WRKY转录因子表达谱的研究进展

基因组学与应用生物学，2009年，第28卷，第4期，第803－808页Genomics and Applied Biology,2009,Vol.28,No.4,803－808

专题介绍Review

WRKY 转录因子表达谱的研究进展

张颖蒋卫杰*

凌键

余宏军

王明

中国农科院蔬菜花卉研究所,北京,100081*通讯作者,jiangwj@

摘

要环境胁迫对植物的生长发育造成重大影响，因此，提高植物的抗逆性是农业面临的重要问题。自然

界中存在多种抗逆基因，如抗盐基因、

抗旱基因、抗寒基因等。利用植物基因工程和分子生物学技术提高植物对逆境的适应性及其抗逆分子机制的研究已成为当今热点。WRKY 转录因子是一类参与多种胁迫反应的诱导型转录因子，本文综述了WRKY 转录因子家族的结构特点、WRKY 转录因子在非生物胁迫(高温、低温、

干旱、盐)、外源物质(激素及O 3)处理及生物胁迫下的表达模式。各种胁迫下的表达谱均呈现不同特点，这些差异表达可能与它们所行使的不同生物学功能有关。

关键词

WRKY 转录因子,表达谱,非生物胁迫,RT-PCR

Advance on Expression Profile of Transcription Factor WRKY

Zhang Ying Jiang Weijie *

Ling Jian

Yu Hongjun Wang Ming

Institue of Vegetable and Flower,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing,100081*Corresponding author,jiangwj@ DOI:10.3969/gab.028.000803

Abstract Environmental stress has an adverse effect on the growth of plants and the productivity of crops,so it is very important for agriculture to improve plant resistance to stress.Expression of a variety of genes is induced by these stresses in various plants,such as salt-resistant,drought-resistant,chilling-resistant genes and so on.It has become a hotspot to enhance plant adaptability to stress and study its molecular mechanism by plant genetic engi-neering and molecular biological technology.WRKY transcription factor is an inducible transcription factor which is involved in a variety of stress responses.In this paper,the structural characteristics of WRKY transcription factor family,and the expression profile of WRKY transcription factors in abiotic stresses (heat,cold,drought and salt),in exogenous substances (hormones and O 3)and in biotic stresses are reviewed.The expression profile in different stressshowed different characteristics,which may be related to the different biological functions of WRKY tran-scription factors.

Keywords WRKY transcription factor,Expression profile,Abiotic stress,RT-PCR /doi/10.3969/gab.028.000803

基金项目：本研究由国家973计划项目(2009CB119001)资助

植物对胁迫的响应是一种积极主动的应激过程。植物接受胁迫信号后，通过一系列的信号传递途径，最终诱导相关基因的表达。转录因子在基因表达的调控过程中起着重要作用，它们与靶基因上游的各种特定DNA 元件结合，激活或抑制靶基因的转录活性，以调控其时空特异性表达。WRKY 类转录因子是一类研究较多的转录因子，它广泛的参与生物、非生物胁迫应答反应、信号分子传递、植物衰老和器官

发育等一系列生理活动(刘戈宇等,2006)。WRKY 转

录因子最早是在甜薯中发现(Ishiguro and Nakamura,1994)，随后在多种植物中陆续发现了大量的WRKY 转录因子。WRKY 基因家族通常具有一个或者两个WRKY 域，WRKY 域能特异的与靶基因启动子区的W-box 结合，从而调控靶基因的表达(Rushton et al.,1995)。近年来，基于传统的分子生物学方法研究WRKY 基因功能的基础上，利用各种物种基因组数

基因组学与应用生物学Genomics and Applied Biology

据库，在基因组水平上应用RT-PCR、荧光定量PCR、基因芯片的方法分析各物种中WRKY基因家族在胁迫下的表达模式及其功能已成为当今的研究热点。

1WRKY转录因子家族的结构特点

WRKY转录因子的DNA结合域为约60个氨基酸组成的锌指结构，锌指基序CX4－5CX22－23HXH (C2H2)具有高度保守的WRKYGQK七肽区域，故称为WRKY域，在大部分WRKY域中，均有内含子插入的保守位点(Eulgem et al.,2000)。

Yamasaki等(2005)应用核磁共振方法研究拟南芥WRKY4的C端WRKY域结构，这是第一个被阐明蛋白三维结构的WRKY蛋白。其结构由4个β链组成反平行的β折叠片，而位于N端的β折叠片包含保守的WRKYGQK序列，该片段参与DNA的结合，其中R-K-G起重要作用。在β折叠片的末端有保守的Cys/His残基形成锌指结构。N端的相邻β链之间的连接借助于Gly形成氢键从而形成β折叠片(图1)(Yamasaki et al.,2008)。

图1拟南芥WRKY4的C端WRKY域的四螺旋溶液结构(Yamasaki et al.,2008)

Figure1The four-helix solution structure of the C-terminal WRKY domain of Arabidopsis(Yamasaki et al.,2008)

根据WRKY域的数量及锌指结构的类型将WRKY蛋白分为三类：Ⅰ类WRKY蛋白有两个WRKY域，C端的WRKY域具有结合DNA的能力，而N端的WRKY域功能不明，Ⅱ类和Ⅲ类蛋白只含一个WRKY域，但它们的锌指结构不同，Ⅱ类WRKY的锌指类型为C2H2型，Ⅲ类为C2HC型(Eulgem et al.,2000)。多数WRKY转录因子属于Ⅱ类，只包含一个WRKY域，Ⅲ类WRKY转录因子只在高等植物中存在，且响应多种生物胁迫反应(苏琦等，2007)。Zhang和Wang(2005)以及Wu等(2005)基于拟南芥和水稻的全基因组序列对它们的WRKY 转录因子进行了全面分析：分类结果与Eulgem等(2000)基本相同，但在具体亚组的分类上有所差异，Wu将第Ⅱ类WRKY分为4个亚组，Zhang和Wang (2005)则将第Ⅱ类分为5个亚组；种间的系统演化分析表明，第Ⅲ类基因的形成在单子叶植物与双子叶植物分化之后，是一类较“新”的WRKY基因。

WRKY蛋白质能够通过特异地与靶基因启动子区域的W盒结合而实现其分子生物学功能(Maleck et al.,2000;Hara et al.,2000)。W盒即(T)(T)TGAC (C/T)序列，TGAC是该序列的核心保守序列，并与WRKY蛋白的特异结合息息相关；此外，Zn2+等金属离子的参与和磷酸化作用等也利于WRKY转录因子与W盒的结合(Duan et al.,2007)。W盒主要用于启动与抗病、损伤、衰老等相关基因的表达，WRKY 转录因子参与植物生物与非生物胁迫的应答(Ulker and Somssich,2004)。

2WRKY转录因子非生物胁迫下的表达谱

非生物胁迫包括高温、干旱、高盐、寒冷等，当植物受到这些胁迫时，胁迫信号将在细胞内转导，最终激发一些转录因子的表达。转录因子与胁迫应答基因相应的顺式作用元件结合，特异性地启动应答基因的转录表达，从而做出调节反应。研究非生物胁迫下转录因子的表达谱，有助于揭示胁迫应答基因的功能。目前，不仅在拟南芥和水稻等模式作物中，在马铃薯(Huang and Duman,2002)、大麦(Mare et al.,2004)、辣椒(Hwang et al.,2005)、遏蓝菜(Wei et al.,2008)等越来越多的物种中发现参与非生物胁迫的WRKY基因。

Seki等(2002)用cDNA芯片检测了7000个拟南芥基因在干旱、寒冷、高盐下的表达谱，40个转录因子在上述逆境中上调表达(相当于逆境诱导基因的11%)，其中4个是WRKY转录因子，分别是At1g80840、At2g30250、At5g13080和At4g18170。在上述三种逆境下，均检测到这4个WRKY转录上调表达，表明它们可能参与了干旱，低温或高盐胁迫信号转导通路。

Mare等(2004)通过筛选低温处理大麦的cDNA 文库，克隆得到与低温、干旱相关的HvWRKY38转录因子，研究表明：叶片和根在2℃分别处理不同时间，HvWRKY38在12h和5h达到表达高峰，叶片在不同温度处理8h时，随2℃、6℃、10℃温度升高，表达量降低。在干旱胁迫下，HvWRKY38在处理后0.5h即达到高表达水平，直到处理3h仍表达，表明该基因与干旱胁迫紧密相关。HvWRKY38转录因子

DOI:10.3969/gab.028.000803

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