轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)與功能區(qū)分析

摘 要：簡單介紹了轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)與功能區(qū)，包括DNA結(jié)合區(qū)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)、核定位信號(hào)區(qū)和寡聚化位點(diǎn)，并就轉(zhuǎn)錄因子的應(yīng)用和發(fā)展趨勢做了初步的闡述。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)錄因子；結(jié)構(gòu)；功能區(qū)；分析

中圖分類號(hào) Q789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）19-23-02

植物在生長發(fā)育過程中，能夠感受到外界非生物脅迫、激素及體內(nèi)細(xì)胞發(fā)育等信號(hào)的刺激，然后通過一系列的信號(hào)傳遞，激發(fā)轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件（cis-acting element）相結(jié)合，并激活RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，從而啟動(dòng)特定基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，最后通過基因編碼的產(chǎn)物對(duì)外界信號(hào)做出反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的生長及對(duì)外界刺激的適應(yīng)[1]。

轉(zhuǎn)錄因子是生物體內(nèi)直接結(jié)合或間接作用于基因啟動(dòng)子區(qū)域、形成具有RNA聚合酶活性的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的蛋白質(zhì)因子，通過其調(diào)控基因的表達(dá)來影響生物的表型及對(duì)外界刺激的保護(hù)，從而完成了生物在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。按功能可分為通用轉(zhuǎn)錄因子、序列特異性轉(zhuǎn)錄因子、輔助轉(zhuǎn)錄因子等。而與RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相對(duì)應(yīng)的有3類轉(zhuǎn)錄因子，分別是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。鋅指蛋白就是屬于其中的TFⅢ型轉(zhuǎn)錄因子，它是生物中發(fā)現(xiàn)種類最多、研究較為廣泛、在真核生物中具有重要調(diào)控作用的一類轉(zhuǎn)錄因子。

1 轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)與功能區(qū)

通過對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表明，典型的植物轉(zhuǎn)錄因子一般由DNA結(jié)合區(qū)（DNA-binding domain）、寡聚化位點(diǎn)（oligomerization site）、轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)（transcription regulation domain）、細(xì)胞核定位信號(hào)區(qū)（nulcear localization signal，NLS）組成，這些功能區(qū)域決定了各個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的具體功能[2]。

1.1 DNA結(jié)合區(qū)（DNA-binding domain） DNA序列中有許多具有重要作用的順式作用元件，能夠識(shí)別并與之結(jié)合的氨基酸序列就是轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合區(qū)。相同類型的轉(zhuǎn)錄因子都能夠識(shí)別比較保守的氨基酸序列（DNA結(jié)合區(qū)）。而且植物轉(zhuǎn)錄因子的分類依據(jù)就是DNA結(jié)合區(qū)和寡聚化位點(diǎn)的保守區(qū)的差異[3]。其中Zinc finger結(jié)構(gòu)域、bZIP結(jié)構(gòu)域、MYC結(jié)構(gòu)域、MYB結(jié)構(gòu)域等都是典型的植物轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合區(qū)[4]（表1）。這些典型的結(jié)合區(qū)與順式作用元件識(shí)別及結(jié)合的特異性由DNA結(jié)合區(qū)中特定的氨基酸序列來決定，具體特征如表2。它們與順式作用元件的親和性和特異性由DNA結(jié)合區(qū)的二級(jí)結(jié)構(gòu)來決定[5-7]。

1.2 轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)（transcription regulation domain） 轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)是轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)鍵功能區(qū)域，其包括轉(zhuǎn)錄激活區(qū)和轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)，這2個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)共同決定著各個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的具體調(diào)控功能。轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)除了包含DNA結(jié)合區(qū)之外，還有一段大約由30～100個(gè)氨基酸殘基組成的區(qū)域，轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)的數(shù)量可能有一個(gè)，也有可能含有多個(gè)轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。典型的植物轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)一般富含酸性氨基酸、脯氨酸或谷氨酰胺等[4]；轉(zhuǎn)錄因子抑制區(qū)通過以下幾種方式來抑制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄：（1）與啟動(dòng)子的功能位點(diǎn)結(jié)合可以阻止其他的轉(zhuǎn)錄因子再次與該啟動(dòng)子相結(jié)合，從而抑制下游基因的表達(dá)；（2）通過某種方式抑制其他的轉(zhuǎn)錄因子，從而阻止相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄；（3）通過某種作用方式改變DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄不能正常進(jìn)行[2]。

科研人員在矮牽牛中發(fā)現(xiàn)的鋅指蛋白基因ZPT2-3和AZF1-3，二者編碼的蛋白的C端的DLN-Box具有轉(zhuǎn)錄抑制活性，而刪除該區(qū)域后通過酵母雙雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其反而具有了相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄激活能力[8-9]。

1.3 核定位信號(hào)區(qū)（nuclear localization signal，NLS） 核定位信號(hào)區(qū)是轉(zhuǎn)錄因子中富含精氨酸和賴氨酸殘基的區(qū)域，轉(zhuǎn)錄因子在合成后需轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)才能發(fā)揮其功能，而且轉(zhuǎn)錄因子有無功能就取決于核定位信號(hào)區(qū)。核定位信號(hào)區(qū)的氨基酸序列、組織特性和數(shù)量因植物種類和類型而各不相同，在轉(zhuǎn)錄因子中它們呈現(xiàn)不規(guī)則的分布[4]。親核蛋白先與位于核孔處的受體蛋白結(jié)合，然后由親核蛋白承載著轉(zhuǎn)錄因子并將其轉(zhuǎn)移進(jìn)入核內(nèi)進(jìn)而進(jìn)行調(diào)控及表達(dá)，然而這并不是說沒有NLS就無法進(jìn)入核內(nèi)，其可以通過與其他具有NLS的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后，由這個(gè)特殊的轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體將目標(biāo)蛋白轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)[2]。

1.4 寡聚化位點(diǎn)（oligomerization site） 轉(zhuǎn)錄因子之間能夠相互聚合的功能結(jié)構(gòu)域稱之為寡聚化位點(diǎn)，寡聚化位點(diǎn)影響著轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合、各轉(zhuǎn)錄因子的特異性、核定位特性。這個(gè)結(jié)構(gòu)域有比較保守的氨基酸序列，且大多與DNA結(jié)合區(qū)相連，形成一個(gè)特定的空間構(gòu)象，如bZIP類轉(zhuǎn)錄因子形成了一個(gè)拉鏈結(jié)構(gòu)，而bHLH型轉(zhuǎn)錄因子含有螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)[5]。

2 研究展望

干旱、低溫、高鹽、創(chuàng)傷等非生物脅迫因素嚴(yán)重制約和影響著植物的生長和發(fā)育。那些參與非生物脅迫的轉(zhuǎn)錄因子能夠通過調(diào)控下游功能基因表達(dá)或者與相應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)合來應(yīng)對(duì)外界環(huán)境信號(hào)的刺激，從而提高植物對(duì)外界脅迫的耐受能力。隨著分子生物學(xué)和基因工程手段的進(jìn)步，已經(jīng)有很多科研人員利用轉(zhuǎn)錄因子來提高植物的抗逆性并取得相應(yīng)的成果[10]。我們通過對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)和功能的分析可以更快地確定轉(zhuǎn)錄因子的基本功能。因此利用轉(zhuǎn)錄因子來改良作物的抗逆性，穩(wěn)定作物的生長和產(chǎn)量，對(duì)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

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（責(zé)編：徐世紅）