中国医学科学院最新文章：转录因子AP2/ERF

时间：2015年6月10日

来源：生物通

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转录因子AP2/ERF的功能研究及其作用机制的揭示将有助于利用代谢调控手段提高药用植物活性成分产量, 有利于药用植物优良品种的培育, 为满足人们对天然药物的需求奠定基础.

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生物通报道：药用植物作为中药和世界传统药物的主要来源, 面临着资源稀缺和活性成分含量低等问题. 通过转录水平调控发育相关基因及活性成分合成途径酶基因表达是实现定向、高效调节药用植物生长及活性成分合成的有效手段之一. 因此, 近年来转录因子调节药用植物发育及活性成分合成的研究备受关注.

转录因子AP2/ERF家族是植物最大转录因子家族之一, 近期来自中国医学科学院/北京协和医学院药用植物研究所, 重庆市药物种植研究所等处的研究人员介绍了转录因子AP2/ERF调控药用植物活性成分生物合成、发育、胁迫响应的研究进展, 阐述了转录因子AP2/ERF调控靶基因和自身受到调控的作用机制, 同时总结转录因子AP2/ERF研究方法, 提出组学和生物信息学方法成为分离、筛选转录因子, 预测转录因子功能的强大工具, 为分析、预测、验证药用植物AP2/ERF家族成员的功能和阐明AP2/ERF的调控机制提供理论基础和方法指导.

20世纪80年代末90年代初, Cell和Plant Cell分别发表了关于转录因子AP2在拟南芥中参与调控花发育过程的研究, 引起学术界对该类转录因子的极大兴趣. 随后研究发现转录因子AP2不仅与花器官发育有关, 而且调控根、叶、果实、种子等器官的生长发育和胁迫响应, 研究对象从经典模式植物(拟南芥、烟草等)扩展到农作物(水稻、玉米、大麦、番茄等)、药用植物(长春花、青蒿、红豆杉等).

药用植物作为中药和世界传统药物的最重要资源受到政府、公众和研究人员的高度关注, 由于药用植物含有多种活性作用的天然产物, 如治疗疟疾的倍半萜类物质青蒿素, 治疗癌症的吲哚生物碱类物质长春碱、长春新碱及治疗心血管疾病的二萜醌类化合物丹参酮II-A等, 因此转录因子AP2/ERF调控药用植物生长发育及活性成分的生物合成已成为近年来的研究热点.

在这篇文章中，研究人员概述了转录因子AP2/ERF基因家族的结构、分类、起源和生物学功能, 在此基础上, 重点综述转录因子AP2/ERF调控药用植物活性成分生物合成、生长发育、胁迫响应等研究进展, 并详细阐述转录因子AP2/ERF作用机制和主要研究方法. 对转录因子AP2/ERF的深入研究有助于利用分子调控机制优化药用植物代谢工程方案, 提高药用植物活性成分生物合成效率, 同时有助于药用植物的优良品种培育, 为遗传育种研究奠定重要基础.

作者指出，基因组学、转录组学、生物信息学的快速发展加快了转录因子的研究进程, 从全基因组水平分析转录因子基因家族的蛋白结构特征, 并与近缘物种比较进化关系, 有助于预测未知转录因子AP2/ERF的功能, 同时结合组织部位、发育阶段、胁迫诱导条件下转录组差异基因的表达模式分析, 从大量家族成员中筛选到可能与特定功能相关的转录因子.

此前研究组已完成药用植物丹参全基因组测序, AP2/ERF家族共有170个成员, 对MEJA诱导的丹参叶片进行转录组测序分析, 有6个转录因子AP2/ERF表达上调, 这些转录因子可能参与丹参活性成分的生物合成. 中药合成生物学是通过在底盘细胞中设计和装配天然药物生物合成相关元件, 实现有效成分高效的异源合成.

其中转录因子是生物合成途径重要调控元件, AP2/ERF的深入研究将有助于丰富生物元件库, 在药用植物活性成分生物合成中, 关键性转录因子AP2/ERF将可能通过激活特定代谢流向, 提高代谢通量, 最终提高目标产物的产率.

（生物通）

原文检索：

季爱加, 罗红梅, 徐志超, 等. 药用植物转录因子AP2/ERF研究与展望. 科学通报, 2015, 60: 1272–1284
Ji A J, Luo H M, Xu Z C, et al. Research and perspectives on AP2/ERF transcription factors in medicinal plants (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 60: 1272–1284, doi: 10.1360/N972014-00697