bHLH转录因子家族研究进展
热带爪蟾bHLH转录因子鉴定与进化分析
热带爪蟾bHLH转录因子鉴定与进化分析刘武艺【摘要】爪蟾是重要的生物医学模式动物.文章根据NCBI公布的热带爪蟾(Xenopus tropicalis)基因组数据,利用生物信息学方法提取和鉴定了爪蟾全基因组范围的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)基因信息,应用系统发生方法进行分类并做基因本体论(Gene Ontology,GO)功能富集分布分析,以期从整体上探讨爪蟾bHLH转录因子基因家族的分类及功能.结果表明,在热带爪蟾基因组数据库中发现了70个bHLH转录因子,其中69个可以分别归到6大组(A～F)的34个亚家族中,另一个为“孤儿因子”(Orphan)基因.GO富集分布统计发现有51个显著富集分布的GO注释语句,其中转录调控活性、转录调控、DNA结合、RNA代谢过程调控、DNA依赖的转录调控、转录和转录因子活性等出现频率很高,表明这些GO术语是爪蟾bHLH基因最常见的功能；许多bHLH转录因子在一些重要的发育或生理过程中发挥调控作用,如肌肉组织和器官(横纹肌、骨骼肌、眼部和咽部肌肉)的分化和发育、消化系统发育、咽部和感觉器官的发育、碱基和核苷及核酸的代谢调控、生物合成过程调控、DNA结合和蛋白质异聚化活性等.另外,还有一些重要信号通路(Signaling pathway)的GO术语显著地富集.文章还对Hes转录因子家族做了进化分析.这些结果为热带爪蟾bHLH基因的进一步研究打下了很好的基础.%Xenopus is an important model animal for biomedicine researches. In order to probe into the classification and function of the basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor family, we conducted a genome-wide survey and identified 70 bHLH transcription factors using the Xenopus tropicalis genome project data in the study. Among these transcription factors, 69 bHLH transcription factors were classified into 6 large groupscomposed of 34 sub-families and the remaining one was classified as'orphan'. Results of Gene Ontology (GO) enrichment statistics showed 51 frequent GO annotation categories. Statistical analysis of the GO annotations showed that these 70 bHLH proteins tended to be fre-quently related to transcription regulator activity, regulation of transcription, DNA binding, regulation of RNA metabolic process, DNA-dependent regulation of transcription, transcription, and transcription factor activity, indicating that they were expected to be the most common GO categories of transcriptional factors. Moreover, a number of bHLH genes were revealed to play important regulation roles in special development and physiological processes, such as muscle tissue and organ (striated muscle, skeletal muscle, eye muscle, and pharyngeal muscle) differentiation and development, e.g., digestive system development, pharynx development and sensory organ development, regulation of nucleobase, nucleoside and nu-cleotide and nucleic acid metabolic process, regulation of biosynthetic process, DNA binding, and protein heterodimeriza-tion activity, etc. There were also some important signaling pathways in the significant GO categories. We made the evolutionary analysis of Hes transcription factor family as well. This preliminary result lays a solid foundation for further researches on X. Tropicalis.【期刊名称】《遗传》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】13页(P59-71)【关键词】爪蟾;系统发生分析;转录因子;基因本体论【作者】刘武艺【作者单位】阜阳师范学院生命科学学院,阜阳236041;阜阳师范学院科研处,阜阳236041【正文语种】中文转录因子(Transcription factor)又称反式作用因子, 指能够与真核基因发生特异地相互作用并对转录有激活或抑制作用的DNA结合蛋白, 典型的转录因子含有DNA 结合区、转录调控区、寡聚化位点及核定位信号区等功能部分[1～5]。
植物转录因子及其作用的研究
植物转录因子及其作用的研究转录因子是指参与控制基因表达的一类蛋白质分子。
它们通过与DNA结合，促使或抑制基因转录，从而对细胞的生理和发育调控产生重要影响。
在植物中，转录因子也起着极为重要的作用，这里我们就来看看植物转录因子及其作用的研究进展。
一、植物转录因子的分类植物中常见的转录因子可以分为数十个家族，最常见的包括MYB、WRKY、NAC、bHLH、bZIP等。
这些家族的成员数目各异，但都具有一定的保守区，通过这些区域能较好地确定它们的结构和功能。
二、植物转录因子的作用转录因子的作用比较复杂，它们可以在基因表达的各个环节发挥作用，包括转录起始的选择、转录的增强或抑制和可变剪接等。
研究表明，转录因子对植物的生长发育和逆境响应都具有重要作用。
1、生长发育植物生长发育是一个非常复杂的过程，其中很多基因都受到转录因子的调控。
例如，MYB、bHLH和MADS-box转录因子就是影响植物形态组织分化和器官发育的关键因子。
此外，转录因子还对植物的生长速率、细胞分裂和细胞分化等方面的生物学过程发挥调控作用。
2、逆境响应植物面临逆境时需要产生适应性反应来适应外界环境的改变。
这个过程中，转录因子也扮演了关键角色，具体表现在：a.抗病毒防御：利用MYB、WRKY和NAC转录因子引导植物防御系统分泌抗病毒酶物质，从而保护植物免受病毒感染。
b. 耐盐性：利用bZIP和NAC转录因子激活植物耐盐性反应控制因子，以保护植物不受盐胁迫。
c. 抗旱性：利用ABA介导的转录因子调节植物的干旱适应性，从而提高植物的抗旱性。
三、基因工程和植物转录因子转录因子的发现和研究在基因工程和农业生产中也得到了广泛的应用。
利用转录因子的调控作用对植物进行优化和改良已成为一个研究热点。
例如利用bHLH转录因子对植物花色进行调节，通过基因转化产生具有不同颜色的花卉。
而通过bZIP和NAC转录因子的调节，可以增强水稻、玉米和小麦的逆境抗性。
自然中的某些植物可能含有某些有益物质，如开心果中的油脂等，基因编辑组合可以通过转录因子对这些物质的生产进行调节，让它们在人工条件下得到生产。
水稻中的bHLH转录因子家族研究
水稻中的bHLH转录因子家族研究随着人口的不断增加，农业在维持人类生存方面扮演了至关重要的角色。
其中，水稻作为世界重要的粮食作物之一，在全球范围内都有着广泛的种植和应用。
但是，水稻的生长和发育过程中存在着许多复杂的分子机制和调控因素，而其中一个重要的调控因素就是转录因子。
因此，本文将从水稻中的bHLH转录因子家族展开讨论，着重介绍其在水稻生长和发育中的作用及研究进展。
一、水稻中的bHLH转录因子家族bHLH蛋白质家族（basic Helix-Loop-Helix transcription factor family）是具有相似结构和功能的一类转录因子家族，其主要结构包括bHLH域、DNA结合域和转录激活域。
研究表明，在水稻中，bHLH转录因子家族成员较为丰富，且不同成员在水稻生长发育和应答胁迫等方面起着不同的作用。
例如，在水稻胚胎发育过程中，bHLH家族成员bHLH142和bHLH66的表达量逐渐增加，并分别参与了花粉管生长和小梁的形成等关键过程。
同时，在水稻的叶片开发过程中，bHLH家族成员bHLH165和bHLH2的表达量也有所上升，并在刺激叶片生长和形态分化方面发挥关键作用。
因此，水稻中的bHLH转录因子家族成员在水稻生长发育中发挥着重要的调控作用。
二、bHLH转录因子在水稻生长发育中的作用1. 参与调节水稻的生长发育水稻生长发育过程中的各个环节都受到了bHLH转录因子的调控。
例如，在水稻的胚胎发育中，bHLH转录因子的表达量在花粉管生长和小梁形成时得到了升高，且发挥着关键的作用。
此外，在水稻的叶片开发和根系生长中，bHLH转录因子也参与了诸多关键环节的调控。
2. 控制造粒过程和农田管理适当的农田管理和施肥策略可以最大化水稻的产量。
而bHLH转录因子可以控制水稻的造粒过程，从而对水稻的产量产生重要影响。
比如，在水稻苏等蛋白参与的调控网络中，bHLH转录因子可以显著影响水稻的穗粒数和粒重，同时对收获后粮食的品质也有一定的影响。
bHLH转录因子家族成员Math 1及其在内耳的研究进展
［ ｂ ｔａ ｔ Ｍｅ ｅｓｏ ｈ ａ ｉ ｈ ｌ － ｏ － ｅｉ（ ＨＬＨ）ｆｍｉ ｆ ｒｎ ｃｉｔ ｎｆｃｏ ｓｈ ｄｃｍｅｔ Ａ ｓｒｃ］ ｍｂ ｒ ｆｔ ｅｂ ｓｃ ｅｉ ｌ ｐｈ ｌ ｂ ～ ｘｏ ｘ ａ ｌ ｏ ａ ｓ ｒ ｉ ｔ ｒ ａ ｏ ｏ ｙ ｔ ｐｏ ａ
Ｍ ａ ｈ １、 ａ ｈ ５， ｇｎ ３（ ａ ｈ ４ ｔ Ｍ ｔ ｎ Ｍ ｔ Ｂ）， ｇｎ ２（ ａ ｈ ４ ）， ｅ ｏ ， ｎ Ｍ ｔ Ａ Ｎ ｕｒ Ｄ
中央 部 分 。通 过 对 ｃ Ａ 的序 列 分 析确 定 Ｍａｈ１的编 码 区 ＤＮ ｔ
只有 一 个 外 显 子 Ｍａｈ １由 ３ ８个 氨 基 酸 组 成 ， 有 ｂ Ｈ ｔ ５ 具 ＨＬ （ ａ ｉ ｈ ｌ － ｏ － ｅｉ） 构 。 含 有 这 类 结 构 的 蛋 白 具 有 结 ｂｓ ｅ ｘｌ ｐｈｌ 结 ｃ ｉ ｏ ｘ 合 ＤＮ 的 基 本 域 （ ａ ｉ 和 可 以 与 其 他 ｂ Ｈ 蛋 白形 成 异 Ａ ｂｓ ） ｃ ＨＬ
ｎ ｕ ａ ｅ ｅ ｍ ｉ ａ ｉｎ， ｏ ｏ ｎｅ ｒ ｌｇ ｎ ｕ ｃ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉｆ ｒ ｎ ｉｔｏ ｒ ｍ ｒ ｌ ｅ ａ ｉｇ ｅ ｒ ｌｄ ｔ ｒ ｎ ｔｏ ｒ ｐ ｒ ｕ ａ ｅ ｅ ｆ ｎ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｄｆｅ ｅ ｔａ ｉｎ ｆｏ ｐ ｏｉ ｒ ｔｎ ｆ ｎ ｕ ａ ｒ ｃ ｒ ｏ ｏ ｐ ｓ ｍ ｉｏ ｉ ｅ ｒ ｎ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｄ ｒ ｅ ｅ ｔｙ ｍ ａ ｅ ｇ ｅ ｔｄ ｖ ｌｐ ｅ ｔｏ ａ ｈ ｅ ｒ ｌｐ ｅ ｕ ｓ ｒｔ ｏ ｔ ｔ ｔｃ ｎ ｕ ｏ ． ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ａ ｅ ｃ ｎ ｌ ｄ ｒ ａ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｎ Ｍ ｔ １， ａｍ ｅ ｂ ｒｏ ｈ Ｈ ＬＨ ｒ ｎ ｃ ｉ ｔｏ ａ ｔ ｒｆ ｍｉｙｗ ｈ ｃ ｎ ｕ ｅ ｅ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ａｒｃ ｌ ｎ ｕ — ｍ ｅ ｆｔ ｅ ｂ ｔａ ｓ ｒｐ ｉ ｎ ｆｃ ｏ ａ ｌ ｉｈ ｉ ｄ ｃ ｄ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｏ ｆｈ ｉ ｅｌ ａ ｄ ｓ ｂ ｓ ｓ ａ ｔａ ｌ ｍ ｐ ｏ ｅ ｅ ｒｎ ｈ ｅ ｈ ｌ ｓ ｉ ｈ ｔ ｒ ｅ ｆ ｉｎ ｒ ｅ ｒ Ｈ ｅ ｅ。ｗ ｅ ｒ ｖｅ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｔ ｎ ｉｌｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ｈ ａ ｉ ｇ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｕ ｅ ｄ ａ ｎ ｅ ａ ． ｒ ｅ ｉｗｅ ｈ ｅ ｅｏ — ｍ ｅ ｔｏ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｈ １ ａ ｏ ｌｗ ｅ ． ｎ ｆｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｔ ｓｆ ｌ ｏ ｄ
植物bHLH转录因子研究进展_刘文文
生物技术进展2013年第3卷第1期7 11Current Biotechnology ISSN 2095-櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅殯殯殯殯2341进展评述Reviews收稿日期：2012-12-12；接受日期：2012-12-31基金项目：国家自然科学基因项目（30970221）资助。
作者简介：刘文文，硕士研究生，研究方向为玉米氮利用效率生理学及拟南芥抗逆作用机制。
*通讯作者：李文学，研究员，博士，主要从事小RNA 功能及植物抗逆机制研究。
E-mail ：liwenxue@caas．cn 植物bHLH 转录因子研究进展刘文文，李文学*中国农业科学院作物科学研究所，北京100081摘要：bHLH （basic helix-loop-helix protein ）是真核生物中存在最广泛的一大类转录因子，其通过特定的氨基酸残基与靶基因相互作用，进而调节相关基因的表达。
系统发育分析表明植物的bHLH 转录因子为单源进化。
bHLH 转录因子不仅对于植物的正常生长和发育必不可缺，同时参与植物适应多种逆境胁迫的反应过程。
然而，由于植物bHLH 家族成员众多、参与的生物过程复杂，对于其了解还不是十分清楚。
本文针对植物bHLH 的进化、结构特点、生物功能，尤其是在适应逆境胁迫中作用等的最新研究结果进行综述，以期为进一步深入了解植物bHLH 转录因子的功能提供理论参考。
关键词：bHLH ；结构特点；生物学功能DOI ：10．3969/j．issn．2095-2341．2013．01．02Progress of Plant bHLH Transcription FactorLIU Wen-wen ，LI Wen-xue *Institute of Crop Science ，Chinese Academy of Agricultural Sciences ，Beijing 100081，ChinaAbstract ：Basic helix-loop-helix proteins （bHLHs ）are found throughout the eukaryotic kingdom ，and constitute one of the largestfamilies of plant transcription factors．They can regulate gene expression through interaction with specific motif in target genes．Phylogenetic analysis indicates that plant bHLHs are monophyletic．bHLHs are necessary for plant normal growth and development ，and play important roles in abiotic-stress responses．However ，we know little about their origins ，structures ，andfunctions due to the large quantities and complexity of plant bHLH family．This paper reviews on the evolution ，structurecharacteristics ，biological function of plant bHLHs ，especially their functions in adapting to abiotic-stress tolerance ，so as to provide a theoretical reference for further research on the function of plant bHLH transcription factors．Key words ：bHLHs ；structural features ；biological functionbHLH 转录因子广泛存在于真核生物。
高等植物转录因子研究进展
未来研究需要进一步拓展转录因子研究的深度和广度，综合运用多学科的技 术和方法，例如基因组学、蛋白质组学、结构生物学、生物信息学等，以揭示高 等植物转录因子在更多生物学过程中的作用及其作用机制。同时，还需要加强转 录因子在作物抗逆、抗病、抗虫等方面的应用研究，为农业生产提供更多具有实 际应用价值的新型基因资源和新思路。
四、结论
植物bHLH转录因子在多个层面对植物生命活动进行调控，研究其表达模式和 功能对于理解植物基因表达调控机制具有重要意义。目前，研究者已取得了一些 突破性进展，但仍然存在诸多挑战，如深入探究bHLH转录因子在植物生长、发育 和胁迫响应中的作用机制，以及如何利用bHLH转录因子进行植物遗传育种和生物 工程实践等。
基因功能的研究
通过对大量高等植物转录因子的克隆、表达及功能分析，发现不同转录因子 在植物不同生长发育阶段及不同组织器官中具有特异性表达模式，且在植物应对 不同环境胁迫时具有独特的调控作用。此外，转录因子的功能研究还涉及到植物 激素信号传导、自交不亲和性、生物多样性维持等多个方面。
最新研究成果的介绍
引言
高等植物转录因子是一类能够与特定DNA序列结合，进而调控基因表达的蛋 白质。它们在植物细胞内广泛存在，参与植物生长、发育、生物多样性维持以及 应对环境胁迫等一系列重要生物学过程。高等植物转录因子具有多种特征，如特 定的DNA结合域、转录激活或抑制能力等。
相关研究
高等植物转录因子及其受体的研 究
通过识别基序，可以预测转录因子的作用模式； 3）磷酸化位点的确定：磷 酸化是一种常见的转录因子修饰方式，可以影响转录因子的活性和稳定性。通过 序列分析，可以确定磷酸化位点，并研究其作用机制。
植物转录因子的表达分析主要是通过基因表达谱和实时荧光定量PCR等技术 来检测转录因子的表达水平。一般来说，植物转录因子表达分析的研究主要集中 在以下几个方向： 1）组织特异性表达：检测转录因子在不同组织中的表达水平， 可以了解该因子在植物生长和发育过程中的作用； 2）
2021630_拟南芥bHLH_Ib_转录因子调控FIT_的转录
2021630_拟南芥ｂＨＬＨ_Ｉｂ_转录因子调控ＦＩＴ_的转录拟南芥（Arabidopsis thaliana）是一种广泛应用于植物生物学研究的模式植物。
拟南芥基因组的测序和功能分析显示，拟南芥中存在许多基因家族，其中包括调控植物生长和发育的转录因子家族。
拟南芥bHLH (basic helix-loop-helix) 转录因子家族是其中一类重要的转录因子家族，参与了调控拟南芥适应环境变化以及植物发育的过程。
拟南芥bHLH转录因子家族是一个大家族，包含了约150个成员。
这些转录因子家族在拟南芥的生长和发育过程中起到了重要作用，特别是在对逆境胁迫的应答中。
FIT(FER-LIKEIRONDEFICIENCY-INDUCEDTRANSCRIPTIONFACTOR)是拟南芥bHLH转录因子家族中的一个重要成员，参与了铁吸收、分配和转运的调控。
FIT基因的转录受到了多个信号通路的调控。
FIT基因的启动子区域包含了丰富的顺式作用元件（cis-element），如E-box、P-box、RRE等，这些元件可以与其他转录因子结合，并调控FIT基因的转录水平。
实验证实，FIT基因的转录可以通过缺铁响应元件（iron-deficiency-responsive element, IDE）和FIT自身的调控实现。
拟南芥在铁缺乏条件下，FIT基因的转录水平明显上调。
FIT的启动子区域含有多个IDE，这些IDE能够与缺铁响应转录因子bHLH38/39结合，形成复合物，进而调控FIT的转录。
除此之外，铜、锌等微量元素的浓度变化也能够影响FIT基因的转录水平。
这些微量元素通过RRE调控FIT的转录，进一步调节铁吸收和分配。
FIT基因的转录不仅受到其他转录因子的调控，还受到植物内外环境的调节。
拟南芥中的FIT基因可以被脱氧乙酸（ethylene）和植物雄性素（gibberellin）等植物内源激素调控，进而影响铁离子的吸收和分配。
植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶基因家族的生物信息学分析的开题报告
植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶基因家族的生物信息学分析的开题报告开题报告：植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶基因家族的生物信息学分析一、研究背景及意义1.1 研究背景转录因子是一类具有结构特征的蛋白质，能够与DNA特定序列结合，从而调控基因的表达。
连锁转录因子家族（bHLH）是一类广泛存在于真核生物中的转录因子家族，其成员具有高度保守的bHLH结构域。
在植物中，bHLH类转录因子在生物学发育、形态建成、逆境响应等方面发挥着重要作用。
酸性磷酸酶是细胞膜和胞浆中常见的一类磷酸酶，其催化过程中释放出的质子会导致环境酸化，因此也被称为“酸性”磷酸酶。
近年来的研究表明，植物中的酸性磷酸酶在植物生长发育、逆境胁迫等方面发挥着重要作用。
1.2 研究意义通过对植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶家族的生物信息学分析，可以深入了解这些基因家族的结构、功能及相互调控的机制，从而揭示这些基因家族在植物生长发育、形态建成及逆境响应等方面的作用，为未来的基因编辑技术和植物育种提供理论支持。
二、研究内容及方法2.1 研究内容（1）对植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶基因家族的全基因组数据进行筛选和整合。
（2）利用生物信息学工具分析这两个家族的基因结构、编码蛋白质的结构特征、同源性、进化关系等信息。
（3）预测这两个基因家族的基因功能、作用途径、分布规律等方面。
（4）分别绘制这两个家族的进化关系图和系统发育树。
2.2 研究方法（1）获取植物bHLH类转录因子和紫色酸性磷酸酶基因家族的全基因组数据。
（2）利用多种生物信息学工具对两个基因家族的基因序列、编码蛋白质的特征进行预测和分析，例如GeneMark、TMHMM、ExPASy等。
（3）利用基因信息学技术预测这两个基因家族的功能以及作用途径，例如基因本体（GO）分析、KEGG通路分析等。
（4）利用Mega7等多种软件工具构建这两个基因家族的进化关系图和系统发育树。
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HEREDITAS (Beijing)2008年7月, 30(7): 821―830 ISSN 0253-9772 综 述收稿日期: 2007−12−04; 修回日期: 2008−02−15基金项目:国家自然科学基金项目(编号: 30370773)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 30370773)]作者简介:王勇(1965−), 男, 浙江人, 副研究员, 博士研究生, 研究方向: 昆虫生物信息学。
E-mail: ywang@姚勤(1961−), 女, 安徽人, 研究员, 研究方向: 昆虫病毒分子生物学。
E-mail: yaoqin@ 王勇、姚勤同为第一作者。
通讯作者:陈克平(1962−), 男, 安徽人, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向: 昆虫分子生物学、昆虫生物信息学。
E-mail: kpchen@DOI: 10.3724/SP.J.1005.2008.00821bHLH 转录因子家族研究进展王勇1, 陈克平2, 姚勤21 江苏大学食品与生物工程学院, 镇江 212013;2 江苏大学生命科学研究院, 镇江 212013摘要: bHLH 转录因子在真核生物生长发育调控中具有重要作用, 它们组成了转录因子的一个大家族。
已经有20种生物基因组中bHLH 家族的成员得到鉴定, 其中动物17种、植物2种、酵母1种。
动物bHLH 因其调控基因表达的功能不同而被分成45个家族; 此外, 根据它们所作用DNA 元件和自身结构特点又被分成6个组。
A 组包含22个家族, 主要调控神经细胞生成、肌细胞生成和中胚层形成; B 组包含12个家族, 主要调控细胞增殖与分化、固醇代谢与脂肪细胞形成以及葡萄糖响应基因的表达; C 组包含7个家族, 主要负责调控中线与气管发育和昼夜节律、激活环境毒素响应基因的转录; D 组只有1个家族, 它与A 组bHLH 蛋白形成无活性的异源二聚体; E 组有2个家族, 调控胚胎分节、体节形成与器官发生等; F 组也只有1个家族, 调控头部发育、嗅觉神经元生成等。
文章综述了bHLH 转录因子家族分类、起源、功能方面的研究进展情况。
关键词: bHLH; 转录因子; 家族Progress of studies on bHLH transcription factor familiesWANG Yong 1, CHEN Ke-Ping 2, YAO Qin 21 School of Food and Biological Engineering , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, China ;2 Institute of Life Sciences , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, ChinaAbstract: bHLH transcription factors are important players in various developmental processes of eukaryotes. They consti-tute a large family of transcription factors. bHLH family members have been identified in genomes of 20 organisms inclu- ding 17 animals, two plants, and one yeast. Animal bHLHs are classified into 45 families based on their different functions in the regulation of gene expression. In addition, they are divided into 6 groups according to target DNA elements they bind and their own structural characteristics. Group A consists of 22 families. They mainly regulate neurogenesis, myogenesis and mesoderm formation. Group B consists of 12 families. They mainly regulate cell proliferation and differentiation, sterol metabolism and adipocyte formation, and expression of glucose-responsive genes. Group C has seven families. They are responsible for the regulation of midline and tracheal development, circadian rhythms, and for the activation of gene tran-scription in response to environmental toxins. Group D has only one family. It forms inactive heterodimers with group A bHLH proteins. Group E has two families, which regulate embryonic segmentation, somitogenesis and organogenesis etc. Group F also has one family. It regulates head development and formation of olfactory sensory neurons etc. This article presents a brief review on progress achieved in studies related to the classification, origination and functions of bHLH tran-scription factor families.822 HEREDITAS (Beijing) 2008 第30卷Keywords: bHLH; transcription factor; familybHLH(basic Helix-Loop-Helix, 碱性螺旋-环-螺旋)转录因子构成了真核生物蛋白质中的一个大家族, 其成员在生物的生长发育调控过程中起着极为重要的作用, 它们参与调控神经元发生、肌细胞生成、血细胞生成、性别决定和肠组织发育等。
bHLH 转录因子的名称来自其结构中的bHLH 基序。
bHLH 基序约含60个氨基酸, 由一个能与DNA 结合的碱性区域(Basic region)和α螺旋1-环-α螺旋2(Helix 1- Loop-Helix 2)组成, 其中环的长度在不同bHLH 蛋白中会有差异(图1)。
图1 bHLH 基序及其目标DNA 复合体[1, 2]Fig. 1 A complex formed between bHLH motif and its target DNA [1, 2]自从1989年第一个bHLH 蛋白结构被解析以 来[3], 迄今为止已经有1 000多条bHLH 序列在不同生物中得到鉴定[4]。
其中, 动物bHLH 因其所调控基因的功能不同而被分成了45个家族; 同时, 根据它们所作用DNA 元件和自身结构特点又被分成6个组。
近年来, 有不少文章针对部分bHLH 转录因子家族蛋白结构与功能的研究进展做了介绍。
例如, 国内作者就NeuroD 家族在决定视网膜细胞命运中的作用[5]、Atonal 家族在内耳发育中的作用[6]以及Ngn 家族与大脑皮质祖细胞分化的关系[7]等方面做了综述; 国外作者对MyoD 家族如何调控肌细胞生成[8]、SREBP 家族与脂肪合成的关系[9]、Hand 家族在心脏形态发生中的作用[10]、MITF 家族与黑色素细胞分化[11]、AHR 家族在对环境胁迫做出响应中的作用[12]以及HIF 家族在氧气供应不足时如何激活糖酵解酶基因和造血因子基因的表达[13]等撰写了综述文章。
相对而言, 对整个bHLH 转录因子大家族研究进展情况的综述很少[14~16], 而对于bHLH 转录因子家族成员的分类情况、已鉴定成员数目、各个家族所拥有成员的功能还没有较为全面的介绍。
本文从上述几个方面综述bHLH 转录因子家族的研究进展。
1 bHLH 蛋白自然分类法的提出自从1989年Murre 等[3]从小鼠中首次鉴定出bHLH 转录因子E12和E47以来, 越来越多的bHLH 转录因子在线虫、果蝇、小鼠和人类中得到了分离鉴定。
最初鉴定出的bHLH 蛋白大多与CANNTG(E 框)这样的六核苷酸结合, 少数在bHLH 基序后还有一个亮氨酸拉链。
直至1996年为止, 共获得了200多条bHLH 蛋白序列。
由于当时还没有对bHLH 蛋白进行分类, 因此如何描述新鉴定bHLH 蛋白的功能变得较为困难。
1997年, Atchley 等[17]通过对242条bHLH 蛋白序列的系统发生分析提出了bHLH 蛋白的自然分类法, 它是“一种进化学方法, 建立在系统发生、序列数据与功能信息基础上, 并对新信息有预见性”。
该自然分类法首次将bHLH 转录因子按照功能不同分成了27个家族, 其中2个来自酵母、1个来自植物; 又根据它们所结合的DNA 序列不同而分成A 、B 、C 、D 4个组。
其中A 组bHLH 蛋白与CAGCTG 结合; B 组与CGCGTG 结合; C 组是在系统发生过程中从B 组脱离出来而形成的一个独立组; D 组没有碱性区域, D 组蛋白与其他bHLH 蛋白形成二聚体从而阻碍bHLH 蛋白与DNA 结合。
2 bHLH 蛋白的预测基序当越来越多bHLH 蛋白序列通过实验手段被分离鉴定以后, 1998年Atchley 等[18]开展了bHLH 蛋白预测基序方面的探索, 目的是弄清bHLH 基序的氨基酸组成有什么特点, 以便对未知蛋白是否属于bHLH 蛋白进行预测。
通过对392种蛋白bHLH 基序氨基酸组成的统计分析, Atchley 等找出了其中有高度保守性的19个位点(表1), 以此为基础建立了bHLH 序列的预测基序。