的關(guān)鍵因子。在缺乏碳源的情況下，AtbZIP1和AtbZIP53形成異源二聚體，直接調(diào)控氨基酸代謝關(guān)鍵基因天冬酰胺合酶，脯氨酸脫氫酶的表達[19]，植物以氨基酸為碳源進行能量代謝；AtbZIP11的表達能導致代謝的改變，顯著促進海藻糖、肌醇、蜜三糖等小分子碳水化合物代謝相關(guān)基因的表達，降低6-磷酸海藻糖的積累，后者是生長促進因子，導致植株出現(xiàn)生長停滯[20]。AtbZIP63可以與AtbZIP1、AtbZIP11分別形成異源二聚體。AtbZIP63具有3個可以磷酸化的絲氨酸位點，其磷酸化受AtSnRK1家族控制。在饑餓脅迫下，糖類碳源減少，SnRK1對AtbZIP63的磷酸化程度加深，AtbZIP63傾向于與AtbZIP1形成異源二聚體，開啟以氨基酸為碳源的代謝途徑；而當細胞中存在蔗糖時，SnRK1對Atbzip63的磷酸化減弱，后者則更多的與AtbZIP11結(jié)合[21]。利用以上研究結(jié)果，Sagor等[22]從番茄(Solanumlycopersicum)中克隆了AtbZIP11的兩個同源基因SibZIP1和SibZIP2，通過果實特異表達啟動子E8分別驅(qū)動表達不包含SIRT(蔗糖誘導抑制翻譯框)的剪切體，獲得了較野生型番茄含糖量增加1.5倍的轉(zhuǎn)基因果實，而且還沒有其他的副作用。這些研究表明，通過調(diào)控bZIP轉(zhuǎn)錄因子改良作物品質(zhì)完全可行。

植物bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物的生長發(fā)育過程也扮演著負調(diào)控因子的角色。擬南芥AtbZIP11通過激活根生長發(fā)育負調(diào)控因子IAA3/SHY2的轉(zhuǎn)錄，后者能高效抑制生長素運輸促進基因家族PIN-FORMED(PIN)的表達，導致生長素無法運輸至根尖分生組織，最終致使根生長發(fā)育遲滯[23]。擬南芥bZIP基因AtORG3通過抑制葉片細胞分裂限制葉片增大[24]。水稻OsbZIP48能抑制OsKO2的表達，該基因編碼赤霉素合成相關(guān)蛋白貝殼杉烯氧化酶2，過表達OsbZIP48導致赤霉素合成降低植株矮化[25]。水稻ABF1，及其同源基因OsbZIP40抑制水稻開花，OsABF1促進其目標基因OsWRKY104的轉(zhuǎn)錄，后者直接抑制OsEhd1(Earlyheadingdate1)的表達從而推遲水稻花原基的分化，導致水稻開花推遲；相反，通過RNAi抑制OsABF1及OsbZIP40的表達則能顯著提高OsEhd1的表達，從而促使水稻提前開花[26]，該調(diào)控通路主要由干旱信號誘導獨立于光及溫度。bZIP轉(zhuǎn)錄因子參與ABA抑制種子萌發(fā)的過程，擬南芥ABI3、ABI5能與DELLA蛋白形成轉(zhuǎn)錄復合物誘導SOMNUS表達，后者抑制擬南芥種子的萌發(fā)[27]。ABA在種子發(fā)育后期誘導晚期胚胎發(fā)生豐富基因(LEA)的表達，這些基因調(diào)控滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，ABA也阻礙種子的萌芽、生長，同時分析ABI5突變體植株的表型，發(fā)現(xiàn)該突變體的幼苗生長和種子萌發(fā)均受到抑制[28]。bZIP轉(zhuǎn)錄因子與ABA及對種子萌發(fā)抑制的研究也為通過操縱bZIP轉(zhuǎn)錄因子提高糧食的儲存品質(zhì)提供了參考。

3.2 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與非生物脅迫

在植物生長發(fā)育過程中會遭遇各種各樣的逆境脅迫，包括干旱、低溫、高鹽等。面對脅迫，植物會在生理、生化及分子水平上迅速作出響應，即誘導非生物脅迫相關(guān)基因的表達進而改變生理生化過程來抵御各種環(huán)境脅迫帶來的影響[29]。在這其中轉(zhuǎn)錄因子通過與其啟動子區(qū)域中的順式元件特異性結(jié)合進而調(diào)控逆境相關(guān)基因的表達是最主要的調(diào)控機制之一，植物bZIP類轉(zhuǎn)錄因子就是這一過程的重要參與者。

3.2.1 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與干旱脅迫

水分是植物生長過程中不可或缺的環(huán)境因子，干旱是威脅植物生長發(fā)育的頭號不利環(huán)境因素。在種子萌發(fā)和植物發(fā)育過程中，過表達苧麻BnbZIP2的轉(zhuǎn)基因擬南芥植物對干旱更敏感，對鹽脅迫的耐受性高于野生型[30]。此外，在擬南芥中過量表達剛毛怪柳ThbZIP1能顯著增強轉(zhuǎn)基因植物對干旱和鹽脅迫的抗性[31]，過表達玉米ZmbZIP72賦予轉(zhuǎn)基因擬南芥優(yōu)異的抗旱和耐鹽性[32]。Hsieh等[33]研究發(fā)現(xiàn)，干旱處理SlAREB1轉(zhuǎn)基因番茄和野生型對照，3周后轉(zhuǎn)基因植株表型正常，而野生型的葉子呈萎蔫和卷曲狀。水稻OsbZIP71能夠直接結(jié)合OsNHX1和COR413-TM1兩個非生物逆境相關(guān)基因的啟動子并激活轉(zhuǎn)錄，從而增強植株的抗旱抗鹽能力[34]。在煙草中過表達枸枳(PoncirustrifoliataL.)PtrABF能穩(wěn)定地促進煙草中9個脅迫響應基因的表達，并且在干旱脅迫下顯著誘導表達3個抗氧化物酶基因，從而能更好地清除活性氧自由基，進而增強了轉(zhuǎn)基因植株對干旱的抗性[35]。水稻ABF1的插入突變體abf1-1對干旱敏感，在水稻中過表達ABF1則能顯著增強轉(zhuǎn)基因水稻的抗旱能力，RNA-Seq及染色質(zhì)免疫共沉淀鑒定的ABF1目標基因中共有242個與干旱響應相關(guān)，ABF1直接調(diào)控蛋白磷酸酶2C家族的OsPP48、OsPP108，bZIP家族的bZIP23、bZIP46、bZIP72的表達，表明ABF1通過調(diào)控ABA途徑參與對水稻的干旱響應[36]。有趣的是，OsbZIP23的同源基因OsbZIP46，同樣參與ABA信號的正調(diào)控，然而由于結(jié)構(gòu)特性，該蛋白的D結(jié)構(gòu)域?qū)ζ渥陨磙D(zhuǎn)錄激活功能具有抑制作用，因而過表達完整蛋白并不能增強植物的抗干旱能力，但是過表達缺失D結(jié)構(gòu)域的剪切體，能誘導抗性相關(guān)基因的表達，從而使植株的抗旱能力增強[37]。此外，在植物中過表達玉米ABP9[38]、擬南芥ABF3[39]、水稻OsbZIP23[40]、小麥TabZIP60[41]等，轉(zhuǎn)錄因子均能顯著地提高轉(zhuǎn)基因植株的抗旱能力。這些研究不僅僅證明了植物bZIP基因在植物抗旱響應過程中的重要作用，也為我們通過這些轉(zhuǎn)錄因子改良作物的抗旱能力提供了參考。

3.2.2 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與鹽脅迫

在植物生長發(fā)育中，鹽分同樣是不可或缺的生存條件，當生存環(huán)境中的鹽濃度高于植株所承受的范圍時，會導致植物生長發(fā)育受阻甚至死亡。研究表明，高鹽脅迫下，在植物的生理生化過程中bZIP轉(zhuǎn)錄因子起著積極的作用，從而使得植物獲得較高的耐鹽能力。在耐鹽和敏感型水稻中bZIP轉(zhuǎn)錄因子OsBZ8有著不同程度的表達情況，研究發(fā)現(xiàn)，在ABA處理下，OsBZ8 基因表達量明顯增強，當對水稻進行高鹽處理后，在秈稻中OsBZ8在耐鹽品種的表達明顯高于鹽敏感的品種[42]，OsbZIP12(OsABF1)、OsbZIP46(OsABF2)和OsbZIP72在鹽脅迫下強烈誘導表達[43-45]。水稻OsbZIP71雖然在酵母和水稻原生質(zhì)體中不具有轉(zhuǎn)錄活性，但是它在酵母中能形成同源二聚體，也可以與C類bZIP轉(zhuǎn)錄因子形成異源二聚體，在水稻中過表達OsbZIP71能顯著增強轉(zhuǎn)基因水稻的抗鹽能力[46]。此外，大豆GmbZIP44、GmbZIP62和GmbZIP78基因能顯著提高轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐鹽性[5]。研究顯示，玉米bZIP基因ABP9[47]和ZmbZIP72能夠使植株獲得較高的耐鹽能力，Wang等[48]在棉花中表達玉米ABP9，Ying等[49]在擬南芥中表達ZmbZIP72轉(zhuǎn)錄因子，均能顯著提高轉(zhuǎn)基因植株的抗鹽能力。在高鹽脅迫下，與野生型水稻植物相比，OsABF1突變體Osabf1-1和Osabf1-2[43]表現(xiàn)地更為敏感。油菜(BrassicanapusL.)bZIP轉(zhuǎn)錄因子BnaABF2通過ABA途徑增強植株的耐鹽能力[50]。Sunitha等[51]在水稻中過表達木豆CcCDR(cold and drought regulatory protein)增強了水稻對鹽、干旱、低溫等眾多脅迫的抗性。眾多bZIP基因能顯著地增強植物的抗鹽能力，使得bZIP基因家族成為一個提高作物抗鹽害特性的基因?qū)殠欤胋ZIP轉(zhuǎn)錄因子改良作物抗鹽品質(zhì)大有可為。

3.2.3 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與高溫脅迫

當植物所處的環(huán)境溫度高于其最適生長溫度時，就會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，這就是高溫脅迫。植物在抽穗期遭遇高溫脅迫會使植株的開花發(fā)生異常，而且會造成低結(jié)實率的現(xiàn)象。研究表明，bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物高溫脅迫的途徑扮演著不可或缺的部分。玉米bZIP轉(zhuǎn)錄因子ZmBZIP4表達受高溫誘導[14]；在水稻中同時過表達OsbZIP46、CA1和蛋白激酶OsSAPK6與單獨過表達其中一個的轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出了更好的抗熱能力[52]。過表達龍爪稷(EleusinecoracanaL.)轉(zhuǎn)錄因子EcbZIP17的轉(zhuǎn)基因煙草，在適溫及高溫脅迫下在長勢、種子產(chǎn)量等各方面的表現(xiàn)均較野生型有優(yōu)勢[53]。進一步的生理生化分析表明，在適溫下EcbZIP17通過油菜素內(nèi)酯(BR)途徑促進轉(zhuǎn)基因煙草的生長發(fā)育；在脅迫條件下其能激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫響應基因Bip、PDIL及CRT1等的表達從而增強植株抗逆能力。在擬南芥中過表達小麥(Triticumaestivum)TabZIP60也能通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫響應增強轉(zhuǎn)基因植株的抗熱能力[54]。胡椒(Capsicumannuum)CabZIP63與CaWRKY40存在相互作用，并且能夠相互促進表達，形成一個正反饋回路，共同促進下游抗高溫高濕響應基因的表達從而提高植物的高溫耐性[55]。

3.2.4 bZIP轉(zhuǎn)錄因子與低溫脅迫

當植物所處的環(huán)境溫度低于其最適生長溫度時，就會使得植株生長緩慢，甚至會造成植株生理機制的傷害，有時會直接導致植株死亡，這就是低溫脅迫。植物響應低溫脅迫主要通過ICE-CBF-COR途徑，植物感受低溫后由ICE(inducer of CBF expression)誘導CBFs(C-repeat-binding Factors)表達，后者則能識別位于COR(cold regulated genes)啟動子上的CRT/DRE(C-repeat/dehydration responsive element)結(jié)合激活基因轉(zhuǎn)錄增強植株冷脅迫抗性[56]。bZIP類轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控植物冷脅迫響應中也同樣扮演了不可或缺的角色。蘋果(Malus×domestica)bZIP轉(zhuǎn)錄因子MdHY5在轉(zhuǎn)錄和蛋白兩個水平上都對冷脅迫存在響應，過表達MdHY5能顯著增強蘋果愈傷組織和轉(zhuǎn)基因擬南芥的冷脅迫抗性，電泳遷移率變動分析(electrophoretic mobility shift assay，EMSA)表明，MdHY5能直接結(jié)合MdCBF1啟動子上的G-Box促進其轉(zhuǎn)錄，并且MdHY5還能調(diào)控不依賴于CBF的COR基因的表達[57]。Liu等[58]鑒定到水稻中一共有8個bZIP基因OsbZIP08、OsbZIP35、OsbZIP38、OsbZIP46、OsbZIP63、OsbZIP72、OsbZIP73和OsbZIP76與苗期低溫抗性相關(guān)，其中bZIP73在粳稻和秈稻中存在一個單堿基差異，導致一個氨基酸變異(+171 aa，Glu>Lys)；并且通過進一步的基因組地域足跡分析表明，OsbZIP73有明顯的地域分布特性，北方低溫區(qū)均為粳稻背景，而南方低溫區(qū)則主要為秈稻背景，表明OsbZIP73參與了早期粳稻耐冷馴化的選擇。生化實驗表明，OsbZIP73與OsbZIP71相互作用，后者能增強OsbZIP73的活性，從而降低低溫脅迫下細胞內(nèi)ROS、ABA水平，進而增強粳稻的耐冷能力。在擬南芥中過表達小麥TabZIP14-B、TaAREB3、TabZIP60均能顯著增強植株抵抗冷脅迫的能力，轉(zhuǎn)錄分析表明，轉(zhuǎn)基因植株的逆境響應基因大范圍上調(diào)表達，此外轉(zhuǎn)基因植株對ABA比野生型敏感，表明TabZIP14-B、TaAREB3均是通過ABA途徑來增強植株的抗冷能力[59-61]。

3.2.5 bZIP轉(zhuǎn)錄因子在非生物脅迫中的負調(diào)控作用

除了上述提到的bZIP轉(zhuǎn)錄因子在非生物脅迫中起著正調(diào)控作用之外，還有一些bZIP轉(zhuǎn)錄因子起著負調(diào)控作用。OsbZIP52過表達株系對冷和干旱脅迫均較野生型敏感，qRT-PCR結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株中OsLEA3、OsTPP1、Rab25等非生物逆境相關(guān)基因的表達較野生型降低，表明OsbZIP52對水稻干旱和冷脅迫是負調(diào)控作用[62]。OsABI5作為負調(diào)節(jié)因子參與水稻的鹽脅迫耐受反應，OsABI5過表達植株在高鹽濃度下出現(xiàn)比野生型更明顯的萎黃現(xiàn)象[63]。另外，Yang等[64]研究發(fā)現(xiàn)，通過RNAi干擾技術(shù)抑制AthZIP24的表達水平，可大大提高擬南芥轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性。過表達番茄SlbZIP38能抑制高鹽、干旱脅迫下植株中葉綠素及脯氨酸的積累，同時ABA響應的逆境相關(guān)基因的表達較對照顯著下降，從而使得植株對脅迫敏感，表明SlbZIP38參與了鹽及干旱脅迫響應的負調(diào)控[65]。野茶樹的CsbZIP6的表達在低溫條件下被誘導，在擬南芥中過表達野茶樹CsbZIP6導致植株對低溫脅迫敏感，轉(zhuǎn)錄組分析表明，與野生型比較，過表達植株中低溫及干旱響應基因的表達顯著降低，表明CsbZIP6對植物冷脅迫起負調(diào)控作用[66]。在擬南芥中過表達小麥TabZIP6顯著降低了轉(zhuǎn)基因植株中CBFs、關(guān)鍵CORs等基因的表達，從而使得轉(zhuǎn)基因植株對低溫敏感[67]。

4 展望

bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物生命過程中充當著不可或缺的角色。自從發(fā)現(xiàn)bZIP轉(zhuǎn)錄因子以來，許多學者通過生物信息學、分子生物學等方法，對不同的植物中的bZIP轉(zhuǎn)錄因子進行鑒定并研究其生物學功能。已有的一系列研究結(jié)果表明，bZIP轉(zhuǎn)錄因子參與植物的生長、衰老、抗逆反應等生理過程。此外，bZIP轉(zhuǎn)錄因子還參與開花調(diào)控、花的發(fā)育等生理過程。因為bZIP轉(zhuǎn)錄因子的數(shù)量眾多，各亞族的信號傳導機制和亞族之間的交叉功能還需進一步研究探討；期待研究者分離出更多的bZIP轉(zhuǎn)錄因子，從而進一步探討其在激素信號、抗逆途徑中的作用以及bZIP轉(zhuǎn)錄因子對能量代謝途徑的調(diào)控機制，進一步完善bZIP轉(zhuǎn)錄因子的功能研究。