植物bZIP轉錄因子及其耐鹽性調控研究進展

陳祥福等

摘 要：鹽害影響植物的生長發育，堿性亮氨酸拉鏈類轉錄因子bZIP參與了植物的鹽脅迫響應，因此就植物對高鹽脅迫的理化反應、bZIP轉錄因子的功能及在植物高鹽逆境下的作用的研究進展進行了綜述，對今后利用bZIP基因改良植物耐鹽性具有參考價值。

關鍵詞：植物；bZIP；耐鹽性

鹽分是影響植物生長發育的一個重要因素，高濃度鹽能導致植物死亡。土壤鹽堿化會嚴重影響農業的安全生產和健康發展，是當今世界較為嚴重的生態環境與社會經濟問題之一。目前，全球鹽堿土壤面積約為9.6億hm2，我國約有1億hm2，而且由于近年來全球氣候的變化、對環境保護的力度不夠以及對土地的不合理使用，全球土壤鹽堿化日趨嚴重[1]。解決土壤鹽堿化問題，除了加強環境保護、合理利用土地、采用水利改良和化學改良等方法之外，培育耐鹽堿的植物品種，尤其是明確植物的耐鹽機制，并利用分子生物學技術來提高植物的耐鹽能力，顯得尤為重要。本文就植物耐鹽反應及bZIP轉錄因子在高鹽逆境下的作用與響應作一綜述。

1 植物在鹽脅迫條件下的反應

在鹽脅迫下，植物體內被迫積累鹽離子，鹽離子過量造成毒害，植物細胞內自由基平衡被打破，改變了植物細胞膜的成分、通透性、運輸能力，導致細胞膜的功能和結構受到損傷[2～4]，嚴重影響植物細胞和組織的正常功能。植物體內基因表達也發生了變化，植株會隨著環境的變化產生相應的脅迫蛋白，對脅迫環境產生一定的適應能力[2]。

土壤中鹽分過多時，高濃度鹽降低了土壤的水勢，產生了滲透脅迫，直接影響細胞的代謝和植物對營養物質的吸收[5]，最終導致酶合成受抑制、有毒物質積累等，嚴重影響植物的正常生長發育。此時，細胞通過積累一些滲透調節物質來提高溶質濃度[2]，從而降低植株體內水勢。

在高鹽條件下，植株體內因缺水而致葉片氣孔關閉、光合作用受阻，使得呼吸作用與光合作用無法達到平衡[6]，呼吸作用會短暫增強，之后減弱[7]。

2 bZIP轉錄因子

轉錄因子（Transcription factors，TFS）是一類參與真核細胞轉錄調控的，存在于動、植物細胞核內的蛋白分子。它能與真核基因啟動子區域中的順式作用元件發生特異性結合，并且能激活或抑制轉錄過程。根據轉錄因子結構域的特點，轉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]。當植物受到外界刺激時，其體內會產生一系列的信號傳導，最后通過轉錄因子對植物抗性基因和相關防御體系的誘導，改變植物對環境的適應[9～13]。

bZIP轉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、動物以及微生物中均有發現[14]。bZIP家族成員參與植物生長[15]、衰老[16]、損傷[17]、花發育[18，19]、種子成熟[20]等植物生理過程。目前，已經從高等植物中分離出了調控植物耐鹽、耐寒、抗旱、耐病原脅迫以及植物生長發育等相關的轉錄因子。bZIP轉錄因子具有共同的特點：

①含有能與特異DNA相結合的堿性結構域[21]；

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

3 bZIP轉錄因子的分類

Jakoby等[21]通過對擬南芥中發現的大量bZIP轉錄因子分析，根據bZIP轉錄因子的堿性結構域以及其他保守結構域，將75個擬南芥的bZIP轉錄因子基因家族成員分為10個亞家族：A、B、C、D、E、F、G、H、I和S 類。B、F亞家族報道很少，A、C、D、E、G、H、I、S亞家族都各有各的特點，但同一類亞家族成員具有相同的結構域和其他保守結構域，因此，它們具有類似的功能。

根據與DNA結合的專一性，Izawa等[22]將植物的bZIP蛋白分為4個基本類型：①選擇G框的植物bZIP蛋白；②選擇C框的植物bZIP蛋白；③對G框和C框同樣有選擇的植物bZIP蛋白；④不能與DNA構成二聚體的植物bZIP蛋白。

4 bZIP在植物高鹽逆境下的作用及響應

研究表明，bZIP轉錄因子對高鹽逆境中植物的生理過程有積極的響應，能顯著提高植物的耐鹽能力。目前，通過對擬南芥、番茄、煙草、水稻、大豆等植物的研究均發現bZIP具有抗鹽作用。

Choi等[23]首次從擬南芥中克隆得到了bZIP轉錄因子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以及氧化脅迫的應答反應。

bZIP轉錄因子通過在分子水平上的響應，通過減少毒害物質積累，保護膜的完整性來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的轉基因番茄能正常生長及開花結果，轉基因番茄植株內的丙二醛含量明顯低于野生型對照。大豆中已經鑒定出的bZIP基因中，1/3以上的基因能對高鹽、干旱、ABA、低溫中的至少一種植物逆境有響應。其中，大豆的GmbZIP132[25]和GmbZIP1[26]基因能顯著提高轉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轉錄因子轉到擬南芥中，提高了擬南芥的耐鹽性。將辣椒基因CAbZIP1轉入擬南芥中[29]，轉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達、生命力極強、極耐鹽堿、耐干旱瘠薄的檉柳科樹種，它的bZIP基因有很強的抗鹽能力。Wang等[30]將剛毛檉柳的ThbZIP1基因轉入煙草，在不同高鹽濃度條件下，轉基因植株的長勢、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基因轉入擬南芥，在正常條件下生長，轉基因植株與野生型植株并沒有差異，但是，在干旱脅迫、高鹽和甘露醇的脅迫下，含ThbZIP1的轉基因植株的根部長勢、鮮質量、種子萌發均明顯比野生型植株提高，并且，在鹽脅迫條件下，轉基因植株參與正、負調控的基因也明顯增加，研究表明，高鹽條件能高度誘導ThbZIP1基因的表達，它通過有效清除活性氧自由基和積累可溶性滲透物質來提高植物耐鹽能力。

在水生植物中，bZIP基因也有一定的抗鹽作用。Xiang等[32]發現，水稻基因OsbZIP23的超表達能顯著提高水稻的耐鹽性、抗旱性和ABA敏感性，在對照植株中，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能力。Cheng等[35]的研究表明，蓮藕中對鹽有隔離和功能性特征響應的轉錄因子

LrbZIP能提高植株耐鹽能力，它的表達能讓植株在250 mmol/L NaCl處理下正常生長長達18 h。在高鹽處理條件下，通過對轉基因植株和對照植株的根部生長、葉綠素含量和電解質滲出率的比較發現，轉基因植株表現出更高的承受能力。

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

5 展望

植物耐鹽機制相當復雜，在鹽脅迫條件下，植物能有效協調自身調節機制來達到抗鹽、拒鹽的功能，但由于土壤鹽堿化加重，植物自身的調節體系已經無法滿足正常生長的要求。通過對植物耐鹽機制的了解和研究，結合bZIP轉錄因子對植物抗性的研究，可以得到bZIP類轉錄因子的轉基因耐鹽作物，從而提高作物的耐鹽能力。近年來，對bZIP轉錄因子的基因克隆及其功能研究和對bZIP轉錄因子在抗逆過程中的作用機理的研究進展明顯，bZIP轉錄因子在植物耐鹽性方面取得的進展已經有效增強了作物耐鹽的效果。但目前bZIP轉錄因子中各個基因的具體功能及其作用強度沒有突破性進展。在今后的研究中，在全基因組層面上尋找更多的bZIP轉錄因子，并對其進行基因克隆和功能分析。將各類抗逆境基因有機地結合起來，共同轉入植物體內，有望得到具有綜合抗逆能力的作物新品種。隨著基因工程技術的不斷完善和進步，相信會有更多、更安全、更實用的轉基因抗性品種被廣泛應用，從而推動農業生產前進的腳步。

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