HSF转录因子在模式植物水稻和拟南芥中的进化分析(2)

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3。5 HSF转录因子超家族在水稻不同组织中的表达模式分析 10

3。6 水稻HSF转录因子家族的根茎组织对于六种不同植物激素的响应机制 10

结论 20

参考文献 21

致谢 22

1 前言

热激转录因子(heat shock factor, HSF)在热激反应中起着非常重要的调节作用，是热激反应中的主要调控因子。热激转录因子的末端组分是信号转导途径, 可以调节基因的活性对热激和其他胁迫作出响应。经过热激活化的热激转录因子可以识别并特异性地结合在热激蛋白(heat shock protein, HSP)基因启动子区热激元件(heat shock element, HSE)的保守基序上,从而开启与关闭热激蛋白基因, 诱导HSPs的转录, 完成其相应的生物学功能[1]。

虽然植物的HSF在种类、功能和分子量大小上各不相同, 但其结构却非常的相似。在已经研究出的HSF中有几个重要的结构域: DNA 结合域、寡聚核定位信号、C端的7元重复及激活域。其中主要的保守结构是DNA结合域和寡聚域,其它区域表现出的同源性只存在于亲关系相近HSF中[2]。

Ritossa (1962)在研究黑腹果蝇时发现了热应激反应(Heat shock response)。之后,很多学者对其进行了深入研究,发现动物、植物、细菌等,都具有这一特性。在生物化学及遗传学技术的进步下,热休克蛋白(Heat Shock Protein , HSP) 及热休克基因被逐渐的发现与探知。如今,人们已经较为清楚的了解HSP的结构及其在热应激反应中的功能。同时, 研究人员也在逐渐的重视热应激反应的调节[3]。

在高于正常生长温度5℃以上的热激条件下, 生物体体内会迅速合成一些热激蛋白。通过研究表明HSPs普遍存在于细菌及高等真核生物的整个生物界,并且在所有的活细胞中都起着非常重要的作用。热激蛋白基因表达调控的主要方式是转录水平的调控,在所有的生物中,经过热激活化后的热激转录因子可以识别并存在于hsp基因上游启动子区域的热激元件上从而诱导hsp的转录。因此,热激基因表达转录调节的中心机制是HSF活性的调节[2]。

由于全球气候不断变暖，高温热害对水稻生产的影响也日益加剧。在高温环境下，植物本身会产生相应的应激反应，其中热激基因表达迅速增加，热激蛋白迅速积累，并帮助相关蛋白重新折叠、稳定、组装、胞内运输和降解，使植物在高温环境中得以存活。在一类专门的转录因子－热激转录因子（Heat stress transcription factors，Hsfs）的调控下，这类热激蛋白在高温环境中得以表达，并且在HSP 基因转录时可以和其启动子区的热激元件保守序列特异性结合，调控热激蛋白基因的开启与关闭，完成其相应的生物学功能[4]。

2 材料与方法

2。1植物HSF超家族转录因子的鉴定

为了对植物HSF超家族转录因子进行功能分析，我们从植物TFDB数据库中下载了相关物种的HSF转录因子超家族序列(http://planttfdb。cbi。edu。cn/)[5]。这些HSF家族序列分别来自拟南芥基因组序列（Arabidopsis）(http://brassicadb。org/ brad/index。php)；水稻（Oryza sativa）基因组序列 (http://rice。plantbiology。msu。edu/, release 5。0)；短柄草（Brochypodium distachyon）基因组序列 (http://www。brachypodium。org/)；高粱（Sorghum bicolor）基因组序列 (http://www。plantgdb。org/SbGDB/)。在得到相关物种的HSF基因家族序列之后，我们的首要工作便是对于这些HSF超家族基因进行结构域鉴定。首先，这些蛋白的结构域都通过Pfam程序(http://pfam。sanger。 ac。uk/) [6, 7]进行分析，若存在HSF结构域，则认为该候选蛋白属于HSF蛋白家族，若未能检测出HSF结构域，则认为其不属于该家族。随后，作为最终的序列质量刷选标准，我们将这些HSF超家族转录因子的保守结构域采用SMART 数据库进行进一步的分析(http://smart。embl-heidelberg。de/) [8]。此外，针对水稻HSF基因家族，我们从RGAP中下载每一条记录的基因序列、蛋白质序列、CDS序列，获得每一条记录的外显子数、蛋白质氨基酸数，并且从KOME（http://cdna01。dna。affrc。go。jp/cDNA/）网站中获取其mRNA获取号，从ExPASy数据库（源`自,751`。论"文|网[www。lwfree。comg/）中获取其蛋白质等电点。