陳祥福等

摘 要：鹽害影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，堿性亮氨酸拉鏈類轉(zhuǎn)錄因子bZIP參與了植物的鹽脅迫響應(yīng)，因此就植物對(duì)高鹽脅迫的理化反應(yīng)、bZIP轉(zhuǎn)錄因子的功能及在植物高鹽逆境下的作用的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，對(duì)今后利用bZIP基因改良植物耐鹽性具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：植物；bZIP；耐鹽性

鹽分是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要因素，高濃度鹽能導(dǎo)致植物死亡。土壤鹽堿化會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)和健康發(fā)展，是當(dāng)今世界較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題之一。目前，全球鹽堿土壤面積約為9.6億hm2，我國(guó)約有1億hm2，而且由于近年來(lái)全球氣候的變化、對(duì)環(huán)境保護(hù)的力度不夠以及對(duì)土地的不合理使用，全球土壤鹽堿化日趨嚴(yán)重[1]。解決土壤鹽堿化問(wèn)題，除了加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、合理利用土地、采用水利改良和化學(xué)改良等方法之外，培育耐鹽堿的植物品種，尤其是明確植物的耐鹽機(jī)制，并利用分子生物學(xué)技術(shù)來(lái)提高植物的耐鹽能力，顯得尤為重要。本文就植物耐鹽反應(yīng)及bZIP轉(zhuǎn)錄因子在高鹽逆境下的作用與響應(yīng)作一綜述。

1 植物在鹽脅迫條件下的反應(yīng)

在鹽脅迫下，植物體內(nèi)被迫積累鹽離子，鹽離子過(guò)量造成毒害，植物細(xì)胞內(nèi)自由基平衡被打破，改變了植物細(xì)胞膜的成分、通透性、運(yùn)輸能力，導(dǎo)致細(xì)胞膜的功能和結(jié)構(gòu)受到損傷[2～4]，嚴(yán)重影響植物細(xì)胞和組織的正常功能。植物體內(nèi)基因表達(dá)也發(fā)生了變化，植株會(huì)隨著環(huán)境的變化產(chǎn)生相應(yīng)的脅迫蛋白，對(duì)脅迫環(huán)境產(chǎn)生一定的適應(yīng)能力[2]。

土壤中鹽分過(guò)多時(shí)，高濃度鹽降低了土壤的水勢(shì)，產(chǎn)生了滲透脅迫，直接影響細(xì)胞的代謝和植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[5]，最終導(dǎo)致酶合成受抑制、有毒物質(zhì)積累等，嚴(yán)重影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。此時(shí)，細(xì)胞通過(guò)積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)提高溶質(zhì)濃度[2]，從而降低植株體內(nèi)水勢(shì)。

在高鹽條件下，植株體內(nèi)因缺水而致葉片氣孔關(guān)閉、光合作用受阻，使得呼吸作用與光合作用無(wú)法達(dá)到平衡[6]，呼吸作用會(huì)短暫增強(qiáng)，之后減弱[7]。

2 bZIP轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄因子（Transcription factors，TFS）是一類參與真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控的，存在于動(dòng)、植物細(xì)胞核內(nèi)的蛋白分子。它能與真核基因啟動(dòng)子區(qū)域中的順式作用元件發(fā)生特異性結(jié)合，并且能激活或抑制轉(zhuǎn)錄過(guò)程。根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄因子可以分為堿性亮氨酸拉鏈（Basic region/leucine zipper motif，bZIP）、MADS-Box、MYB、AP2/EREBP等[8]。當(dāng)植物受到外界刺激時(shí)，其體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列的信號(hào)傳導(dǎo)，最后通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)植物抗性基因和相關(guān)防御體系的誘導(dǎo)，改變植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)[9～13]。

bZIP轉(zhuǎn)錄因子是一類真核生物中分布最廣，也是最保守的一類蛋白。在人類、植物、動(dòng)物以及微生物中均有發(fā)現(xiàn)[14]。bZIP家族成員參與植物生長(zhǎng)[15]、衰老[16]、損傷[17]、花發(fā)育[18，19]、種子成熟[20]等植物生理過(guò)程。目前，已經(jīng)從高等植物中分離出了調(diào)控植物耐鹽、耐寒、抗旱、耐病原脅迫以及植物生長(zhǎng)發(fā)育等相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。bZIP轉(zhuǎn)錄因子具有共同的特點(diǎn)：

①含有能與特異DNA相結(jié)合的堿性結(jié)構(gòu)域[21]；

②bZIP轉(zhuǎn)錄因子的N末端含有酸性激活區(qū)；③bZIP轉(zhuǎn)錄因子以二聚體的形式結(jié)合DNA，亮氨酸拉鏈區(qū)與堿性區(qū)相連，共同參與寡聚化作用[8]；④bZIP轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別核心為ACGT作用元件，如TACGTA的A盒，GACGTC或CACGTG的C盒等。

3 bZIP轉(zhuǎn)錄因子的分類

Jakoby等[21]通過(guò)對(duì)擬南芥中發(fā)現(xiàn)的大量bZIP轉(zhuǎn)錄因子分析，根據(jù)bZIP轉(zhuǎn)錄因子的堿性結(jié)構(gòu)域以及其他保守結(jié)構(gòu)域，將75個(gè)擬南芥的bZIP轉(zhuǎn)錄因子基因家族成員分為10個(gè)亞家族：A、B、C、D、E、F、G、H、I和S 類。B、F亞家族報(bào)道很少，A、C、D、E、G、H、I、S亞家族都各有各的特點(diǎn)，但同一類亞家族成員具有相同的結(jié)構(gòu)域和其他保守結(jié)構(gòu)域，因此，它們具有類似的功能。

根據(jù)與DNA結(jié)合的專一性，Izawa等[22]將植物的bZIP蛋白分為4個(gè)基本類型：①選擇G框的植物bZIP蛋白；②選擇C框的植物bZIP蛋白；③對(duì)G框和C框同樣有選擇的植物bZIP蛋白；④不能與DNA構(gòu)成二聚體的植物bZIP蛋白。

4 bZIP在植物高鹽逆境下的作用及響應(yīng)

研究表明，bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)高鹽逆境中植物的生理過(guò)程有積極的響應(yīng)，能顯著提高植物的耐鹽能力。目前，通過(guò)對(duì)擬南芥、番茄、煙草、水稻、大豆等植物的研究均發(fā)現(xiàn)bZIP具有抗鹽作用。

Choi等[23]首次從擬南芥中克隆得到了bZIP轉(zhuǎn)錄因子ABF/AREB，其成員分別有：ABF1、ABF2/AREB1、ABF3、ABF4/AREB2，其中ABF2/AREB1、ABF3和ABF4/AREB2主要參與高鹽、干旱、熱、

ABA以及氧化脅迫的應(yīng)答反應(yīng)。

bZIP轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)在分子水平上的響應(yīng)，通過(guò)減少毒害物質(zhì)積累，保護(hù)膜的完整性來(lái)提高植株的耐鹽能力。在Hsieh等[24]的研究中，在高鹽濃度條件下，與野生型番茄相比，只有含SlAREB1的轉(zhuǎn)基因番茄能正常生長(zhǎng)及開(kāi)花結(jié)果，轉(zhuǎn)基因番茄植株內(nèi)的丙二醛含量明顯低于野生型對(duì)照。大豆中已經(jīng)鑒定出的bZIP基因中，1/3以上的基因能對(duì)高鹽、干旱、ABA、低溫中的至少一種植物逆境有響應(yīng)。其中，大豆的GmbZIP132[25]和GmbZIP1[26]基因能顯著提高轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽能力。玉米的ABP9[27]和ZmbZIP72基因也可顯著提高耐鹽能力，Ying等[28]將玉米ZmbZIP72轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)到擬南芥中，提高了擬南芥的耐鹽性。將辣椒基因CAbZIP1轉(zhuǎn)入擬南芥中[29]，轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和抗旱性均得到提高。

剛毛檉柳是一種根系發(fā)達(dá)、生命力極強(qiáng)、極耐鹽堿、耐干旱瘠薄的檉柳科樹(shù)種，它的bZIP基因有很強(qiáng)的抗鹽能力。Wang等[30]將剛毛檉柳的ThbZIP1基因轉(zhuǎn)入煙草，在不同高鹽濃度條件下，轉(zhuǎn)基因植株的長(zhǎng)勢(shì)、POD和SOD活性及可溶性糖含量均高于野生型植株。Ji等[31]將剛毛檉柳的ThbZIP1基因轉(zhuǎn)入擬南芥，在正常條件下生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)基因植株與野生型植株并沒(méi)有差異，但是，在干旱脅迫、高鹽和甘露醇的脅迫下，含ThbZIP1的轉(zhuǎn)基因植株的根部長(zhǎng)勢(shì)、鮮質(zhì)量、種子萌發(fā)均明顯比野生型植株提高，并且，在鹽脅迫條件下，轉(zhuǎn)基因植株參與正、負(fù)調(diào)控的基因也明顯增加，研究表明，高鹽條件能高度誘導(dǎo)ThbZIP1基因的表達(dá)，它通過(guò)有效清除活性氧自由基和積累可溶性滲透物質(zhì)來(lái)提高植物耐鹽能力。

在水生植物中，bZIP基因也有一定的抗鹽作用。Xiang等[32]發(fā)現(xiàn)，水稻基因OsbZIP23的超表達(dá)能顯著提高水稻的耐鹽性、抗旱性和ABA敏感性，在對(duì)照植株中，水稻的耐鹽性、抗旱性和ABA敏感性也隨之明顯降低，這表明OsbZIP23基因在水稻的耐鹽、抗旱過(guò)程中起到了非常重要的作用。水稻中OsABF1[33]和OsABF2[34]也能大大提高植株在高鹽條件下的適應(yīng)能力。Cheng等[35]的研究表明，蓮藕中對(duì)鹽有隔離和功能性特征響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子

LrbZIP能提高植株耐鹽能力，它的表達(dá)能讓植株在250 mmol/L NaCl處理下正常生長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)18 h。在高鹽處理?xiàng)l件下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因植株和對(duì)照植株的根部生長(zhǎng)、葉綠素含量和電解質(zhì)滲出率的比較發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出更高的承受能力。

另外，植物在逆境中對(duì)bZIP轉(zhuǎn)錄因子的超表達(dá)可提高植物光合作用的能力，通過(guò)提高植物的光合作用，從而提高植物的抵抗能力，間接地增強(qiáng)植物對(duì)高鹽等逆境的抗性。如擬南芥的ABP9在植物光合過(guò)程中起著重要的作用[36]。植物在不同的發(fā)育階段，bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)耐鹽性的調(diào)控也有所不同。在苗期和抽薹期，對(duì)大豆GmbZIP44、GmbZIP62、GmbZIP78超表達(dá)能提高植株耐鹽能力[37]。

5 展望

植物耐鹽機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，在鹽脅迫條件下，植物能有效協(xié)調(diào)自身調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)達(dá)到抗鹽、拒鹽的功能，但由于土壤鹽堿化加重，植物自身的調(diào)節(jié)體系已經(jīng)無(wú)法滿足正常生長(zhǎng)的要求。通過(guò)對(duì)植物耐鹽機(jī)制的了解和研究，結(jié)合bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)植物抗性的研究，可以得到bZIP類轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)基因耐鹽作物，從而提高作物的耐鹽能力。近年來(lái)，對(duì)bZIP轉(zhuǎn)錄因子的基因克隆及其功能研究和對(duì)bZIP轉(zhuǎn)錄因子在抗逆過(guò)程中的作用機(jī)理的研究進(jìn)展明顯，bZIP轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽性方面取得的進(jìn)展已經(jīng)有效增強(qiáng)了作物耐鹽的效果。但目前bZIP轉(zhuǎn)錄因子中各個(gè)基因的具體功能及其作用強(qiáng)度沒(méi)有突破性進(jìn)展。在今后的研究中，在全基因組層面上尋找更多的bZIP轉(zhuǎn)錄因子，并對(duì)其進(jìn)行基因克隆和功能分析。將各類抗逆境基因有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，共同轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，有望得到具有綜合抗逆能力的作物新品種。隨著基因工程技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，相信會(huì)有更多、更安全、更實(shí)用的轉(zhuǎn)基因抗性品種被廣泛應(yīng)用，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)前進(jìn)的腳步。

參考文獻(xiàn)

[1] 李彥，張英鵬，孫明，等.鹽分脅迫對(duì)植物的影響及植物耐鹽機(jī)理研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（1）：258-266.

[2] Moran J F， Becana M， Iturbe-Ormaetxe I， et al. Drought induces oxidative stress in pea plants [J]. Planta， 1994， 94： 346-352.

[3] 呂慶，鄭榮梁.干旱及活性氧引起的膜脂過(guò)氧化與脫脂化[J].中國(guó)科學(xué)（C輯），1996，26（1）：26-30.

[4] 翁森紅，李維炯，劉玉新，等.關(guān)于植物的耐鹽性和抗鹽性的研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2005（10）：15-18.

[5] 楊少輝，季靜，王罡宋，等.鹽脅迫對(duì)植物影響的研究進(jìn)展[J].分子植物育種，2006，4（3）：139-142.

[6] 利容千，王建波.植物逆境細(xì)胞及生理學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002：236-284.

[7] 楊曉慧，蔣衛(wèi)杰，魏珉，等.植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)及其抗鹽機(jī)理研究進(jìn)展[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，

37（2）：302-305.

[8] Landschulz W H， Johnson P F， Mcknight S L. The leucine zipper： a hypothetical structure common to a new class of DNA binding proteins[J]. Science， 1988， 240（4 860）： 1 759-

1 764.

[9] Liu L， White M J， MacRae T H， et al. Transcription factors and their genes in higher plants[J]. Eur J Biochem， 1999， 262（2）： 247-257.

[10] Després C， DeLong C， Glaze S， et al. The Arabidopsis NPR1/NIM1 protein enhances the DNA binding activity of a subgroup of the TGA family of bZIP transcription factors[J]. Plant Cell， 2000， 12（2）： 279-290.

[11] Gu Y Q， Wildermuth M C， Chakravarthy S， et al. Tomato transcription factors Pti4， Pti5， and Pti6 activate defense responses when expressed in Arabidopsis[J]. Plant Cell， 2002， 14（4）： 817-83.

[12] Li J， Brader G， Palva E T. The WRKY70 transcription factor： anode of convergence for jasmonate-mediated and salicylate-mediated signals in plant defense[J]. Plant Cell， 2004， 16（2）： 319-331.

[13] Singh K， Foley R C， Onate-Sánchez L. Transcription factors in plant defense and stress responses[J]. Curr Opin Plant Biol， 2002， 5（5）： 430-436.

[14] Rodriguez-Uribe L， O'Connell M A. A root-specific bZIP transcription factor is responsive to water deficit stress in tepary bean （Phaseolus acutifolius） and common bean （P. vulgaris）[J]. Exp Bot， 2006， 57（6）： 1 391-1 398.

[15] Heinekamp T， Kuhlmann M， Lenk A， et al. The tobacco bZIP transcription factor BZI-1 binds to G-box elements in the promoters of phenylpropanoid pathway genes in vitro， but it is not involved in their regulation in vivo[J]. Mol Genet Genomics， 2002， 267（1）： 16-26.

[16] Lee S C， Choi H W， Hwang I S， et al. Functional roles of the pepper pathogen-induced bZIP transcription factor， CAbZIP1， in enhanced resistance to pathogen infection and environmental stresses[J]. Planta， 2006， 224（5）： 1 209-1 225.

[17] Stankovic B， Vian A， Henry-Vian C， et al. Molecular cloning and characterization of a tomato cDNA encoding a systemically wound-inducible bZIP DNA binding protein[J]. Planta， 2000， 212（1）： 60-66.

[18] Strathmann A， Kuhlmann M， Heinekamp T， et al. BZI-1 specifically heterodimerises with the tobacco bZIP transcription factors BZI-2， BZI-3/TBZF and BZI-4， and is functionally involved in flower development [J]. Plant J， 2001， 28（4）： 397-408.

[19] Sreenivasulu N， Sopory S K， Kavi Kishor P B. Deciphering the regulatory mechanisms of abiotic stress tolerance in plants by genomic approaches[J]. Gene， 2007， 388（1-2）： 1-13.

[20] Zou M， Guan Y C， Ren H B， et al. A bZIP transcription factor， OsABI5， is involved in rice fertility and stress tolerance[J]. Plant Mol Biol， 2008， 66（6）： 675-683.

[21] Jakoby M， Weisshaar B， Dr ge-Laser W， et al. The family of bZIP transcription factors in Arabidopsis thaliana[J].Trends Plant Sci， 2002， 7（3）： 106-111.

[22] Izawa T， Foster R， Chua N H. Plant bZIP protein DNA binding specificity[J]. J Mol Biol， 1993， 230： 1 131-1 144.

[23] Choi H， Hong J， Ha J， et al. ABFs， a family of ABA-responsive element binding factors [J]. J Biol Chem， 2002， 275： 1 723-1 730.

[24] Hsieh T H， Li C W， Sur C， et al. A tomato bZIP transcription factor， SlAREB， is involved in water deficit

and salt stress response[J]. Planta， 2010， 231： 1 459-

1 473.

[25] Liao Y， Zhang J S， Chen S Y， et al. Role of soybean GmbZIP132 under abscisic acid and salt stresses [J]. Journal of Integrative Plant Biology， 2008， 50（2）： 221-230.

[26] Gao S Q， Chen M， Xu Z S， et al. The soybean GmbZIP1 transcription factor enhances multiple abiotic stress tolerances in transgenic plants[J]. Plant Molecular Biology， 2011， 75（6）： 537-553.

[27] Zhang X， Wang L， Meng H， et al. Maize ABP9 enhances tolerance to multiple stresses in transgenic Arabidopsis by modulating ABA signaling and cellular levels of reactive oxygen species [J]. Plant Molecular Biology， 2011， 75（4-5）： 365-378.

[28] Ying S， Zhang D F， Fu J， et al. Cloning and characterization of a maize bZIP transcription factor， ZmbZIP72， confers drought and salt tolerance in transgenic Arabidopsis[J]. Planta， 2011， 235（2）： 253-266.

[29] Asada K. The water-water cycle in chloroplasts： scavenging of active oxygen and dissipation of excess photons [J]. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol， 1999， 50： 601-639.

[30] Wang Y C， Gao C Q， Liang Y N， et al. A novel bZIP gene from Tamarix hispida mediates physiological responses to salt stress in tobacco plants[J]. Journal of Plant Physiology， 2010， 167（3）： 222-230.

[31] Ji X， Liu G， Liu Y， et al. The bZIP protein from Tamarix hispida， ThbZIP1， is ACGT elements binding factor that enhances abiotic stress signaling in transgenic Arabidopsis[J]. Plant Biology， 2013， 13： 151.

[32] Xiang Y， Tang N， Du H， et al. Characterization of OsbZIP23 as a key player of the basic leucine zipper transcription factor family for conferring abscisic acid sensitivity and salinity and drought tolerance in rice[J]. BMC Plant Physiology， 2008， 148： 1 938-1 952.

[33] Amir H M， Lee Y， Cho J I， et al. The bZIP transcription factor OsABF1 is an ABA responsive element binding factor that enhances abiotic stress signaling in rice[J]. Plant Molecular Biology， 2010， 72（4-5）： 557-566.

[34] Amir H M， Cho J I， Han M， et al. The ABRE-binding bZIP transcription factor OsABF2 is a positive regulator of abiotic stress and ABA signaling in rice [J]. Journal of Plant Physiology， 2010， 167（17）： 1 512-1 520.

[35] Cheng L， Li S， Hussain J， et al. Isolation and functional characterization of a salt responsive transcriptional factor， LrbZIP from lotus root （Nelumbo nucifera Gaertn） [J]. Mol Biol Rep， 2013， 40（6）： 4 033-4 045.

[36] Zhang X， Wollenweber B， Jiang D， et al. Water deficits and heat shock effects on photosynthesis of a transgenic Arabidopsis thaliana constitutively expressing ABP9， a bZIP transcription factor[J]. Journal of Experimental Botany， 2008， 59（4）： 839-848.

[37] Liao Y， Zou H F， Wei W， et al. Soybean GmbZIP44， GmbZIP62 and GmbZIP78 genes function as negative regulator of ABA signaling and confer salt and freezing tolerance in transgenic Arabidopsis[J]. Planta， 2008， 228（2）： 225-240.