園藝學報 2021 48 4 613 631 Acta Horticulturae Sinica doi 10 16420 j issn 0513 353x 2020 0473 http www ahs ac cn 613 收稿日期 2020 07 05 修回日期 2020 09 04 基金項目 國家自然科學基金項目 31772356 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)專項資金項目 CARS 25 通信作者 Author for correspondence E mail yufengliu CAMTA SR 在植物生長發(fā)育及其逆境響應(yīng)中的作 用 谷家茂 王晨揚 王 峰 齊明芳 劉玉鳳 李天來 沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院 設(shè)施園藝省部共建教育部重點實驗室 北方園藝設(shè)施設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程 研究中心 遼寧 沈陽 110866 摘 要 鈣調(diào)素結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子 CAMTA calmodulin binding transcription activators 是一種廣泛存在 于植物體中并且可以與鈣調(diào)素 calmodulin CaM 結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子家族 因其對多種信號有響應(yīng)所以又 叫 SR signal responsive genes 該家族在植物生長發(fā)育及對逆境的響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用 就 CAMTA SR 的發(fā)現(xiàn) 結(jié)構(gòu)及在生長發(fā)育和逆境下的作用進行總結(jié) 以期為今后 CAMTA SR 的研究提供參考 關(guān)鍵詞 CAMTA SR CaM 生長發(fā)育 逆境脅迫 中圖分類號 Q 945 文獻標志碼 A 文章編號 0513 353X 2021 04 0613 19 Roles of CAMTA SR in Plant Growth and Development and Stress Response GU Jiamao WANG Chenyang WANG Feng QI Mingfang LIU Yufeng and LI Tianlai Key Laboratory of Protected Horticulture of Education Ministry and Liaoning Province National Local joint Engineering Research Center of Northern Horticultural Facilities Design Application Technology Liaoning College of Horticulture Shenyang Agricultural University Shenyang 110866 China Abstract Calmodulin binding transcription activators CAMTA are a family of transcription factors that widely exist in plants and can be combined with calmodulin CaM they are also called SRs because they are respond to a variety of signals They play an important role in growth and development as well as in response to stress In this paper we summarized the discovery process structure and roles of CAMTA SR in growth and under stress in order to provide reference for future research on CAMTA SR Keywords CAMTA SR CaM growth and development stress 在植物生長發(fā)育和應(yīng)對環(huán)境變化的過程中轉(zhuǎn)錄因子起到了十分重要的調(diào)節(jié)作用 它們通過識別 和結(jié)合靶基因啟動子區(qū)域特定的順式作用元件參與調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄活性 Riechmann Ratcliffe 2000 Yamasaki et al 2013 Chen et al 2020 Ca 2 對基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控具有重要意義 依賴于 Ca 2 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控有很多 鈣調(diào)素 calmodulin CaM 就是其中一種 CaM 可以感知細胞內(nèi) Ca 2 濃度的 變化 然后再通過調(diào)控下游靶蛋白來完成一系列的細胞活動 Ikura et al 2002 Dodd et al 2010 曾后清 等 2015 劉偉 等 2020 CaM 一般通過 Ca 2 CaM 復合體完成調(diào)控 與 CaM 結(jié)合的轉(zhuǎn) Gu Jiamao Wang Chenyang Wang Feng Qi Mingfang Liu Yufeng Li Tianlai Roles of CAMTA SR in plant growth and development and stress response 614 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 4 613 631 錄因子有很多 如 CAMTA SR WRKY 和 bZIP 等 Choi et al 2005 Park et al 2005 Popescu et al 2007 Du et al 2009 近年來許多研究表明 CAMTA SR 在植物生長發(fā)育和對逆境的響應(yīng)中發(fā) 揮重要作用 本文中主要就 CAMTA SR 的發(fā)現(xiàn) 結(jié)構(gòu)及在生長發(fā)育和逆境響應(yīng)中的作用進行總結(jié) 1 CAMTA SR 的發(fā)現(xiàn) 植物鈣調(diào)素結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子 CAMTA calmodulin binding transcription activators 是一種廣泛存在 于植物體中且可與 CaM 結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子家族 最早在煙草中被分離出來 因其在乙烯誘導下表達量 迅速升高而被命名為 NtER1 ethylene response 1 但實質(zhì)上是 1 個 CAMTA 蛋白 Yang Poovaiah 2000 由于該家族基因能被環(huán)境信號 極端溫度 UVB 鹽和機械損傷 激素 乙烯 脫落酸 和信號分子 茉莉酸甲酯 H 2 O 2 和水楊酸 快速誘導表達 因此 AtCAMTA又被命名為 AtSR Arabidopsis thaliana signal responsive genes Yang Poovaiah 2002 水稻中 CAMTA 被稱為 OsCBT Oryza sativa CaM binding transcription factor Choi et al 2005 目前已經(jīng)鑒定到 CAMTA SR 基因家族的物種如 表 1 所示 其中很多物種的 CAMTA SR 對低溫 干旱和鹽脅迫等多種逆境都有響應(yīng) 表 1 鑒定到 CAMTA SR 的物種以及數(shù)量 Table 1 Species and number of CAMTA SR identified 物種 Species 數(shù)量 Number 參考文獻 Reference 擬南芥 Arabidopsis thaliana 6 Bouch et al 2002 水稻 Oryza sativa 7 Choi et al 2005 番茄 Solanum lycopersicum 7 Yang et al 2012 葡萄 Vitis vinifera 10 Shangguan et al 2014 玉米 Zea mays 9 Yue et al 2015 大豆 Glycine max 15 Wang et al 2014 蒺藜苜蓿 Medicago truncatula 7 Yang et al 2015 大白菜 Brassica campestris ssp chinensis Makino 8 Hu et al 2015 油菜 Brassica napus L 18 Rahman et al 2016a 毛白楊 Populus trichocarpa 7 Wei et al 2017 亞洲棉 Gossypium arboreum 6 Pant et al 2018 雷蒙德氏棉 Gossypium raimondii 7 陸地棉 Gossypium hirsutum 9 普通煙草 Nicotiana tabacum 13 Kalar et al 2018 絨毛煙草 Nicotiana tomentosiformis 5 美花煙草 Nicotiana sylvestris 6 本氏煙草 Nicotiana benthamiana 5 柑橘 Citrus sinensis Citrus clementina 9 Zhang et al 2018 香蕉 Musa acuminata 5 Meer et al 2019 菜豆 Phaseolus vulgaris L 亞麻 Linum usitatissimum 木薯 Manihot esculenta Crantz 8 9 6 B y k et al 2019 Ali et al 2020 Chang et al 2020 2 CAMTA SR 的結(jié)構(gòu)特征 CAMTA SR 家族成員之間具有相似的結(jié)構(gòu) 從 N 端到 C 端依次為 1 個 CG 1 結(jié)構(gòu)域 1 個免疫 球蛋白類轉(zhuǎn)錄因子 transcription factor immunoglobulin TIG 結(jié)構(gòu)域 錨定蛋白 ankyrin ANK 重復序列 與鈣調(diào)素結(jié)合的 CaMBD Ca 2 dependent CaM binding domain 以及數(shù)量不一的 IQ 基序 谷家茂 王晨揚 王 峰 齊明芳 劉玉鳳 李天來 CAMTA SR 在植物生長發(fā)育及逆境響應(yīng)中的作用 園藝學報 2021 48 4 613 631 615 Bouch et al 2002 Choi et al 2005 Poovaiah et al 2013 CG 1 結(jié)構(gòu)域為真核多細胞生物所 特有的 大約由 130 個氨基酸組成 Bouch et al 2002 Yang Poovaiah 2002 該結(jié)構(gòu)域最初 在歐芹中克隆得到 其編碼的蛋白可以與含有 CGCG 的 DNA 序列結(jié)合 da Costa e Silva 1994 TIG 結(jié)構(gòu)域存在于許多功能不同的轉(zhuǎn)錄因子中 并且可以和 DNA 發(fā)生非特異性結(jié)合 還參與蛋白 的二聚化 M ller et al 1995 Aravind Koonin 1999 Rahman 等 2016b 發(fā)現(xiàn)有的物種的 CAMTA SR 不包含 TIG 結(jié)構(gòu)域 ANK 重復序列是許多真核細胞蛋白 病毒的重復串聯(lián)模塊 ANK 重復序列還參與蛋白間的相互作用 Sedgwick Smerdon 1999 Rubtsov Lopina 2000 CaMBD 可以與 Ca 2 CaM 復合體結(jié)合 Choi et al 2005 IQ 基序具有重復基序 IQXXXRGXXX 其與鈣 調(diào)蛋白的結(jié)合依賴于 Ca 2 也可以不依賴于 Ca 2 Rhoads Friedberg 1997 B hler Rhoads 2002 Bouch et al 2002 生物信息分析結(jié)果顯示幾乎所有的 CAMTA SR 都含有 1 個可以引導蛋白在細胞核中定位的核 定位信號 nuclear localization signal NLS NLS 在不同物種的 CAMTA SR 上的位置和數(shù)量有所 不同 Bouch 等 2002 發(fā)現(xiàn)擬南芥 CAMTA SR 的 CG 1 結(jié)構(gòu)域中有 1 個 NLS 而水稻中有 2 個 NLS 1 個在 N 端的 CG 1 結(jié)構(gòu)域 1 個在 C 端 Choi et al 2005 Yang 和 Poovaiah 2002 研 究發(fā)現(xiàn) AtCAMTA3 SR1 可以與 6 bp 的 G A C CGCG T G C 序列結(jié)合 CGCG box 是一種存在 于基因啟動子中被乙烯 脫落酸和光信號誘導的順式作用元件 之后發(fā)現(xiàn) AtCAMTA1 和 OsCBT 中 與 DNA 結(jié)合的核心序列就是 CGC C T G 這與植物的兩種 ABA 響應(yīng)元件 ABA 響應(yīng)元件 ABA responsive element ABRE CACGTG T C G 和 ABRE 耦合元件 ABRE coupling element ABRE CE C A ACGCG T C A 相重疊 這兩種響應(yīng)元件還作為 Ca 2 的響應(yīng)元件發(fā)揮作用 Hobo et al 1999 Kaplan et al 2006 Finkler et al 2007 這說明 CAMTA SR 可以通過與基因啟動子 的特定區(qū)域結(jié)合來調(diào)控下游基因 3 CAMTA SR 參與植物的生長發(fā)育 擬南芥 AVP1 Arabidopsis V PPase gene 啟動子 281 至 244 的 38 bp 是花粉發(fā)育的特異性序列 參與了花粉發(fā)育過程中 V PPase 的表達 Mitsuda 等 2003 克隆了擬南芥 6 個 CAMTA 發(fā)現(xiàn)它們 都含有 CGCG box 之后通過酵母單雜交 分離得到了與 38 bp 序列結(jié)合的 AtCAMTA5 GUS 染色 結(jié)果表明 AtCAMTA5 和 AtCAMTA1 在花粉發(fā)育過程中都有表達 而且 AtCAMTA1 在花粉發(fā)育過程中 特異性表達 通過擬南芥懸浮細胞的體內(nèi)瞬時效應(yīng)報告分析進一步得出 AtCAMTA1 可以依賴于 38 bp 花粉發(fā)育特異性序列中的 CGCG box 調(diào)控基因的表達 這些都說明 AtCAMTA1 和 AtCAMTA5 可 以調(diào)控花粉中 AVP1 的表達 AVP1 還能通過調(diào)控生長素的運輸進而調(diào)控植物的生長發(fā)育 Li et al 2005 Galon 等 2010 通過 AtCAMTA1 啟動子區(qū)域融合 GUS 報告基因觀察花發(fā)育過程與 DR5 GUS 基因表達檢測到的生長素的釋放相似 Aloni et al 2006 外源生長素的施用使 T DNA 插入突變體 camta1 下胚軸伸長受到顯著抑制 轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)突變體的 63 個上調(diào)基因中有 17 個生長素相關(guān)基 因 這都說明 AtCAMTA1 與生長素信號通路相關(guān) ARF18 和 DWF4 分別在生長素和油菜素內(nèi)酯 BR 介導的信號通路中參與調(diào)控植物生長發(fā)育 Choe et al 1998 Chung et al 2010 Liu et al 2015 Yuan 等 2018 研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥 atcamta3 sr1 突變體中 ARF18 和 DWF4 表達受到抑制 IAA1 表 達也受到抑制 其他生長素相關(guān)基因 At5g35735 IAA19 SAUR41 和 SAUR9 則被誘導 BR 介導信 號通路中的 BRL3 和 BZR1 表達分別被誘導和抑制 這都說明 AtCAMTA3 SR1 可能通過生長素和 BR Gu Jiamao Wang Chenyang Wang Feng Qi Mingfang Liu Yufeng Li Tianlai Roles of CAMTA SR in plant growth and development and stress response 616 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 4 613 631 介導的信號通路參與植物生長發(fā)育 果實成熟是植物生長發(fā)育過程中一個非常重要而復雜的時期 外界環(huán)境以及自身都會對果實成 熟產(chǎn)生影響 還有研究表明 Ca 2 與果實成熟相關(guān) Llop Tous et al 2002 王文雅 2004 呂雙雙 2009 Yang 等 2012 發(fā)現(xiàn)番茄 7 個 CAMTA SR 在果實發(fā)育和成熟過程中差異表達 由于 CAMTA SR 受乙烯誘導 而乙烯又與果實成熟關(guān)系密切 Seymour et al 2002 Klee Giovannoni 2011 所 以 Yang 等 2012 又對綠果期番茄進行外源乙烯處理 結(jié)果 7 個 CAMTA SR 表達量都升高 番茄 果實成熟突變體 rin 中 SlCAMTA SR 的表達模式也發(fā)生了改變 因此作者提出番茄 CAMTA SR 可能 作為發(fā)育信號 鈣信號和乙烯信號的結(jié)點在番茄果實發(fā)育與成熟中起著重要作用 褚桂花 2015 研究發(fā)現(xiàn)番茄破色期 4 d 后 SlSR4 突變體果實中 PG PE1 和 CEL2 這 3 個與果壁代謝相關(guān)基因的表 達量升高 這說明 SlSR4 可能影響了番茄果實的軟化 對于該基因調(diào)控機理還有待于進一步研究 衰老是植物生長發(fā)育的最終階段 最初在煙草中分離到的 NtER1 CAMTA 受乙烯誘導表達迅 速升高 而且衰老葉片中的表達量明顯高于嫩葉 Yang Poovaiah 2000 說明該基因參與了乙 烯引起的衰老過程 Nie 等 2012 通過 ChIP 實驗驗證了 AtCAMTA3 SR1 可以與 EIN3 ethylene insensitive 3 啟動子區(qū)結(jié)合 擬南芥 atcamta3 sr1 突變體中 EIN3 表達量升高 但在 sr1 4D 突變體 中表達量降低 說明 EIN3 受 AtCAMTA3 SR1 負調(diào)控 將 sr1 1 和 sr1 4D 突變體用外源乙烯處理 3 d 后觀察 發(fā)現(xiàn) sr1 1 突變體受乙烯誘導的衰老增強 sr1 4D 突變體則相反 另外在 ein3 3 sr1 1 突變 體中 atcamta3 sr1 1 的乙烯誘導的衰老表型受到抑制 這些結(jié)果都表明 AtCAMTA3 SR1 直接參與了 乙烯引起的衰老過程 4 CAMTA SR 與逆境脅迫響應(yīng) 4 1 通用脅迫反應(yīng) 通用脅迫反應(yīng) general stress response GSR 又叫核心逆境響應(yīng) 是植物在進化過程中形成的 為了應(yīng)答環(huán)境脅迫而產(chǎn)生的一系列快速的基本響應(yīng) K ltz 2005 L pez Maury et al 2008 曾后 清 等 2015 其核心是將外界刺激轉(zhuǎn)移到細胞反應(yīng) 通過生理和代謝的重新調(diào)整以應(yīng)對外界刺激 Benn et al 2016 Walley 等 2007 用機械損傷作為脅迫刺激擬南芥葉片后進行全基因組微陣 列分析 鑒定到了快速損傷響應(yīng) rapid wound response RWR 基因 生物信息分析發(fā)現(xiàn) RWR 啟動 子中富含 1 種新基序 被命名為快速脅迫響應(yīng)元件 rapid stress response element RSRE CGCGTT 同時通過含有 RSRE 元件的基因啟動子融合熒光素酶報告基因 發(fā)現(xiàn)許多刺激 如冷 病蟲害等都 會快速和瞬時激發(fā) RSRE 下游熒光素酶基因的表達 因此把 RSRE 認定為是一種脅迫快速響應(yīng)的 GSR 元件 為了鑒定和整合 GSR 的調(diào)控成分 Benn 等 2014 借助已公開的微陣列數(shù)據(jù)研究快速 和瞬時應(yīng)激響應(yīng)基因中 RSRE 基序 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有 Ca 2 爆發(fā)誘導能力的 flg22 可以強烈激發(fā) RSRE 下 游熒光素酶基因的表達 瞬時表達分析發(fā)現(xiàn) CAMTA3 介導的 RSRE 元件的轉(zhuǎn)錄激活具有序列特異 性 進一步的試驗結(jié)果表明 CAMTA2 和 CAMTA4 在激活這一應(yīng)激反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄中有協(xié)同作用 為深 入了解 GSR 的信號轉(zhuǎn)導過程 Bjornson 等 2014 通過 EMS 誘變 4 RSRE LUC 擬南芥進行正向 遺傳篩選 得到了一種 RSRE 活性降低的 CAMTA3 缺失突變體 camta3 4 這也證實了 Benn 等 2014 的結(jié)果 camta3 4 mekk1 5 雙突變體中 4 RSRE LUC 活性的降低與 camta3 4 突變體相似 這說明 CAMTA3 在激活 RSRE 時位于 MEKK1 的下游 對于 CAMTA3 與 MEKK1 介導的級聯(lián)信號之間的聯(lián) 系還有待深入研究 MEcPP methylerythritol cyclodiphosphate 是一種逆行信號代謝物 Xiao et al 谷家茂 王晨揚 王 峰 齊明芳 劉玉鳳 李天來 CAMTA SR 在植物生長發(fā)育及逆境響應(yīng)中的作用 園藝學報 2021 48 4 613 631 617 2012 Benn 等 2016 通過遺傳學和藥理學方法發(fā)現(xiàn) MEcPP methylerythritol cyclodiphosphate 可以通過 CAMTA3 誘導一個應(yīng)激反應(yīng)中心 將信號轉(zhuǎn)導到 GSR 相關(guān)基因 這證實了質(zhì)體逆行信號 代謝物在應(yīng)激誘導的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)中的融合 4 2 CAMTA SR 與非生物脅迫 4 2 1 低溫脅迫 在低溫脅迫前 先對植物進行一段時間的亞低溫處理 從而使其耐寒性增強的過程稱為冷馴化 Thomashow 1999 關(guān)于冷馴化機制的研究主要在冷響應(yīng)基因 物質(zhì)代謝以及其他相關(guān)的信號通 路 Thomashow 1999 Chinnusamy et al 2007 李卉梓 2019 CBF DREB C repeat binding factors dehydration responsive element binding proteins 家族在冷響應(yīng)調(diào)控通路中有著重要作用 該家族可 以直接結(jié)合一些冷響應(yīng)基因的啟動子區(qū)域并且調(diào)控這些基因的表達 目前已經(jīng)鑒定到的 CBF 家族基 因有 CBF1 CBF2 和 CBF3 也被稱為 DREB1b DREB1c 和 DREB1a Liu et al 1998 Medina et al 2011 Miura Furumoto 2013 Doherty 等 2009 的研究表明擬南芥 CAMTA3 可以與 CBF2 啟 動子區(qū)域的 CM2 CCGCGT 基序結(jié)合 正向調(diào)控 CBF2 的表達 但是 camta3 突變體的耐寒性與 野生型差異并不明顯 CAMTA1 和 CAMTA3 在低溫下表達模式比較相似 進一步獲得 camta1 camta3 雙突變體 經(jīng)過 7 d 的冷馴化后雙突變體的耐寒性減弱 這說明 CAMTA1 和 CAMTA3 可能共同參與 擬南芥耐冷性的調(diào)控 Lee 和 Seo 2015 通過酵母雙雜交和 BiFC 證明了擬南芥 CAMTA3 與 HHP2 heptahelical protein 2 互作 經(jīng)冷誘導后突變體 hhp2 1 中 CBF2 的表達情況與在 camta3 突變體中 相似 Doherty et al 2009 這說明 HHP 可以與 CAMTA3 共同參與對 CBF 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 Kidokoro 等 2017 發(fā)現(xiàn)在溫度驟降時 擬南芥 CAMTA3 和 CAMTA5 可以誘導 CBF1 DREB1b 和 CBF2 DREB1c 的表達 但是這兩個基因不參與溫度緩慢降低的響應(yīng) Du 等 2009 發(fā)現(xiàn) 25 時擬南芥 camta3 sr1 突變體與野生型生長狀況沒有明顯差異 但是 20 時突變體生長明顯受到抑制 同時還發(fā)現(xiàn) SA 含量顯著增加 這說明 camta3 sr1 對溫度下降非常敏 感 之前研究發(fā)現(xiàn)低溫下 SA 積累會使植物生長受到影響 Scott et al 2004 Kim 等 2013 檢 測了 22 下 camta1 camta2 camta3 三重突變體 camta1 camta2 camta1 camta3 camta2 camta3 雙 突變體以及 camta1 camta2 camta3 突變體中的 SA 含量 發(fā)現(xiàn)三重突變體的 SA 含量顯著增加 三重突變體和 camta3 突變體中 ICS1 CBP60g 和 SARD1 這些與 SA 積累相關(guān)基因的表達量也顯著 升高 這表明 CAMTA1 CAMTA2 和 CAMTA3 在功能上存在冗余 都可以抑制 SA 的合成 在 4 處理后 3 個基因中只有 CAMTA3 被誘導表達 這或許可以解釋為什么 camta3 突變體對溫度下降敏 感 Du et al 2009 為了進一步明確低溫下 CAMTA3 如何抑制 SA 通路基因表達 Kim 等 2017 將 CAMTA3 啟動子調(diào)控 CAMTA3 GFP 變異體蛋白轉(zhuǎn)化進 camta2 camta3 雙突變體植株 結(jié)果發(fā)現(xiàn) CAMTA3 GFP 的表達抑制了雙突變體中 SA 通路基因的表達 之前 Du 等 2009 提出 CAMTA3 抑 制 SA 通路基因的表達需要 CaM 與 CaMBD 綁定 Kim等 2017 卻發(fā)現(xiàn)不包含 CaMBD 的 CAMTA3 334 對 SA 通路基因的表達的影響更明顯 而且還抑制了 SA 的生物合成 最終確定 CAMTA3 的 N 端區(qū) 域 氨基酸殘基 1 344 作為 1 個 NRM N terminal repression module 就可以抑制低溫下 SA 通 路基因的表達 王晴晴 2013 發(fā)現(xiàn)油菜 BnCAMTA1 受冷脅迫誘導表達升高 在擬南芥中過表達 BnCAMTA1 增強了植株的耐冷性 酵母單雜交試驗證明在酵母細胞中 BnCAMTA1 可以與 AtCBF2 互作 這與 擬南芥 CAMTA 可以與 CBF2 結(jié)合調(diào)控 CBF2 表達的結(jié)果 Doherty et al 2009 相同 這說明 BnCAMTA1 確實參與了 CBF 介導的信號通路 冷脅迫后 BnCAMTA1 過表達植株中 CBF1 的表達量 Gu Jiamao Wang Chenyang Wang Feng Qi Mingfang Liu Yufeng Li Tianlai Roles of CAMTA SR in plant growth and development and stress response 618 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 4 613 631 比野生型高 但 CBF2 的表達量卻比野生型低 推測 BnCAMTA1 可能對 CBF2 的表達有抑制作用 前人研究發(fā)現(xiàn)冷脅迫后 CBF2 沉默植株的 CBF1 和 CBF3 表達量升高 說明 CBF2 對 CBF1 和 CBF3 有負調(diào)控作用 Thomashow 2010 對于 BnCAMTA1 對 CBF2 具體調(diào)控機制還有待于進一步研究 可變剪切 alternative splicing AS 對基因的表達調(diào)控有重要作用 而且與外界脅迫關(guān)系密切 Barbazuk et al 2008 Filichkin et al 2015 Kimura et al 2015 Wei 等 2017 分析了冷脅迫 下毛果楊 Populus trichocarpa 和大青楊 Populus ussuriensis 兩種楊樹中 CAMTA 的可變剪切模 式 首先得到了 PtCAMTA1 PtCAMTA7 這 7 種剪切變異體 然后通過剪接變異體特異性引物進行 qRT PCR 分析 發(fā)現(xiàn)冷脅迫下毛果楊 PtCAMTA 大部分剪接變異體在根中下調(diào)表達 在葉片中大部 分基因短時間內(nèi)受冷誘導 但 CAMTA 在毛果楊和大青楊葉片中的表達模式不同 可能是它們之間 耐寒性有差異 Kim 等 2014 通過 QTL 定位到了 qSCT1 和 qSCT11 兩個與水稻抗冷性相關(guān)位點 CAMTA 是 qSCT1 的候選基因之一 這將有助于水稻耐寒品種的培育 劉丹丹 2016 對 4 處理 后的菜薹花粉進行轉(zhuǎn)錄組分析 發(fā)現(xiàn) 81 個差異表達的 lncRNA 對這些 lncRNA 進行靶基因分析 其中 CAMTA1 CAMTA2 和 CAMTA3 響應(yīng)低溫脅迫 分析在擬南芥中這 3 個基因低溫下的調(diào)控過程 可能對研究菜薹花粉響應(yīng)低溫脅迫的分子機制有參考作用 以上研究中不同物種 CAMTA SR 對低溫都有響應(yīng) 很多都可能與 CBF 介導的信號通路相關(guān) 有研究發(fā)現(xiàn)低溫下同時涉及依賴和非依賴 ABA 信號轉(zhuǎn)導過程 Liu et al 2002 Sun et al 2009 CBF 屬于非依賴 ABA 信號途徑 此外許多物種的 CAMTA SR 也響應(yīng) ABA 是否存在低溫下與 CAMTA SR 相關(guān)的依賴 ABA 信號途徑還不得而知 4 2 2 干旱脅迫 通過對干旱脅迫后的水稻進行轉(zhuǎn)錄組分析 Moumeni 等 2011 發(fā)現(xiàn) 1 個對干旱有響應(yīng)的 CAMTA Pandey 等 2013 研究發(fā)現(xiàn) 經(jīng)干旱脅迫后 atcamta1 突變體植株生長緩慢 對干旱更加 敏感 且水分利用效率和光系統(tǒng) 效率降低 對基因芯片表達譜分析發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下 atcamta1 突變 體中許多滲透平衡 細胞凋亡 DNA 甲基化和光合作用相關(guān)基因都發(fā)生顯著變化 并且有很多受 AtCAMTA1 正調(diào)控的基因?qū)γ{迫響應(yīng)和滲透平衡起正調(diào)控作用 對光合作用起負調(diào)控作用 這些調(diào) 控途徑主要通過 RAB18 COR78 CBF1 和 ERD7 等應(yīng)激響應(yīng)基因來調(diào)控 這些應(yīng)激響應(yīng)基因的表 達又受 DREB bHLH 和 MYB 等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 而這些轉(zhuǎn)錄因子又被 AtCAMTA1 激活 此外 AtCAMTA1 還產(chǎn)生對 ABA 的響應(yīng) 綜合所得結(jié)果認為 AtCAMTA1 可能通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的表達和 ABA 的響應(yīng)來調(diào)控干旱恢復 王國平 2015 研究發(fā)現(xiàn)擬南芥 AtCAMTA3 SR1 同樣響應(yīng)干旱脅迫 atcamta3 sr1 突變體對干旱敏感 過表達植株對耐旱性增強 研究表明 atcamta3 sr1 突變體中 SA 過 量積累 Du et al 2009 Kim et al 2013 Miura 等 2013 的研究表明 SA 的積累會影響植物對 干旱的敏感性 PAD4 是 SA 合成途徑中的 1 個重要酶 Zhou et al 1998 王國平 2015 將 SA 積累被阻斷的雙突變體 atcamta3 sr1 1 pad4 和 atcamta3 sr1 1 進行兩周干旱脅迫 發(fā)現(xiàn)雙突變體更加 耐旱 突變體 pad4 與野生型相比對干旱更加敏感 這說明 atcamta3 sr1 對干旱敏感與自身 SA 的過 量積累有關(guān) Li 等 2014 發(fā)現(xiàn)番茄 CAMTA SR 中的 SlSR1L 和 SlSR2L 受干旱脅迫的誘導 之后通過 VIGS 誘導 SlSR1L 沉默 干旱處理后沉默植株抗旱性下降 葉片水分損失加快 根系生物量降低 許多干 旱脅迫響應(yīng)基因表達降低 這說明 SlSR1L 可以正向調(diào)控番茄的抗旱性 Meer 等 2019 在香蕉 CAMTA SR 中發(fā)現(xiàn)了與 AtCAMTA1 和 SlSR1L 功能相似的成員 MuCAMTA1 經(jīng)干旱脅迫后上調(diào)表達 40 倍 認為其可能是提高香蕉抗旱性的理想基因 Noman 等 2019 研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下過表達 谷家茂 王晨揚 王 峰 齊明芳 劉玉鳳 李天來 CAMTA SR 在植物生長發(fā)育及逆境響應(yīng)中的作用 園藝學報 2021 48 4 613 631 619 GmCAMTA12 的擬南芥植株生長基本正常 野生型變得干枯 復水后野生型植株成活率不足 60 過表達植株則在 80 以上 之后用甘露醇處理種子后測定發(fā)芽率 結(jié)果發(fā)現(xiàn)過表達種子發(fā)芽率明顯 高于野生型 在大豆中過表達 GmCAMTA12 提高了毛狀根的抗旱性 脯氨酸含量 MDA 和 CAT 等 相關(guān)生理指標的測定結(jié)果也證明了這一點 Noman et al 2019 張靜 2019 發(fā)現(xiàn)在煙草中過表 達柑橘 CitCAMTA8 和 CitCAMTA9 并進行干旱處理后 過表達 CitCAMTA8 的植株萎蔫程度比野生型 輕 恢復效果較好 且抗逆相關(guān)基因 NtCAT NtSOD NtPOX2 和 NtP5CR 表達量也明顯高于野生型 進一步說明了 CitCAMTA8 的過表達使煙草對干旱的敏感性降低 由此可以推斷 CitCAMTA8 正向調(diào) 控對干旱的響應(yīng) 而過表達 CitCAMTA9 的植株與野生型沒有明顯差異 4 2 3 鹽脅迫 Galon 等 2010 在擬南芥 AtCAMTA1 啟動子區(qū)域融合 GUS 報告基因 并進行不同濃度梯度的 鹽脅迫 1 周 之后對植株進行組織化學分析 發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的增加葉片中的 GUS 表達量也隨著增 加 Prasad 等 2016 通過高通量 RNA seq 對擬南芥野生型 camta3 sr1 突變體和功能互補植株進 行測序 鑒定到約 3 000 個 CAMTA3 SR1 調(diào)控的基因 其中約有 60 差異表達基因的啟動子區(qū)含有 1 個已知的 CAMTA3 SR1 的 DNA 結(jié)合位點 這些基因可能是 CAMTA3 SR1 的靶基因 GO 富集分 析揭示 CAMTA3 SR1 在鹽脅迫中的潛在作用 ChIP PCR 結(jié)果表明 CAMTA3 SR1 可以結(jié)合一些鹽 響應(yīng)基因的啟動子 這說明 CAMTA3 SR1 可以直接抑制鹽響應(yīng)基因的表達 以此負調(diào)控植株的耐 鹽性 褚桂花 2015 發(fā)現(xiàn) SlSR4 可以正向調(diào)控鹽脅迫響應(yīng) 鹽脅迫誘導正常植株 SlSR4 的表達最 為明顯 slsr4 沉默植株的下胚軸生長受到抑制 對鹽脅迫的耐受性降低 胡榮 2015 對 5 個不結(jié) 球白菜品種進行鹽脅迫 測定了 BcCAMTA3 1 和 BcCAMTA5 的表達情況 結(jié)果顯示 BcCAMTA5 在 品種 001 中有脅迫響應(yīng) BcCAMTA3 1 和 BcCAMTA5 在 006 009 012 和 602 4 個品種 中有脅迫響應(yīng) Shkolnik 等 2019 在擬南芥鹽脅迫后轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn) 野生型種子在萌發(fā)過 程中有 1 020 個基因上調(diào) 1 467 個基因下調(diào) 分別有 62 和 84 的基因受到 AtCAMTA6 的直接或 間接控制 在 atcamta6 突變體中許多鹽脅迫相關(guān)基因 如 SOS1 NHX1 ABI5 和 DREB19 的表達 模式發(fā)生了變化 這些基因的啟動子區(qū)域很多都包含 ABA 響應(yīng)元件 由此可以推斷 AtCAMTA6 可 能通過 ABA 信號通路調(diào)控種子萌發(fā)過程中對鹽脅迫的響應(yīng) 也可能通過控制其他轉(zhuǎn)錄因子進而協(xié) 調(diào)下游基因參與對鹽脅迫的響應(yīng) 這與干旱脅迫下 AtCAMTA1 的調(diào)控機制有相似之處 在對柑橘根 部鹽脅迫后進行 RNA seq 測序 GO 富集分析發(fā)現(xiàn) CAMTA 等轉(zhuǎn)錄因子在鹽脅迫下差異表達 說明 柑橘中同樣有 CAMTA 參與了對鹽脅迫的響應(yīng) 具體的耐鹽分子機制還有待于進一步研究 Xie et al 2018 B y k 等 2019 研究了菜豆抗性品種和敏感型品種中 CAMTA 在鹽脅迫下的表達 qPCR 結(jié)果表明幾乎所有 CAMTA 在兩個品種間差異表達 據(jù)此推斷這類基因在鹽脅迫下的應(yīng)激響應(yīng)中發(fā) 揮作用 4 3 CAMTA SR 與生物脅迫 4 3 1 CAMTA SR參與植物對病原體的防御 生物脅迫同樣是影響植物生長發(fā)育的重要因素 植物應(yīng)對病原體對自身影響的過程中進化出了 雙層先天免疫防御系統(tǒng) Chisholm et al 2006 Jones Dangel 2006 分別為病原體 微生物相關(guān) 分子模式 pathogen associated molecular patterns PAMPs 觸發(fā)免疫 PAMP triggered immunity PT1 和效應(yīng)觸發(fā)免疫 effector triggered immunity ETI SA 在植物的先天免疫防御以及系統(tǒng)獲得 性抗性 systemic acquired resistance SAR 中扮演重要角色 Vlot et al 2009 An Mou 2011 Ca 2 在植物防御信號通路中也有著不可缺少的作用 Lecourieux et al 2006 許多研究表明 Gu Jiamao Wang Chenyang Wang Feng Qi Mingfang Liu Yufeng Li Tianlai Roles of CAMTA SR in plant growth and development and stress r