浅谈ＣＢＦ转录激活因子
[摘要]：利用植物分子生物技术来提高植物的抗寒、抗旱和耐盐能力是近几年研究的热点。而导入能调节许多抗寒相关基因COR的转录激活因子基因，则是一个新的思路。
[关键词]：CBF；COR；植物耐逆性
农业生产上，非生物胁迫严重影响着农作物的产量，特别是低温、干旱和盐害。随着抗寒基因的不断发现，有很多把抗寒相关基因转到植物中，并得到具有抗寒能力的转基因植株的报道，而导入能调节许多抗寒相关基因COR的转录激活因子基因，则是一个新的思路。
CBF转录激活因子是一类受低温诱导的、存在于拟南芥中的反式作用因子。这类转录激活因子特异的与CRT/DRE（C-repeat dehydration-responsive element）DNA调空元件结合，激活启动子中具有这一调空元件的冷诱导和脱水诱导基因的表达，从而引起植物体内的多种生理生化变化，并产生一定的抗寒、抗旱和耐盐能力。
1.CBF转录激活因子的发现
1997年，Stockinger等在研究拟南芥低温驯化期间如何调节COR（cod regulated）基因表达的分子机理时，首次分离鉴定了一种编码转录因子的cDNA，这种转录因子含有AP2/EREBP的DNA结合域，能识别COR基因中的CRT/DRE 元件并与结合，故命名为CBF1（CRT/DRE binding factor1），即CRT/DRE结合因子。1998年，Gilmour等又从拟南芥cDNA文库中克隆出CBF2和CBF3。2002年，Haake等鉴定出受干旱诱导表达的CBF4，拟南芥基因组测序完成后，又从基因组DNA中扩增出另外2个未报道的CBF/DREB基因，CBF5和CBF6。
迄今为止，已在许多植物中发现类似CBF的基因，如大麦、小麦、黑麦、油菜、甚至冷敏植物番茄、玉米等中都发现有类似CBF的基因，在甜樱桃中有3个与CBF相似的基因，在高羊茅中也克隆到CBF基因。
2.CBF转录激活因子的结构特点与特性
CBF转录激活因子属于AP2/EREBP类转录因子，其一级结构中含有AP2 DNA结合域、推断的碱性核定位信号区和潜在的酸性转录激活域。CBF与其它EREBP型转录因子的AP2域含有两个不同的氨基酸，这可能使得它们与DNA 顺式作用元件的结合具有不同的专一性。推断的碱性核定位信号区位于N-末端区域，富含精氨酸和赖氨酸残基，CBF转录激活因子进入细胞核的过程受该区域的控制。位于C-末端的潜在转录激活区酸性氨基酸含量较高，其PI在3.6～3.8之间，这一区域被认为在转录激活中起主导作用。
在拟南芥CBF1、CBF2和CBF3转录激活因子中均发现有蛋白激酶C和酪蛋白激酶II的潜在识别位点，这可能在它们的生理功能中起重要作用。另外发现CBF蛋白含有PKK/RPAGRxKFxETRHP和DSAWR两段特征序列，前者直接位于AP2 DNA结合域的上游，后者就在AP2 DNA结合域的下游，两特征序列在进化程度不同的物种中保守存在。PKK/RPAGRxKFxETRHP序列与核运输信号相似，表明它可能与以前认为的蛋白运输有关。特征序列好像不涉及CRT/DRE 调控元件的识别，因为它们或与它们密切相关的序列在同样与这一调控元件特异结合的拟南芥转录激活因子DREB2A中并不存在。
根据二级结构预测，拟南芥CBF1蛋白中只有2个a-螺旋，一个在N-末端区域，另一个在AP2 DNA结合域内。AP2域中的亲水脂a-螺旋被认为是CBF 蛋白的一个核心结构，参与同其它转录因子及DNA间的相互作用。CBF1蛋白的N-末端区域和C-末端酸性区域在30～-5℃的范围内表现出可逆冷变性，而包含AP2 DNA结合域在内的区域在40～60℃之间表现出热变性。这种冷变性引起CBF1蛋白分子的伸展，因而被看作是CBF1蛋白的一种特性，是CBF1对冷胁迫的一种生理上很重要的结构响应。资料还表明，CBF 1蛋白的二级结构在30℃左右时最稳定，温度上升到70℃时仍维持相当量的热稳定二级结构。
3.CBF转录激活因子的生理生化功能
CBF转录激活因子通过与CRT/DRE DNA调控元件的特异结合，激活启动子中含有这一顺式作用元件的目标基因的表达。这是CBF转录激活因子的最主要的生理生化功能。拟南芥转基因植株中CBF转录激活因子的超表达导致多方面的生理生化变化，包括多种LEA蛋白或亲水多肽的编码产生、脯氨酸和多种简单糖类的合成积累等，这些变化在植物冷驯化过程中普遍发生。由此认为，CBF转录激活因子就像是一个”总开关”，综合激活冷驯化反应的多种组成因子。
4.CBF转录激活因子在提高植物耐逆性中的作用
LEA蛋白和亲水多肽、脯氨酸以及可溶性糖等己被证明对植物的低温耐性起重要作用。CBF转录激活因子与CRT/DRE DNA调控元件特异结合，诱导目标基因表达，促进这几类物质的合成与积累，提高植物耐受低温的能力。除了低温耐性以外，CBF转录激活因子超表达也能增强植物对干旱和高盐胁迫的耐性。连续2周不给拟南芥野生型植株和CBF3转基因植株浇水，几乎所有野生型植株在这一时期内死亡，而CBF3转基因植株在这一水平干旱胁迫下的存活率达42.9%和69.2% 。转基因植株耐盐性的提高在用胁迫诱导基因rd29A的启动子启动CBF3表达时特别明显，其高盐处理后的整株存活率达78.6%，而对照植株仅为17.9% 。
非胁迫条件下转基因植株对低温、干旱、高盐等胁迫的耐性提高，但同时它们的生长发育也受到明显影响，主要表现为生长迟缓、植株矮化、产量下降等。生长迟缓或植株矮化的程度与CBF及其目标基因的表达水平有关：CBF3的转录物水平较高，目标基因表达较强，植株矮化就比较严重。
还须强调指出，CBF转录激活因子通过与CRT/DRE DNA调控元件的特异结合，能够促进多个冷诱导和脱水诱导基因
的表达，这些目标基因的编码产物共同起作用，使得转基因植株的耐逆性要比其它单一功能基因的转化强得多。
5.CBF转录激活因子的应用展望
低温、干旱、高盐等逆境条件不仅限制作物种植的区域，而且每年导致产量的重大损失，因此培育耐逆性强的作物新品种对保持粮食生产与世界人口的同步增长具有重要意义。植物的耐逆性是多种耐逆机制共同作用的结果。用单一功能基因转化植物，虽能使转基因后代的耐冷性、耐旱性或耐盐性得到提高，但效果并不理想。CBF转录激活因子的发现则为基因工程改良植物耐逆性提供了一种全新的技术途径。”CBF技术”在各种大田作物和园艺植物耐逆性的综合改良中具有广泛的应用前景和极大的利用价值。目前，这方面的转基因研究国内外已在开展之中。
虽然，CBF转录激活因子超表达在提高转基因植株耐逆性的同时，还会产生生长迟缓、植株矮化、产量下降等不良影响，但这些负效应可以通过用胁迫诱导启动子或其它条件性启动子启动CBF基因表达的方法来加以克服。另一方面，这种负效应在某些情况下反而是有利的。导入CBF基因后引起转基因草种生长迟缓和矮化，这既增强了转基因草坪草的耐逆性，又可减少草坪的修剪次数，节约养护费用。
