全 文 ：生物物理学报 第二十三卷 第二期 二!!七年四月
ACTABIOPHYSICASINICA Vol.23No.2 Apr.2007
收稿日期:2007-02-12
基金项目:国家自然科学基金项目（30370087）和“春晖计划”项
目（Z2004-1-62002）
通讯作者:王崇英，电话：(0931)8914155，传真：(0931)8912561
E-mail：wangcy@lzu.edu.cn
0 引 言
低温、干旱以及高盐条件是植物生长过程中所
面临的主要逆境胁迫。温带及寒带植物在低温环境
下通过冷诱导（coldacclimation），或称冷锻炼的
机制诱导特异基因表达，从而对细胞起保护作
用[1]。对植物冷诱导相关细胞信号途径的研究不仅
具有重要的学术意义，同时也蕴涵着极大的经济价
值和社会效益。细胞膜上具有多种不同信号的受体
分子，其中包括感知温度、水分、盐度以及光强度
等环境信号的受体。某些低温信号受体感知环境信
号后可能激活细胞内的双信使通路，第二信使中的
三磷酸肌醇（inositol1,4,5-trisphosphate,IP3）促使
细胞膜上的 Ca2+泵打开，同时使内质网储存的
Ca2+释放，致使细胞内 Ca2+水平上升从而激活一
系列转录因子（transcriptionfactors，TFs）的表
达[2]。这些与冷诱导信号传导有关的转录因子包括
ERF（ethylene-responsiveelementbindingfactor）/
AP2（APETALA2） 家 族 、 bZIP（basic-leucine
zipper）家族和锌指结构（Zincfinger）家族等。
随后，这些特异转录因子激活相应功能基因的表
达，使植株最终产生低温抗性[3]。属于AP2家族的
CBF/DREB（ C-repeat binding factor/dehydrate
responsiveelementbing-dingfactor）途径已被证
实是赋予植物低温抗性的主效途径，因而使其成为
低温抗性领域研究的热点之一[4]。国内外的诸多学
者对此做了大量研究，Thomashow、Zhu和 Shi-
nozaki等课题组十余年间相互独立的研究证实
CBF转录因子小家族、上游正向调控因子 ICE
（inducerofCBFexpression）和下游多种响应基因
共同构成主线，并通过与其他途径的交谈对话
（crosstalk）和交叠（overlap）组成了复杂的信号
调控网络[3~6]。关于CBF途径的分子鉴定、结构组
成、相互作用以及信号传导等内容，钟克亚、郭喜
英、杨家森等人已进行了介绍[7~9]，对以上内容本
文不再赘述，而是着重综述近几年来 CBF/DREB
信号传导途径的最新研究进展，以及利用
CBF/DREB途径的保守性所进行的植物基因工程
取得的瞩目成果。
1 CBF信号途径的主要研究进展
低温胁迫条件下植物通过激活特异信号传导途
径来改变基因的时空表达，从而增强植株的逆境生
存能力。逆境应答信号途径依据 ABA（abscisic
acid）的参与与否分为ABA依赖和非ABA依赖两
拟南芥CBF/DREB途径的研究进展及其在
植物基因工程中的应用
王 洋, 胡 吉吉, 王崇英
（兰州大学生命科学学院细胞生物学研究所，兰州 730000）
摘要:细胞膜感知低温环境信号,通过信号转导激活以CBF/DREB信号途径为主、兼与其他途径交谈和交叠
所构成的信号网络,继而调控下游相应功能蛋白的表达,赋予植物低温抗性。文章重点介绍了拟南芥 CBF/DREB
信号传导途径的研究进展、CBF基因在高等植物中的保守性,以及构建 CBF转基因抗冻植物所取得的成果,包
括 CBF的表达调控与作用的分子机制、影响 CBF途径的一些重要蛋白和环境因子、组成性启动子以及冷诱导特
异性启动子驱动 CBF基因表达所获得的抗冻转基因植物的研究进展。同时,对该研究领域未来可能的发展方向
进行了展望。
关键词:CBF信号途径;基因工程;进化保守性;转基因抗冻植物;拟南芥
中图分类号:Q28,Q78
2007年生 物 物 理 学 报
大类[10]。作为冷应答反应主效途径的 CBF/DREB
信号通路属于非ABA依赖，拟南芥中存在大量启
动子内具DNA顺式元件CRT(C-repeat)/DRE(dehy-
drationresponseelement)的冷响应基因（coldre-
sponsive，COR），CRT/DRE以 CCGAC为核心保
守识别区[11]。反式作用因子 CBF/DREB在低温及
脱水胁迫条件下与该元件特异作用，从而激活下游
COR基因的转录表达。COR基因在低温条件下的
特异表达对植物的逆境生存具有十分重要的意义，
其编码产物既可能是对细胞起保护作用的蛋白质产
物，也可能是次级转录因子，调控其他功能基因的
特异表达。CBF/DREB转录因子家族分为干旱及
高 盐 诱 导 的 DREB2小 家 族 和 冷 诱 导 的
CBF/DREB1小家族[12,13]。 后者由CBF1/DREB1B、
CBF2/DREB1C、CBF3/DREB1A、CBF4/DREB1D、
DREB1E、DREB1F组成，其中CBF4/DREB1D是
渗透胁迫诱导的，而位于第4号染色体上8.7kb区
域内成簇排列的 CBF1、2、3是该领域的研究热
点，三个CBF基因均为单外显子结构，具有很高
的氨基酸同源性。在CBF1或CBF3组成性表达的
转基因株系中，常温条件下多个下游基因表达水平
升高，植株表现出较之野生型明显增强的低温抗
性，由此说明CBF诱导表达的下游冷响应蛋白对
植株低温条件下的存活起重要作用。目前，对
CBF/DREB途径的研究则主要集中于下述的几个
方面。
1.1 CBF转录因子的表达调控
Chinnusamy等 [14]分离到一个编码具 bHLH
（basichelix-loop-helix）结构的 MYC类转录因子
（MYC-liketranscriptionfactors）ICE1,它能够识
别 CBF3启动子区域内的 MYC转录因子结合区
域，并在低温诱导下激活CBF3表达，这一区域也
被称做ICE盒（ICEBox），ICE作为CBF的上游
调节因子正向调控其在低温条件下的表达，以主效
开关的作用控制CBF信号传导途径各组分的表达
水平。ICE1以瞬时积累的方式激活下游CBF基因
的表达，而 ICE1的降解则通过具 E3类连接酶
（RING E3ligase）活性的 HOS（highexpression
ofosmoticalyresponsivegene）1来完成，HOS1
对 ICE1的降解属于泛素化途径（ubiquitination）。
HOS1的功能丧失突变体（loss-of-functionmutant）
中ICE1的表达水平升高，其下游CBF基因及功能
蛋白的表达水平也一致升高，植株的整体低温抗性
也相应提高；而在HOS1组成型表达的转基因植株
中，ICE1被降解，CBF及其下游基因的表达被抑
制，低温抗性随之降低[15]。CBF基因启动子区域内
除有 MYC类转录因子的识别区域外，还存在
MYB类转录因子的识别区域[16]。最新的研究证实
MYB15基因编码的蛋白可以识别 CBF1、CBF2、
CBF3启动子内的特定序列并与之结合，该结合作
用需要MYC类转录因子参与。当MYB15基因过
表达时，CBF基因表达水平降低，而在MYB15基
因的功能丧失突变体 （loss-of-functionmutant）
中，CBF基因表达水平升高，由此推测 MYB与
MYC两类转录因子协同作用，调节CBF基因的时
空表达模式，前者可能主要表现出抑制作用，而后
者则主要表现出激活作用[17]。
Dong等筛选到一个使CBF3-LUC报告基因表
达水平显著降低的突变体，通过图位克隆（posi-
tionalclone）和BLAST比对，发现突变基因与动
物中的核孔蛋白Nup160具有很高的相似性，将其
命名为AtNUP160，随后的研究证实其蛋白编码产
物确实定位在核膜上，并参与核孔复合体的形成。
AtNUP160基因特异参与冷诱导相关基因 mRNA
的出核转运，其突变体中CBF基因及其他冷诱导
基因的表达水平明显降低，植株的低温抗性下降，
此外还出现提早开花和生长延滞的生理表现。由
此，Dong等推断AtNUP160基因在mRNA水平上
参与了植物冷诱导及花器官发育过程[18]。此外，
RNA解旋酶（RNAhelicases）也参与CBF冷诱导
途径[19]。RNA解旋酶在低温胁迫条件下通过对
RNA二级结构非线性、可逆性的重排，增强了其
稳定性，同时对于mRNA的出核转运也起关键作
用，使得植株在逆境下能够维持生长发育所必须的
蛋白质的合成[20]。
1.2 CBF对下游COR基因表达调控的分子机制
CBF作为转录因子激活下游 COR基因的表
达，它对下游功能基因启动子内保守区域的作用是
通过形成具组蛋白乙酰转移酶（histoneacetyl-
transferase,HAT）活性的染色质修饰复合结构
（chromatinmodificationcomplexes）而实现的。
HAT通过与特异组蛋白的转乙酰基作用，使功能
基因启动子区域的染色体构象发生有利于转录因子
与之特异性结合的变化，同时 TATA结合蛋白
（TATA-bindingprotein,TBP）、TFⅡA、TFⅡB、
TFⅡH等转录元件在此区域结合，促进RNA合成
酶Ⅱ（RNApolymeraseⅡ）的转录起始[21]。在酵
母中的研究发现，酵母转录激活因子Gcn4是碱性
102
第2期 拟南芥CBF/DREB途径的研究进展及其在植物基因工程中的应用
区-亮氨酸拉链区（basic-leucinezipper,bZIP）模
型的一种典型结构，其转录激活结构域富含酸性氨
基酸，可以参与启动子区域中的复合结构（如
ADA及 SAGA）的形成,ADA复合结构（aided
distincthistone-acetyltransferasecomplex）和SAGA
复合结构 （Spt-Ada-Gcn5-Acetyltransferasecom-
plex） 是 由 包 括 Ada2（aided distincthistone-
acetyltransferase）、Ada3和具组蛋白乙酰转移酶活
性的Gcn4及其类似物，以及其他多种相关蛋白组
分共同构成的转录复合体。SAGA及ADA复合结
构的存在，是拟南芥CBF基因的cDNA在酵母中
激活启动子内含有CRT/DRE顺式元件、使报告基
因实现异源转录的必要条件。进一步研究还发现拟
南芥中存在酵母Gcn4的类似物Gcn5、Ada2的类
似物Ada2a和Ada2b，而这些类似物执行了与酵母
中类似物相似的生理功能。因此，拟南芥中 CBF
对其下游基因的调控依赖于启动子区域内转录复合
结构 ADA及 SAGA的协助。Vlachonasios[22]同时
证实ADA及SAGA的相关组成蛋白的编码基因发
生突变，会影响CBF对下游基因在转录水平上的
时空调控。
1.3 CBF2阻遏调节CBF1和CBF3的表达
早期的研究认为，拟南芥 CBF1、CBF2和
CBF3由于进化上的同源性，因而存在功能上的冗
余性。其表达模式、作用途径以及下游诱导蛋白的
类型都基本一致，没有功能上的特异性，而近年来
的研究发现事实并非如此。Novilo等的研究表明，
CBF2是作为CBF1和CBF3的阻遏调节子来行使
功能的，从而调节CBF在不同环境条件和植物发
育时期中的表达模式。常温条件下，CBF2的表达
水平大约是CBF1和CBF3的5到8倍。而在低温
条件下，CBF1和 CBF3的积累效应先于 CBF2。
更重要的是在CBF2的功能缺失突变体中，无论在
常温条件下还是在低温胁迫下，CBF1和CBF3的
表达水平均比野生型对照高[23]。因此，CBF2在
CBF信号途径中通过对CBF1和CBF3的阻遏调节
来保证表达的瞬时性和可控性。CBF途径是一个
高能耗过程，虽然提升了植株在包括低温等逆境条
件下的存活率，但其产生的生长延滞及赤霉素合成
下降效应对植物的生长是不利的，所以它是作为一
种特殊条件下的应急反应存在的，在适宜的环境条
件下处于关闭或几乎关闭的状态。因而，CBF途
径的精确调节就显得十分重要而且必要。
1.4 影响CBF途径的一些重要蛋白和环境因子
ZAT12(Zinc-fingeractivatingtranscriptor)是
一个冷诱导相关的锌指蛋白转录因子[24]，通过与
CBF途径平行的表达模式调节一组下游基因的表
达，并对提高植物的低温抗性起作用。ZAT12至
少以两种方式与CBF途径互作：其一，两者有共
同的下游响应基因，4个基因的上行调节和3个基
因的下行调节是两者均可调控的，即出现信号途径
间的交叠；其二，ZAT12存在一个 EAR（ERF-
associatedamphiphilicrepression）类型的转录抑制
结构域，在组成性表达 ZAT12的植物中 CBF1-3
的表达水平被削弱，证明ZAT12途径对CBF途径
存在抑制作用[25]。
近年来生物科学工作者也克隆了一些影响
CBF表达的基因，如 Zhu等分离鉴定了 HOS9、
HOS10两个基因，它们在植物体内组成型表达，
是潜在的MYB转录因子。hos9和hos10突变体中
多个COR基因的表达量上升，而CBF的积累没有
明显变化。因此推测，HOS9和 HOS10可能是作
为 COR基因的负调控因子在非 CBF依赖途径或
CBF途径中的下游事件中起作用[26]。
Lee等[27]筛选出一个冷敏感突变体 los2（low
expressionofosmoticalyresponsivegene2），其
中CBF在冷诱导条件下的积累与野生型相比没有
明显变化，但其下游的COR积累比野生型显著降
低，从而导致植株低温抗性明显减弱。进一步研究
揭示，LOS2做为负调控子抑制 COR基因表达。
Lee等推断LOS2是一种双功能酶基因，通过双重
抑制机制正向调控COR冷诱导基因的表达。
Waren等分离得到了一系列低温敏感突变体
sfr（sensitivetofreezing），其中 sfr6与 los2突变
体具有相似之处，都是在CBF积累水平没有变化
的前提下，抑制了下游COR基因的积累[28]。所不
同的是los2突变体不是冷专一性的，在渗透胁迫
和ABA诱导条件下也参与下游功能基因的表达抑
制；而sfr6突变体则是冷专一性的[29]。
除了上述蛋白和基因外，光信号也参与 CBF
途径的表达调控，一定的光强对冷诱导过程的正常
进行是必须的。在冷诱导过程中，光信号以生物钟
的节律调控和光合作用的能量平衡两种方式参与相
关细胞信号途径。以黎明为光周期起始点（ZT0），
常温条件下CBF3的转录水平呈现周期性，其波峰
约在 ZT4，波谷在 ZT16,而 CBF3的下游响应基
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2007年生 物 物 理 学 报
因 COR6.6及 COR78的波峰在 ZT12，波谷在
ZT24，比 CBF3延滞了 8小时；而在冷诱导条件
下，CBF于15分钟开始积累，到2小时达到最大
值，其下游COR基因则于3到 4小时开始积累，
在数天甚至数周内维持较高水平。 由此，冷诱导
条件和自然光周期条件下CBF对COR的调控是不
同的，前者是特异条件下较迅速的一次性过程，后
者是日常条件下较缓慢的循环重复过程，CBF及
COR的积累时间和积累强度都有很大的差异[30]。
以上这些因子参与CBF途径调控的机制见图1。
2 CBF途径的进化保守性
拟南芥CBF途径广泛存在于各种植物中，包
括大麦、苜蓿、油菜等可冷驯化的植物以及水稻、
玉米、番茄、橡胶等热带起源的不可冷驯化的植
物。在其他物种中发现的CBF类似物不仅与拟南
芥CBF基因具有较高的氨基酸序列同源性，同时
在低温下的作用途径也很相似。这一发现说明
CBF信号传导不是拟南芥所特有的，该途径广泛
存在于各科属的植物中，甚至在与拟南芥亲缘关系
较远的热带植物巴西橡胶树中也克隆到CBF基因
的同源物，其编码区为 693bp,并包含一个 AP2
DNA结合域[31]。
对CBF途径保守性的研究首先是从与拟南芥
亲缘关系较近的物种展开的，如Gao等[32]利用酵母
单杂交技术从油菜（BrassiacampestrisL.）cDNA
文库中分离到一系列 CBF类似物，命名为
BnCBF5、BnCBF7、BnCBF17，这些类似物在低
温条件下提高了植株的低温抗性；高峰等[33]在小盐
芥（Thelungielasalsuginea）中克隆到了拟南芥
CBF1基因的类似物，命名为TsCBF1，其AP2结
构域的氨基酸序列与拟南芥的相似性高达90%以
上。
禾本科的粮食作物也是研究热点之一，如
Xue[34]在 大 麦 （Hordeum vulgare） 中 分 离 到
HvCBF2和HvCBF3，它们均具有AP2DNA结合
域，常温条件下即可检测到表达，而低温条件下表
达水平明显提升并激活冷诱导基因启动子驱动的报
告基因 ；Dubouzet等[35]在水稻（Oryzasativa）中
分离到 OsDREB1A、OsDREB1B和 OsDREB1C；
Shen[36]在小麦 （Triticum aestivum）中分离到
TaDREB1；吴关庭等[37]在高羊茅中克隆到CBF因
子的类似物。另外，在黑麦（Secalecereale）、玉
米（Zeamays）、高粱（Sorghum vulgarePers.）、
马铃薯（SolanumtuberosumL.）、长春花（Catha-
ranthusroseus）等多种粮食作物或观赏花卉中都分
离到了拟南芥CBF的类似物[38]。以上研究成果证
实，CBF途径作为一种高等植物中普遍存在的增
强逆境生存能力的信号传导通路，对植物的生长发
育起着极其重要的作用。
3 CBF途径在植物基因工程中的应用
对植物冷诱导相关细胞信号途径的研究不仅具
有重要的学术意义，同时也蕴涵着极大的经济价值
和社会效益。传统的育种筛选已不能满足农业对优
良种系的要求，利用转基因技术构建具有优良抗性
的粮食作物和经济作物（包括观赏花卉和市容绿化
草种）正方兴未艾，近年来所取得的一系列成功为
该领域的发展开辟了新的思路。CBF途径作为一
种高等植物中普遍存在的增强逆境生存能力的信号
传导通路，对植物的生长发育极其重要，也正因为
如此，研究者们正试图通过转基因技术获得组成型
或特异性表达CBF基因的转基因植物，以实现对
重要粮食作物和经济作物增产增收和扩大播种面积
的设想，而近年来一系列成功的报导证明了该思路
是可行且行之有效的。该领域的研究经历了以下两
个阶段：
冷信号
P
细胞膜
膜受体磷酸化
Ca2+瞬时积累
ZAT12常态ICE/ICE-like
活性ICE/ICE-like
HOS1转录后
修饰
CBF1 CBF2 CBF3
SFR6 LOS2
COR基因
HOS9/HOS10
CRT/DRE
低温抗性增强
下游响应基因
图1 拟南芥CBF途径与ZAT12途径的信号传导网络.
←：激活途径；| ：阻遏途径
104
第2期 拟南芥CBF/DREB途径的研究进展及其在植物基因工程中的应用
3.1 利用组成性启动子构建CBF转基因抗冻品系
最初的CBF转基因植物都是在组成性启动子
CaMV（cauliflowermosaicvirus）35S驱动下产生
的。Jaglo等[39]将CBF1与CaMV35S启动子融合构
建了表达载体，然后转化甘蓝油菜 （Brassica
napus）,其转基因植株的低温和干旱抗性升高；
Hsieh等[40,41]将CBF1与35S启动子融合后转化西红
柿（Lycopersiconesculentum），其转基因植株不仅
获得了较强的低温抗性，同时抗旱和抗氧化能力也
明显提高，并且这种抗性可以稳定遗传，其F1代
和 F2代转基因作物的抗寒性均比野生型高。另
外，拟南芥CBF1或CBF3在草莓（FragariaSpp）、
紫花苜蓿（Medicagosativa）、玉米、小麦、水稻、
大麦等物种中的异源组成性表达都使植株的低温及
干旱抗性不同程度地增强。
国内学者在该领域的研究也取得了令人瞩目的
进展，甄伟等[42]用CBF1基因转化油菜及烟草，以
电解质渗漏法检测抗寒性，结果显示转基因油菜的
抗寒性较未转基因油菜有明显提高，转基因烟草抗
寒性也有一定的提高。吴关庭等[43]将CBF1基因转
入改良水稻（OryzasativaL），增强了水稻的耐逆
性。在高盐与高渗胁迫下，转基因株系较非转化对
照具有显著或极显著的生长优势，经低温胁迫处理
后，转基因株系的叶片相对电导率显著或极显著低
于对照。这些研究结果表明，通过CBF的基因转
化与表达来获得低温抗性品系或其他抗逆性品系是
比较可行的实验策略。
不过，引人注意的是上述这些CBF组成性表
达转基因系在获得优良低温抗性的同时，普遍出现
不同程度的生长延滞（retardation）现象，其程度
与CBF转录因子的表达水平呈正相关，具体生理
现象包括叶柄缩短、叶片卷曲、叶色加深、开花延
迟、结荚数减少等等。同时还发现这种生长延滞可
以通过外加赤霉素（GA3）得到恢复，推测这种生
长延滞现象与赤霉素合成途径的阻断或不同程度的
抑制有关。
3.2 利用冷诱导特异性启动子构建CBF转基因抗
冻品系
为了克服组成性CBF转基因植物出现的生长
延滞现象，Kasuga等[44]比较研究了由 35S组成性
启动子和冷诱导基因RD29A（COR78）启动子驱
动的烟草CBF转基因植株的低温抗性和生长状况。
他们将两种不同类型的转基因植物及野生型植物培
养在完全培养基上，25℃条件下生长3周，然后将
这些植物转入1℃，生长10天后又转入25℃生长
2天，发现野生型对照的叶片均出现严重伤害，而
两个转基因株系都基本正常，表明两个转基因株系
比野生型都具有更强的低温抗冻性，但是由
RD29A（COR78）启动子驱动的CBF转基因植株
比CaMV35S启动子驱动的转基因植株所表现出来
的生长延滞要轻微得多。同时，他们还测量了衡量
细胞伤害程度的离子渗漏比（Ionleakage，%），
CaMV35S转基因组的渗漏比为(4.8±1.1)%，
RD29A组为(9.1±1.7)%，而野生型对照组为(22.5±
5.1)%。可以看出，RD29A组的细胞伤害略高于
CaMV35S组，但仍远远低于野生型对照。杨凤萍
等[45]利用冷诱导特异性启动子RD29B分别构建出
含有抗逆调节转录因子 CBF1基因的表达载体
pBACI22和pBAC127，将这些载体导入多年生黑
麦草（Loliumperenne）后获得了转基因植株。经
干旱处理或使用l5%PEG处理，转基因植株叶片
脯氨酸含量比未处理时显著提高，转基因植株提高
幅度明显高于非转基因植株。从而表明，利用冷诱
导特异性启动子（RD29B）来调控外源CBF1基因
的表达能显著改良黑麦草的抗旱能力。
人们对CBF转录因子进行转基因研究的根本
目的是为了获得具优良低温抗性，并且植株正常生
长的粮食及经济作物品种。虽然CaMV35S组获得
了优良的低温抗性，但同时又出现了严重的生长延
滞，而RD29A组在确保了优良低温抗性的同时最
大程度地减低了生长延滞现象，因而与前者相比具
有更广阔的应用前景。可以预见，未来的CBF转
基因研究必将更多地使用RD29A（COR78）冷诱
导特异性启动子。表1列举了近几年来通过植物基
因工程方法获得的转基因植物。目前，我们课题组
也在进行CBF转基因植物研究，试图获得抗逆性
强、尤其是抗冻性强的转基因经济作物和观赏花卉
植物。
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2007年生 物 物 理 学 报
表1 导入CBF相关基因获得的低温抗性植物
目的基因 来源物种 转入物种 获得的抗性 研究者（年限）
CBF1，CBF3
CBF1，CBF2，CBF3
CBF1
CBF1
CBF1
CBF1
CBF3
CBF1
CBF1
CBF1
CBF1
ZmCBF
ZmCBF
OsDREB1A
SCOF-1
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
拟南芥
玉米
玉米
水稻
大豆
拟南芥
甘蓝油菜
油菜
水稻
水稻
黑麦
小麦
西红柿
草莓
烟草
烟草
玉米
拟南芥
拟南芥
拟南芥
低温，高盐，干旱
低温，干旱
低温
低温，高盐，干旱
低温，高盐
低温，干旱
低温，高盐，干旱
低温，干旱，氧化
低温
低温，干旱
低温
低温
低温，高盐，干旱
低温，高盐，干旱
低温，高盐，干旱
Jaglo等（1998）
Jaglo等（2002）
Zhen等（2000）
Oh等（2005）
Wu等（2006）
Yang等（2006）
Kim（2003）
Hsieh等（2001）
Owen等（2002）
Kasuga等（2004）
Zhen等（2000）
Chaiappeta（2002）
Qin等（2004）
Dubouzet等（2003）
Kim等（2001）
4 展 望
冷诱导涉及细胞一系列相应的生理生化变化。
首先，细胞膜上特异的低温信号受体感知外界环境
变化，再通过与第二信使IP3的作用使Ca2+出现瞬
时积累，从而将信号传递给以CBF途径为主效的
多条信号通路。在CBF途径中，上游正向调控因
子ICE通过转录后修饰与CBF基因启动子区域内
的 ICE盒结合，激活 CBF1、2、3的转录。CBF
作为反式作用因子与COR基因启动子内顺式作用
元件CRT作用，激活500多个COR基因，编码多
种与冷诱导相关的功能蛋白，最终赋予植物低温抗
性。
虽然近年来对植物冷诱导过程中精确的分子机
制以及植物细胞低温抗性机理的研究取得了长足的
进步，并用于转基因植物低温抗性品系的获得，但
尚有很多问题亟待解答，可以预见该领域在未来若
干年内仍将是学术热点之一。未来的研究主要将集
中在以下几个方面：
1)对细胞膜上特异冷信号受体进行鉴定分离，
理清包括Ca2+作为第二信使瞬时积累到ICE的转
录后修饰之间的上游事件；
2)研究光、水分、盐分信号，以及其他环境
信号在冷诱导过程中的作用模式，从而揭示信号间
交谈和交叠的分子机制；
3)对已知的和潜在的冷诱导信号途径的精确
机制进行研究。弄清每一个相关基因在信号传导中
的位置和作用，并通过途径间的交谈，绘制完整的
冷诱导信号传导网络，每个相关基因成为其中的一
个“节点”。
4)通过分子生物学技术构建具有优良农艺性
状和低温抗性的转基因品系，为因人口增加和耕地
减少以及环境恶化而引起的粮食问题提供可能的解
决办法，同时对畜牧业和园林业提供有益的帮助。
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2007年生 物 物 理 学 报
ThisworkwassupportedbygrantsfromTheNationalNaturalSciencesFoundationofChina（30370087） and“ChunHui
Project”（Z2004-1-62002）
Received:Feb12,2007
Correspondingauthor:WANGChong-ying,Tel：+86(931)8914155，Fax:+86(931)8912561,E-mail：wangcy@lzu.edu.cn
ADVANCESOFArabidopsisthalianaCBFPATHWAYANDITS
IMPLICATIONINPLANTGENEENGINEERING
WANGYang， HUZhe， WANGChong-ying
(CelResearchInstitute,LifeScienceSchool,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)
Abstract： Thespecialreceptorsonthecelularmembranesensethelow temperaturesignaland
activatephosphorelationcascadereactionsandCBFpathwaythroughproducingsecondmessengerswhen
temperaturedeclines,whichbuildasignalingnetworkinthewaysofcrosstalkandoverlaptogetherwith
otherpathways.Thisnetworkcontrolseventualyagreatdealofdownstream biologicalandphysiological
reactions.Thisreview isfocusedontherecentprogressesandtheevolutionalconservationoftheCBF
pathwayaswelasitsapplicationsintheplantgeneengineering,includingthemultipleregulation,
functionalmechanism ofCBFpathway;andgenerationofCBFtransgenictolerantfreezingplantsdriving
bybothconstitutivepromoterCaMV35SandcoldinducedpromoterRD29A.Meanwhile,thefuture
prospectiveinthisfieldisalsodiscussedhere.
KeyWords：CBF signalpathway；Geneengineering； Evolution conservation ofCBF genes；
Transgeneticfreezing-tolerantplant；Arabidopsisthaliana
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