ERF转录因子.doc

乙烯信号转导通路
乙烯是一种非常重要的植物激素。乙烯在植物生长发育和适应生物和非生物胁迫反应中起到了非常重要的作用。种子萌发、开花、叶片衰老、果实成熟、根瘤、细胞程序性死亡以及对非生物胁迫和病原体入侵的反应等生理过程都与乙烯密切相关。
乙烯信号转导途径示意图
乙烯信号转导通路的最上游是位于内质网膜上的5个乙烯受体，分别被称为：ETR1、ETR2、ERS1、ERS2和EIN4。位于乙烯受体下游的是一个负调节因子，蛋白激酶CTR1。CTR1蛋白激酶通过与乙烯受体相结合定位在内质网上。在没有乙烯存在的条件下，CTR1和受体的结合会协同抑制下游乙烯信号途径。在CTR1负调控因子下游是一个正调控因子EIN2。EIN2基因发生功能缺失突变会产生乙烯不敏感表型，显示出EIN2在乙烯信号通路中起到了核心作用。EIN2的半衰期很短，两个F-Box蛋白ETP1和ETP2负责调控EIN2的泛素化降解。位于EIN2下游的是正调控的转录因子家族EIN3及5个EILs。研究发现，他们同样是受泛素化途径降解的，负责调控EIN3及EILs泛素化降解的F-Box蛋白是EBF1和EBF2。EBF5是一种外切核酸酶它能够通过促进EBF1和EBF2的mRNA的降解来拮抗这两个蛋白对EIN3的负反馈调控。EIN3和EIL1通过启动转录级联反应来激活下游乙烯响应基因的表达。
乙烯响应因子（ethyleneresponsefactor、ERF）的结构特点及生物信息学分析
ERF基因家族是一个很大的转录因子家族，属于AP2/ERF转录因子超家族。Ohme-Takagi和Shinshi研究发现，GCCbox是植物乙烯响应的DNA序列元件；同时他们在烟草（Nicotianatabacuum）中发现了能特异性结合GCCbox元件的数个乙烯响应元件结合蛋白（EREBPs），并发现，EREBPs同GCC元件相结合的结构域是59个保守的氨基酸残基。AP2/ERF转录因子超家族的共同特征是都具有保守的AP2/ERF结构域。根据AP2/ERF结构域的个数以及是否含有其他的结构域，将AP2/ERF转录因子超家族分为三个家族：AP2家族，含有两个重复的AP2/ERF结构域；ERF家族，只含有一个AP2/ERF结构域；RAV家族，除了含有一个AP2/ERF结构域以外，还有另外的一个B3结构域。另外，根据AP2/ERF结构域保守氨基酸的不同，又将ERF转录因子家族分为ERF亚家族和CBF/DREB亚家族。Sakuma等根据DNA结合结构域的序列相似性将CBF/DREB亚家族分为6个group：A-1~A-6，将ERF亚家族分为6个group：B-1~B-6。
ERF结构域的三级结构
ERF转录因子能够识别两种DNA序列顺式作用元件，即GCCbox和CRT/DRE元件。GCCbox的保守序列为AGCCGCC。ERF转录因子的N端的59个氨基酸残基是识别GCCbox所必须的。Allen等研究了ERF结构域的3D结构，发现ERF结构域中有一个三条链的反向平行的β折叠和一个α螺旋，通过β折叠与DNA顺式元件相结合。Hao等发现，GCCbox的第一个G、第四个G和第六个C是ERF结构域识别所必须的；同时，N端的侧翼序列是ERF结构域结合GCCbox所必须的。CRT/DRE元件的保守序列为A/GCCGAC，在DREB蛋白的AP2/ERF结构域中，β折叠中的第14位缬氨酸和19位谷氨酸是结合顺式元件所必需的；而在ERF蛋白中，丙氨酸和天冬氨酸占据了同样的位置。这两个氨基酸位于AP2/ERF结构域中的β折叠上。
Nakano等在拟南芥基因组中共发现了147个基因属于AP2/ERF超家族，其中有122个基因属于ERF基因家族。对ERF家族的122个成员进行AP2/ERF结构域的氨基酸序列的多重比对分析发现，GLY-4、Arg-6、Glu-16、Trp-28、Leu-29、Gly-30和Ala-38完全保守，而Arg-8、Gly-11、Ile-17、Arg-18、Arg-26、Ala-39、Asp-43和Asn-57存在于超过95%的ERF家族成员中。Nakano等对其中115个成员进行了系统发育分析，建立了系统发育树，并根据intron和extron结构和额外的结构域特征将115个ERF基因家族成员分成了12个group：groupI-groupX、groupVI-L和groupXb-L。同时，又对水稻基因组进行了分析，共发现有139个基因属于ERF基因家族。对这些水稻基因进行系统发育分析，将其分成了15个group，其中11个group和拟南芥相同。
ERF基因家族在植物中广泛存在。到目前为止已经有许多物种进行了全基因组或转录组的ERF基因家族筛选，并分别进行了系统发育分析。结果如下表（不同的研究结果分别采用了S