胡萝卜中油菜素内酯信号途径相关转录因子BZR1的克隆与表达分析(2)
2.5黑田五寸转录因子BZR1氨基酸序列组成与分析7
2.6黑田五寸转录因子BZR1的进化树分析7
2.7黑田五寸转录因子BZR1在不同组织和不同生长发育阶段下的表达8
2.7.1黑田五寸转录因子BZR1在根、叶柄、叶片中的表达特性分析9
2.7.2黑田五寸转录因子BZR1在五个发育阶段中的表达特性分析9
3 讨论9
致谢10
参考文献11
胡萝卜中油菜素内酯信号途径相关转录因子BZR1的克隆与表达分析
引言
胡萝卜(Daucus carota L.)又称红萝卜或甘荀，为双子叶植物纲伞形科草本植物，根可以作蔬菜食用，在世界范围是主要的蔬菜作物之一，广泛分布于欧洲及东南亚地区。胡萝卜原产于亚洲西南部，有两千多年的栽培历史。在公元10世纪，紫色的野生胡萝卜在阿富汗被驯化，后从伊朗传入欧洲大陆，约于元朝时期传入中国。目前胡萝卜在全国各地区都有广泛栽培，主要以河南、云南、浙江、山东等地栽种得最多。胡萝卜的肉质根含有丰富的矿物质、胡萝卜素以及文生素C等营养物质[1]。当前伴随人民生活水平的不断进步，市场对胡萝卜的产量和品质有了更高的要求，而胡萝卜在生长发育过程中油菜素内酯(brassinolide,BL)的调控作用十分重要。
油菜素甾醇类化合物(Brassinosteroids,BRs)属于一类羟基化甾体激素，其结构与动物中的孕激素非常地相似，作为天然激素广泛存在于植物中。油菜素甾醇类化合物在植物中含量较低，但是具有很高的生理活性。由于其对植物的生理过程有重要功能，因而也被称作“植物的第优尔大类激素”。油菜素甾醇类化合物与其他植物激素一起参与调控植物生长发育的多个阶段，对植物的生长过程起着多种生理作用，比如促进植物生长[2-4]、增加植物的抗逆性[5]、延缓衰老[6]、促进细胞分化[7]等等。基于当前掌握的分子结构信息，研究人员已经鉴定到了70余种油菜素甾醇。在天然油菜素甾醇类化合物中，由于油菜素内酯的生物活性最高，被认为是植物体内油菜素甾醇类化合物的活性形式[8]。
BZR1(BRASSINAZOLE-RESISTANT1)是一种在油菜素甾醇类化合物信号转导中关键的转录因子，通过其自身的磷酸化和稳定存在两种形式来感应油菜素甾醇类化合物信号[10, 11]。BZR1具有DNA结合域，BZR1转录因子由DNA结合域、磷酸化区域及C端区域构成，该DNA结合域通常形成一个bHLH的结构。bHLH蛋白是一类重要的转录因子家族，在动物与植物中都发挥着关键并且多样的作用。比如，bHLH转录因子在光敏色素信号转导，细胞衰老，气孔分化，以及油菜素甾醇类化合物相关基因的表达等方面都有着着重要的功能。一个典型的bHLH蛋白包含一个碱性的保守DNA结合基序[16]。
BZR1转录因子的C端区域含有一个由12个氨基酸组成的DM结构，可以与BIN2相互结合，从而被BIN2磷酸化导致失去转录活性[9]。还可以直接结合油菜素甾醇类化合物生物合成相关基因的启动子并抑制其转录。另外，BZR1能够通过抑制其它转录抑制因子的表达来激活油菜素甾醇类化合物响应基因的表达，或者通过调节油菜素甾醇类化合物响应的下游基因调控植物的生长[12]。
近年来，由于油菜素内酯在农业上的应用已日益引起人们的关注，其信号途径相关转录因子的研究也越来越多。目前，国外对BZR1转录因子在油菜素甾醇类化合物信号转导中的主要作用和调控机制已经取得了一定进展[13, 14]。国内也有对BZR1靶基因的功能等转导机制的研究，比如利用水稻[15]、棉花[16]、番茄[17]等作物，对BZR1转录因子在调控植物生长方面的作用做了探索，于提高产量及品质等方面取得一定成效。在生产应用中，结合BZR1转录因子功能的复杂性，呈现出各种针对性的研究。然而，目前国内外对胡萝卜中油菜素内酯信号途径相关的转录因子BZR1方面的研究却寥寥无几。在促进胡萝卜优产的应用前景方面，伴随着社会进步和生活品质的提高, 民众对健康食品也有了更高的追求, 因此含有丰富蛋白质、葡萄糖、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、文生素B1、淀粉以及果胶质的重要蔬菜胡萝卜愈发地受到广大消费者的青睐。由于市场广阔，胡萝卜已经成为部分区域经济来源的支柱产业之一[18]。目前研究显示BZR1转录因子在棉花[16]和番茄[17]作物中具有提升品质的作用。另外，已有研究表明植物激素对肉质根的形成具有一定的影响[19]，然而研究胡萝卜中油菜素内酯信号途径相关转录因子BZR1的表达将会进一步明确该因子及油菜素内酯对胡萝卜产生的作用，对胡萝卜的生产有着重要积极意义。