崔德周 王麗麗 陳祥龍 李永波 黃琛 隋新霞 楚秀生 樊慶琦

關(guān)鍵詞：小麥：ERF亞族：轉(zhuǎn)錄因子：脅迫響應：研究進展

小麥是世界上最重要的糧食作物之一，是全球三分之一以上人口的主食。中國是世界上最大的小麥生產(chǎn)國和消費國，小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障國家糧食安全至關(guān)重要。小麥生長發(fā)育周期長，期間干旱、鹽堿、低溫、高溫、重金屬、病蟲害等生物、非生物脅迫都會不同程度地威脅小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。近年來，得益于小麥基因組學的飛速發(fā)展，小麥響應逆境脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)被逐步闡明，轉(zhuǎn)錄因子在功能基因表達調(diào)控中的關(guān)鍵作用進一步凸顯。根據(jù)DNA結(jié)合域的特性，轉(zhuǎn)錄因子可分成若干家族，包括MYB、WRKY、bZIP、NAC、AP2/EREBP等.AP2/EREBP轉(zhuǎn)錄因子是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與小麥逆境脅迫應答。ERF轉(zhuǎn)錄因子是AP2/EREBP轉(zhuǎn)錄因子超家族的一個亞族，最早從煙草中分離得到。本研究綜述小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子在逆境脅迫應答中的作用及可能機制，以期為深入研究小麥ERF亞族的分子功能及其抗逆遺傳改良提供參考。

1ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子的特征

AP2/EREBP是一個龐大的基因家族，因含有60～70個氨基酸組成的AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域而得名。在擬南芥中，Sakuma等根據(jù)序列相似性和AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域的數(shù)量，將其分為5個亞族——ERF亞族、DREB亞族、RAV亞族、AP2亞族和其他。AP2亞族含有2個AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域，主要在細胞生長發(fā)育過程中發(fā)揮調(diào)控作用：RAV亞族含有1個AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域和1個B3結(jié)構(gòu)域，在乙烯、油菜素內(nèi)酯和脅迫響應過程中發(fā)揮重要作用：DREB亞族和ERF亞族均屬于EREBP型轉(zhuǎn)錄因子，都僅含1個AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域，在調(diào)控植物細胞發(fā)育及對病原菌、干旱、高鹽、低溫、激素等脅迫的應答反應中發(fā)揮作用，但AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域的第14位和第19位氨基酸存在差異，DREB亞族分別是纈氨酸和谷氨酸，而ERF亞族則分別是丙氨酸和天冬氨酸。ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子還可與乙烯誘導順式作用元件GCC-box結(jié)合，抵御植物逆境脅迫

2小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子鑒定分析

目前正式命名的小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子基因只有8個，而從全基因組水平分析，符合ERF亞族特征的基因則有上百個之多。Zhuang等在全基因組水平鑒定到47個小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子成員，根據(jù)擬南芥和水稻同源基因分類，將其分為B1、B2、B3、B4和B6五個亞組。隨著二代測序技術(shù)及小麥基因組學研究的飛速發(fā)展，Riaz等鑒定到138個ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子成員，分為6個亞組，主要定位于細胞核；Magar等鑒定到238個成員，其中，174個基因不含內(nèi)含子、3個基因含3個內(nèi)含子，鑒定數(shù)量有了質(zhì)的飛躍。李世姣等利用隱馬爾可夫模型文件檢索中國春數(shù)據(jù)庫，篩選到229條小麥ERFs，通過分析A/B/D同源關(guān)系，將其歸為96個ERF亞族成員。此外，F(xiàn)araji等在硬粒小麥中鑒定到185個ERF亞族成員。

3小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子參與逆境脅迫的分子機制

3.1非生物脅迫

越來越多的研究表明，大部分小麥ERF亞族成員在對高鹽、干旱、低溫、重金屬等非生物脅迫抗性調(diào)控中發(fā)揮重要作用（表1）。

位于小麥7A染色體上的TaERF1，通過結(jié)合GCC-box和DRE/CRT元件、激活啟動子區(qū)含GGCC-box的PR蛋白（pathogenesis related pro-tein，病程相關(guān)蛋白）、磷酸化TaMAPKI等方式，參與干旱、高鹽、低溫等代謝途徑，過表達TaE-RF1可顯著提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對干旱、高鹽和低溫的耐受能力。

TaERF2基因受干旱、高鹽、低溫和濕害強烈誘導，過表達后可提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對干旱、低溫等非生物脅迫的抗性。TaERF3通過特異結(jié)合GCC-box，正向調(diào)控LEA3、GST6等抗逆相關(guān)基因表達，過表達TaERF3可增加葉片脯氨酸、葉綠素含量，降低過氧化氫含量，增強小麥對高鹽、干旱脅迫的耐受能力：而經(jīng)病毒誘導基因沉默（VIGS）干擾后的小麥植株則表現(xiàn)為鹽和干旱敏感。

TaERF4是一個具有EAR基序的轉(zhuǎn)錄抑制因子，過表達TaERF4抑制AtNHX1、AtNHX2等鈉離子轉(zhuǎn)運相關(guān)基因的表達，通過非ABA依賴的信號通路降低擬南芥耐鹽性。TaERF5受高鹽、滲透脅迫、乙烯、ABA和茉莉酸甲酯誘導表達，遺傳學證據(jù)顯示，TaERF5-B過表達增強了轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性。葉片TaERF7表達受溫度和日照調(diào)控，進而影響小麥百農(nóng)不育系育性。TaE-RF8-2D的表達受高鹽脅迫誘導持續(xù)上調(diào)，其分子機制有待進一步研究。

Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，TaPIEP1/TaPIE1通過激活乙烯合成基因，增強小麥對冷害脅迫的抗性。TaERFLla受低溫、高鹽、干旱、ABA等脅迫誘導表達，VIGS干擾該基因降低小麥對干旱脅迫的抗性。Du等研究表明，TaERF87通過與Ta-AKS1互作，協(xié)同增強TaP5CS1和TaP5CR1的表達，提高脯氨酸的生物合成，進而增強小麥抗旱性。

此外，在硬粒小麥（Triticum turgidum L．sub-sp. durum）中，TdERF1響應高鹽和干旱脅迫，TdSHN1受高鹽、干旱、低溫、ABA和重金屬脅迫強烈誘導表達，過表達TdSHN1可顯著提高酵母對非生物脅迫的耐受性。

3.2生物脅迫

小麥生育期遭遇的生物脅迫主要包括病原菌侵染和植食性害蟲啃食，而小麥響應生物脅迫的轉(zhuǎn)錄因子研究主要集中在前者。研究表明，ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子可以提高小麥對病原菌的抗性（表2）。TaERF1的表達受白粉病菌侵入的誘導，過表達TaERF1可提高轉(zhuǎn)基因擬南芥對真菌、細菌病害的抗性。病原菌侵染下，TaERF3可激活防御基因表達，其中，在白粉病菌侵染早期主要通過水楊酸途徑，而在鐮刀菌、紋枯病菌侵染晚期主要通過乙烯／茉莉酸途徑。過表達TaPIEP1/TaPIE1可大量激活下游防衛(wèi)基因的表達，進而提高小麥對紋枯病、根腐病的抗性。Chen等從中間偃麥草中分離了一個新的ERF基因TiERF1，該基因主要通過依賴乙烯的信號轉(zhuǎn)導途徑激活病程蛋白相關(guān)基因的表達，提高轉(zhuǎn)基因小麥對紋枯病的抗性。

4展望

近年來，極端天氣頻發(fā)，低溫、干旱、高鹽等非生物脅迫及病原菌侵染等生物脅迫嚴重制約小麥的安全生產(chǎn)，給糧食安全帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。作為AP2/EREBP轉(zhuǎn)錄因子超家族的一個亞族，ERF類轉(zhuǎn)錄因子連接上游信號和下游功能基因，在小麥抵御逆境脅迫中具有關(guān)鍵作用。基因組學分析表明，小麥ERF亞族基因有200余個，但目前只克隆鑒定了部分基因，并且已經(jīng)投入育種應用的轉(zhuǎn)基因材料也鮮有報道，后續(xù)仍需進一步深入挖掘具有重要抗逆功能的ERF亞族基因。此外，目前的研究多集中在轉(zhuǎn)錄因子基因的克隆及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的鑒定分析上，ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子自我調(diào)節(jié)的模式及其同其他轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用關(guān)系尚未完全了解。相信隨著基因組學、分子生物學技術(shù)的發(fā)展，對小麥ERF亞族轉(zhuǎn)錄因子的抗逆網(wǎng)絡(luò)解析會更加深入，從而為小麥抗逆遺傳改良提供更堅實的理論依據(jù)和更強有力的基因工具。