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苜蓿属植物转录因子研究进展



全 文 :收稿日期:2013-03-19;修回日期:2013-10-28
基金项目:内蒙古自然科学基金重大项目(2011ZD03);内蒙古
自治区高等学校科学研究项目(NJZY12003);内蒙古大学高层次引
进人才科研启动基金项目(115106);内蒙古大学“校级大学生创新创
业训练计划”项目(201314200)资助
作者简介:张立全(1978- ),男,内蒙古锡盟人,实验师,博士,研
究方向为植物分子生物学及基因工程,E-mail:zhangliquan430@so-
hu.com.
文章编号:1673-5021(2014)02-0108-09
苜蓿属植物转录因子研究进展
张立全,李 慧,张凤英,哈斯阿古拉
(内蒙古大学生命科学学院/内蒙古自治区牧草与特色作物生物技术重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010021)
摘要:苜蓿是世界上最重要的豆科作物之一,综述了苜蓿属植物转录因子研究的主要进展,并对其研究和应用
前景进行了展望。
关键词:苜蓿;转录因子;研究进展
中图分类号:Q943.2;S541   文献标识码:A
  为了应答各种发育信号和环境变化,植物进化
获得了通过一系列信号传导激活相应转录因子的精
细表达调控机制,从而启动相应功能基因的表达,来
调节生长发育过程以及免疫防御应答,同时应答和
适应环境(如低温、干旱、高盐等)变化胁迫[1]。转录
因子是一种DNA结合蛋白,与靶基因的顺式元件
相互作用,从而调控靶基因的表达,在植物生长发
育、果实成熟、衰老、应答和适应各种胁迫以及免疫
预防中起着重要作用[1~3],因此植物转录因子的研
究已成为植物分子生物学领域的热点。目前,研究
报道较多的转录因子家族有:AP2/ERF(Apetala2/
ethylene response factors)、bZIP/HD-ZIP (Basic
leucine zipper/HomeoDomain-leucine zipper)、
MYC/MYB(MYeloCytomatosis/MYeloBlastosis)、
WRKY 以及 NAC(NAM:No Apical Meristem;
ATAF1-2:Arabidopsis transcription activation fac-
tor;CUC2:Cup-shaped cotyledon)家族。
全世界豆科苜蓿属植物有60多种,我国主要分
布在黄河流域以及新疆和东北等地,多数为野生植
物,栽培最多的是多年生紫花苜蓿(Medicago sati-
va),其次是黄花苜蓿(Medicago falcata)和杂花苜
蓿(Medicago varia Mattyn)。紫花苜蓿属优质豆
科牧草[4],具有产草量高、富含蛋白质、生物固氮能
力强和适应性广的特性,已被列为栽培牧草中优良
草种的典型代表,素有“牧草之王”和“饲料皇后”的
美称[5],而作为豆科苜蓿属模式植物的是截形苜蓿,
又称蒺藜苜蓿[6~7],有关蒺藜苜蓿转录因子的研究
已有许多报道[8],本文就苜蓿属植物转录因子的主
要研究进行综述和展望。
1 苜蓿转录因子概述
Plant TFDB 2.0数据库将53319个转录因子
基因划分为58个家族[9],而且转录因子是多功能基
因家族成员[10]。目前已被研究认知的牧草转录因
子约1%[2],在Legume TFDB上可查找到61个家
族中的1467个蒺藜苜蓿转录因子[8,11],在 MtGEA
(Medicago truncatula gene expression atlas)上可
查找到1478个蒺藜苜蓿转录因子[12]。Kakar等[13]
通过INTERPRO[InterPro:Database of protein
families,domains and sites(http://www.ebi.ac.
uk/interpro)]分析了国际苜蓿基因组注释组(In-
ternational Medicago Genome Annotation Group,
IMGAG)中40000个蛋白的DNA结合域,并将这
些DNA结合域序列利用 WU-BLASTX[WU-
BLAST:Washington University BLAST Archives
(http://blast.wustl.edu)]分析,获得了1045个转
录因子基因。
Li等[14]利用 Affymetrix Medicago GeneChip
分析了盐胁迫蒺藜苜蓿根部基因的表达情况,建立
了根部基因表达谱数据库 MtED(http://bioinfor-
matics.cau.edu.cn/MtED)。Zahaf等[15]比较分析
了蒺藜苜蓿Jemalong A17和TN1.11根部对盐胁
迫适应的转录组,发现64个转录因子基因在这两个
基因型品种中参与应答盐胁迫,其中 MtbHLH-
658以及MtbZIP-102和MtbZIP-627在这两个
基因型中存在不同的表达水平,且在A17根部超表
达MtbHLH-658可明显提高盐胁迫环境下根的
生长。Holmes等[16]发现,37个转录因子基因在蒺
—801—
第36卷 第2期
Vol.36 No.2
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2014年3月
Mar.2014
藜苜蓿根部分生组织中的表达被上调,而18个基因
在非分生组织中的表达被上调。Gruber等[17]分析
了参与蒺藜苜蓿根尖应答盐胁迫的84个转录因子,
发现NAC969和NAC1081是盐胁迫特异性应答转
录因子。Merchan等[18]分析了蒺藜苜蓿对盐胁迫
适应的SSH 文库(Suppression subtractive hybrid-
ization library),确认了328个适应盐胁迫和盐胁迫
后根恢复生长相关的转录因子基因。Benedito
等[19]分析了蒺藜苜蓿结节和种子发育时期的基因
表达谱,确认了1298个转录因子基因,其中1169个
被划分为45个转录因子家族,其余129个可能是新
的转录因子家族基因。Verdier等[20]分析参与蒺藜
苜蓿种子发育过程的721个转录因子,其中169个
在种子发育的不同阶段发挥作用。Naoumkina
等[21]分析了酵母激素(Yeast elicitor,YE)和茉莉
酮酸甲酯(Methyl jasmonate,MJ)胁迫蒺藜苜蓿悬
浮培养细胞转录因子基因的表达,其中5个家族
(AP2/EREBP、bHLH、MYB、NAC和 WRKY)基
因被明显上调,WRKY家族和 AP2/EREBP家族
基因被YE上调,bHLE家族基因被 MJ上调,表达
被明显下调的基因可归类为 4 个家族 (AP2/
EREBP、bHLH、HD和 MYB)。
Gao等[22]利用转录因子表达谱分析了蒺藜苜
蓿752 个转录因子基因抗 蚜 虫 的 特 性,AP2/
EREBP、bHLH、C2H2锌指和 WRKY等30个家族
的82个转录因子基因对蚜虫侵染敏感。进一步分
析表明,bHLH和 WRKY家族基因可能与抗性基
因介导的蚜虫抗性有关。Madrid等[23]分析了锈病
(Uromyces striatus)侵染蒺藜苜蓿后转录因子基因
的表达,发现107个转录因子基因的表达受锈病诱
导,其中属于ERF、WRKY、MYB等家族且与细胞
免疫防御相关的13个基因在锈病抗性和敏感性品
种中表达存在明显差异。Chen等[24]分析了紫花苜
蓿品种渝苜1号(M.sativa L.cv.Yumu No.1)
对铝胁迫的应答,发现C2H2锌指转录因子蛋白基
因GW316742和 MYB家族基因GW316748被铝胁
迫诱导上调表达。紫花苜蓿基因型252和1283型
茎部细胞壁纤维素和木质素含量不同,Yang等[25]
分析了252型和1283型紫花苜蓿茎部转录谱,发现
115个转录因子基因在二者茎部节间的表达不同,
其主 要 归 属 于 bHLH、b-ZIP、AP2/EREBP、
WRKY、NAC及锌指蛋白家族。
2 苜蓿转录因子家族基因
2.1 AP2/ERF家族转录因子
AP2/ERF类转录因子通常被分为 AP2、ERF
和RAV(Related to ABI3/VP1)家族[26],AP2家族
基因含有2个AP2结构域,ERF家族基因含有1个
AP2结构域,并依据结构域氨基酸序列的同源性分
为CBF/DREB[C-repeat(CRT)binding factors/
dehydration-responsive-element-binding)]亚
家族和ERF亚家族,RAV家族基因含有1个 AP2
结构域和1个B3结构域。
2.1.1 AP2亚家族转录因子
蒺藜苜蓿的MtWXP1是含有AP2结构域的转
录因子基因,MtWXP1在蒺藜苜蓿枝组织中表达且
其表达受冷、ABA 和干旱诱导,超表达 MtWXP1
紫花苜蓿的 WXP(Wax production)被激活,从而增
强叶表皮的蜡质含量,使其耐旱性明显增强[27]。
Kang等[28]通过SSH 分析了蒺藜苜蓿幼苗受盐胁
迫15d时的诱导表达基因,获得了AP2转录因子基
因Cab9。蒺藜苜蓿 AP2类转录因子 MtAp2参与
盐胁迫后根的恢复生长,但其表达受盐胁迫诱导较
冷胁迫诱导弱[18]。
2.1.2 ERF亚家族转录因子
蒺藜苜蓿的 MtERF1A(MtERF1-1)具有土
壤病原菌Rhizoctonia solani和根病原菌Phytoph-
thora medicaginis 的 抗 性[29],而 紫 花 苜 蓿
MtERF11的表达受盐胁迫和激素诱导,其可能参
与生长发育以及胁迫和激素应答[30],但 MsERF8
只具有应答和缓解盐胁迫引起的损伤的作用[31]。
连瑞丽等[32]克隆了蒺藜苜蓿 MtERF6基因(Gen-
Bank登录号 DQ344024),序列分析显示其属于
AP2/EREBP蛋白。陈婷婷等[33]分析了苜蓿乙烯应
答因子的系统进化,并以紫花苜蓿中苜1号为材料,探
究了5个紫花苜蓿乙烯应答因子基因 MsERF1、
MsERF2、MsERF6、MsERF7和MsERF9的表达特性,
结果表明5个基因在叶片中的表达量都明显高于其他
组织,而 MsERF2 的 表 达 不 受 ABA、NaCl和
PEG6000的诱导,但受 Al2(SO4)3 的诱导;除
MsERF2外,其他 4 个基因的表达均受 NaCl、
PEG6000 和 ABA 的 诱 导;生 长 素 只 能 诱 导
MsERF6的表达。蒺藜苜蓿 MtSERF1(Somatic
embryo related factor 1)属于ERF亚家族成员,其
主要在体细胞胚中表达且受乙烯诱导,RNAi敲除
—901—
张立全 李 慧 张凤英 哈斯阿古拉  苜蓿属植物转录因子研究进展
MtSERF1后,体细胞胚胎发生明显被抑制[34]。
EFD(Ethylene response factor required for
nodule differentiation)转录因子也属于ERF家族,
其他成员还有ERN1(ERF required for nodulation
1)、ERN2和ERN3。蒺藜苜蓿 MtERN 基因对于
共生菌的侵染是必需的[35],而MtEFD(最初命名为
MtC50408)的表达在结节分化过程中被上调,是功
能型固氮结节形成的必要调节因子[36]。
2.1.3 CBF/DREB家族转录因子
研究发现 MtCBF2和 MtCBF3在黄花苜蓿和
蒺藜苜蓿中的表达均受低温诱导,而MtCBF1在两
个种中均不受 低 温 诱 导[37],超 表 达 MtCBF3/
DREB1C的转基因蒺藜苜蓿的茎生长被抑制,但其
耐寒性增强[38],盐或干旱胁迫后MtDREB2A 在茎
部的表达明显被上调,且转 MtDREB2a基因蒺藜
苜蓿植株幼苗生长明显被抑制[39]。超表达应答盐、
干旱、冷和 ABA等非生物胁迫转录因子 MtCBF4
的转基因拟南芥和蒺藜苜蓿的耐盐和耐旱性增强,
且诱导了下游应答基因的表达[40]。Combier等[41]
发现蒺藜苜蓿CBF家族基因MtHAP2-1可能参
与结节代谢,是结节发育过程中的关键因子。而蒺
藜苜蓿CBF家族基因 MtC10582的表达在结节发
育过程中被上调[35]。
Niu等[42]克隆了黄花苜蓿 DREB 家族基因
MfDREB1(GenBank 登 录 号 AF654111)和
MfDREB1s(GenBank登录号EU233781),二者的
表达均受低温诱导。MsDREB1(GenBank登录号
EU233782)也属于含有 AP2/EREBP 结构域的
CBF/DREB类转录因子,其在紫花苜蓿基因组中以
2个拷贝存在[43]。杂花苜蓿耐干旱相关基因
DREB1(GenBank登录号 GU073286)也已被从新
牧1号中克隆并报道。
2.2 bZIP/HD-ZIP家族转录因子
植物bZIP家族基因参与形态发生、种子形成、
植株衰老以及盐、干旱、病菌等非生物和生物胁迫应
答的各种生理过程[44]。中苜1号紫花苜蓿bZIP家
族基因 MsZIP(GenBank登录号 HQ911778)与
MtZIP(GenBank登录号XM 003629432)的同源性
非常高,其表达受干旱、盐等胁迫的诱导且在叶片中
的表达具有组织特性[45~46]。蒺藜苜蓿bZIP家族基
因MtC30157在结节固氮区分化时的表达量被下
调[35]。
Ariel等[47]报道,盐胁迫可诱导蒺藜苜蓿 HD-
ZIP转录因子基因MtHB1在主根和侧根分生组织
中表达,且组成型表达 MtHB1可导致转基因蒺藜
苜蓿根部结构改变,而hb1突变植株的侧根生成增
多,进一步实验结果显示 MtHB1通过抑制激素诱
导的LOB(Lateral organ boundaries)结构域转录因
子基因MtLBD1(LOB-Binding domain1)的表达
来减少根表面,从而适应环境胁迫。而在盐胁迫时,
组成型表达 MtLBD1可改变转基因蒺藜苜蓿根部
的结构,说明MtLBD1可能控制根系在土壤环境中
的 最 终 结 构[48]。MtHB2 (GenBank 登 录 号
BT051548)的表达受低温、盐和干旱胁迫诱导且在
豆荚中表达量最高,在花中表达量最低。组成型表
达MtHB2的转基因拟南芥对干旱、盐和低温胁迫
的应答比野生型植株更加敏感,说明 MtHB2是一
个具有应答非生物胁迫负调控作用的新型 HD转
录因子[49]。Hu等[50]从植物生长调节剂噻苯隆
(TDZ)处理的紫花苜蓿(Medicago sativa L.cv.
Jinnan)愈伤组织中克隆获得了一个新型的 HD-
ZIP 转 录 因 子 基 因 MsHB1(GenBank 登 录 号
HM114227),研究结果表明 TDZ抑制紫花苜蓿愈
伤组织胚体生成的能力可能受 MsHB1表达的调
控。
2.3 bHLH家族转录因子
MtGEA中包含有100多个bHLH 基因[12]。
蒺藜苜蓿bHLH家族基因MtC91049和MtC10648
在结节发育晚期表达量被上调[35],而MtbHLH1基
因主要在根部和结节表达,且根瘤菌侵染诱导根部
瘤块生成时上调MtbHLH1基因的表达,其功能是
调控根与根瘤之间的维管结构和营养交换[51],而
MtbHLH476是细胞分裂素的靶基因,参与共生根
瘤的生成[52]。
2.4 MADS-box家族转录因子
MADS-box家族转录因子参与花的发育,含
有58个氨基酸的DNA结合域。MtPIM 是 MADS
-box家族成员,它在花中特异性表达[53]。Heard
等[54~55]克隆了2个参与结节发育的 MADS-box
基因nmh7和nmhc5,nmh7主要在结节的保卫细胞
中表达,其可能参与根瘤菌侵染的信号传递途径,而
nmhc5主要在根部表达,可能参与根部的生长。紫
花苜蓿NMH7定位在细胞核内且在花中的表达量
最高[56]。Zucchero等[57]克隆了另一个参与结节发
育的 MADS-box基因ngl9,其主要在结节的保卫
细胞表达,且NGL9和NMH7可形成异源二聚体。
—011—
中国草地学报 2014年 第36卷 第2期
De Michele等[58]发现 MADS-box转录因子
CX5395-97、TC110424、TC95842、TC104631在蒺
藜苜蓿叶片发育的最后阶段表达水平增强,可延缓
叶片衰老。Firnhaber等[59]发现 MADS-box基因
MtD22640在苜蓿花蕾中强表达,但在成熟花中的
活性减弱,说明 MADS-box蛋白是花发育早期的
调控因子。
2.5 C2H2锌指转录因子
紫花苜蓿C2H2锌指转录因子 Alfin1可与盐
诱导表达基因MsPRP2启动子结合,调节MsPRP2
的表达,超表达Alfin1的转基因紫花苜蓿的根生长
增强,且其耐盐性提高[60~61]。蒺藜苜蓿MtPALM1
(Palmate-like pentafoliata1,GenBank 登 录 号
HM038482)基因编码 C2H2锌指转录因子,其与
MsPALM(GenBank登录号 HM038483)的同源性
极高,调控着蒺藜苜蓿复叶的形态发 生 和 发
育[62~63]。Chao等[64]从紫花苜蓿cDNA文库中克
隆获得锌指蛋白基因MsZFN,其表达明显受 NaCl
的诱导。
Krüppel类 C2H2 锌指蛋白转录因子基因
MtC103-10在蒺藜苜蓿结节固氮区分化时期的表
达量被上调[35],而MtZPT2-1对于根部固氮区的
分化以及盐胁迫时结节生成和根发育是必需的[65],
表达反向MtZPT2-1基因的紫花苜蓿失去具有固
氮能力的结节,但恢复盐胁迫损伤的敏感性比未转
基因紫花苜蓿更强,因此MtZPT2-1基因可能会
被作为一个有效的分子标记,应用在紫花苜蓿的耐
盐性筛选中。而MtZPT2-1和MtZPT2-2在Je-
malong A17和盐敏感的108-R中对盐的应答的表达
不同,降低MtZPT2-1和MtZPT2-2的表达可明显
影响盐胁迫后根部的恢复生长,但在108-R中超表达
MtZPT2-1或MtZPT2-2,即使在盐胁迫下根系生长
亦明显增强[66],但是MtZPT2-1和MtZPT2-2的表
达还受冷诱导[18]。
2.6 NAC家族转录因子
NAC家族基因广泛存在于植物中,其共同特点
是在N端含有约150个氨基酸组成的高度保守的
NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区,在
应答胁迫和调控次生细胞壁合成等过程中起关键作
用[67~68]。蒺藜苜蓿编码 NAM 类蛋白基因 Mt-
NST1(NAC sencondary wal thinkening promoting
factor1,GenBank 登 录 号 GU144511)点 突 变
(T94K)体nst1-3突变系中,MtNST1的表达量异
常增高,NAC下游的 MYB转录因子负调控其启动
子的活性,表明具有次生细胞壁合成总开关作用的
NAC转录因子的表达受到自身的正调控和负调控
的[69~70]双重影响。
NAC转录因子具有参与蒺藜苜蓿适应非生物
胁迫和共生固氮结节衰老的双重作用[17,71]。Mt-
NAC969的表达被盐胁迫显著提高,超表达 Mt-
NAC969的植株表型为短小无侧根的根系,且在高
盐胁迫时仍维持正常生长,RNAi干涉 MtNAC969
可抑制侧根生成的发生,表明MtNAC969负调控盐
胁迫的适应。MtNAC969在共生固氮结节的表达受
氮处理诱导,但在结节对盐胁迫诱导表达模式和根部
相反,在结节中干涉MtNAC969的植株表现为结节提
前衰老,但 MtNAC969表达受叶衰老抑制[58]。Mt-
NAC1基因(GenBank登录号 HQ343415)的表达受根
瘤菌的诱导而不受激素的诱导,且在新生成的结节
中表达增强而在成熟结节中的表达下降,但超表达、
RNAi或nac1-1突变体对侧根数和结节生成的表
型没有影响,说明 MtNAC1不具有调节蒺藜苜蓿根
和结节发育的功能[72]。MtNAM 在营养生长的枝
芽和花序顶端表达,特别是在枝顶端分生组织以及
叶和花原基之间大量表达。功能分析表明MtNAM
属于CUC/NAM 家族基因,参与侧生组织的分离和
复叶的发育以及花组织的定向发育[73]。
2.7 MYB家族转录因子
MYB家族基因在植物中调控花青素的生物合
成,Peel等[74]通过分析蒺藜苜蓿基因组序列获得了
4个LAP(Legume anthocyanin production)基因
LAP1~4(GenBank登录号分别为:FJ199998、
FJ199996、FJ199999、FJ199997)。组 成 型 表 达
LAP1时,转基因紫花苜蓿、蒺藜苜蓿以及白三叶草
中积累了大量花青素,且在转基因紫花苜蓿叶片中
有260多个参与花青素合成的基因被上调表达,在
转基因蒺藜苜蓿中有70多个相关基因表达被上调。
MtPAR (Medicago truncatula proanthocyanidin
regulator)是蒺藜苜蓿原花青素(Proanthocyanidin,
PA)生物合成的关键调节因子。MtPAR主要在种
皮表达,表达MtPAR的转基因紫花苜蓿茎部明显
积累了PA,表明MtPAR具有作为生物技术靶基因
的潜在前景[75]。
2.8 WRKY家族转录因子
WRKY家族转录因子含有保守的 WRKYGQC
结构和类锌指结构,参与植物的次生细胞壁发育和
—111—
张立全 李 慧 张凤英 哈斯阿古拉  苜蓿属植物转录因子研究进展
免疫防御应答。江藤等[76]对蒺藜苜蓿全基因组
WRKY转录因子进行了分析,发现蒺藜苜蓿中含有
28个 WRKY基因。蒺藜苜蓿 MtSTP(Secondary
wal thickening in pith)在茎部节间表达,其可以调
节下游 NAC和CCCH(C3H)锌指蛋白,从而激活
次生细胞壁的合成[77],MtSTP 的表达水平在成熟
植株中增强,但不受激素或生物或(和)非生物胁迫
影响,而参与蒺藜苜蓿结节固氮区分化的 WRKY
家族 MtC1037-2的表达在固氮区分化时期被下
调[35]。
2.9 HSF转录因子
热击转录因子(Heat shock transcription fac-
tors,HSF)可调节热击基因的表达,Friedberg等[78]
首次克隆获得了紫花苜蓿 HSF 基因,命名为
MsHSFA4,其可以结合含有3个热击元件(Heat
shock element,HSE)的启动子,其表达受热和冷胁
迫的诱导。基因 MsHSF1a-2(GenBank登录号
CB858136)在紫花苜蓿结节中增强表达,其含有4
个外显子和至少1个PTC(Premature termination
codon),而MtHSF1g(GenBank登录号AC087771)
和MsHSF1(GenBank登录号DQ907239)的编码区
均由4个外显子和3个内含子构成,不同剪切表达
MsHSF1b(含有外显子1和4)的产物可在体外特
异性的结合热击元件[79]。
2.10 KNOX基因转录因子
KNOX(Knotted-like homeobox)基因对叶片
形状的多样性起关键作用,Di Giacomo等[80]分离了
6个蒺藜苜蓿 KNOX 基因 MtKNOX1~6(Gen-
Bank 登 录 号 分 别 为:EF128056、EF128057、
EF128058、EF128059、EF128060和EF128061),表
达分析显示MtKNOX1,2,6基因主要在叶原基形
成早期表达。Sorina和Oana-maria[81]从紫花苜蓿
中克隆了 MtKNOXs同源基因MsKNOX1 ~6,
MsKNOXs在根部的表达明显被下调,且KNOX2
和KNOX3在紫花苜蓿中的表达明显高于蒺藜苜
蓿,体外表达分析发现MtKNOXs在体外的表达被
降低[82]。
3 展望
目前有关牧草转录因子基因的研究已取得了较
丰硕的成果,但仍不足1%[2],新的转录因子的确认
和功能分析仍在不断的深入。苜蓿是重要豆科牧草
之一,因此有关苜蓿转录因子,尤其是应答逆境胁迫
和免疫防御相关转录因子的研究将仍是现代植物分
子生物学家们青睐的重点。由于豆科作物特有的固
氮作用,结节发育、侧根生成、根瘤菌共生以及固氮
相关的转录因子基因的研究将会在模式植物蒺藜苜
蓿中被更为深入地研究。
转录因子的研究是解释植物调控机制的重要靶
点,也是将植物的调控机制应用于农业的潜在工具。
虽然苜蓿转录因子的研究已取得了很大的进展,但
由于转录因子调控网络的复杂性以及转录因子的多
功能性,使得苜蓿转录因子的研究仍有许多待解决
的问题,同时仍有相当大部分新的转录因子有待确
认和发现。更好地了解苜蓿转录因子对苜蓿基因表
达、转录调控的机制,将转录因子作为靶点基因,通
过生物技术手段提高苜蓿对人类和动物的食用价
值,提高苜蓿作为经济作物和能源作物的利用价值
或改良其他农作物的特性,将更好的为人类发展提
供食用作物、经济作物和能源作物。
参考文献(References):
[1] Singh K B,Foley R C,Oate-Sánchez L.Transcription factors
in plant defense and stress responses[J].Current Opinion in
Plant Biology,2002,5:430-436.
[2] Udvardi M K,Kakar K,Wandrey M,et al.Legume tran-
scription factors:global regulators of plant development and
response to the environment[J].Plant Physiology,2007,
144(2):538-549.
[3] Nath P,Sane A P,Trivedi P K,et al.Role of transcription
factors in regulating ripening,senescence and organ abscission
in plants[J].Stewart Postharvest Review,2007,3(2):1-14.
[4] 赵雁,毕玉芬,车伟光,等.高温胁迫下紫花苜蓿品种胞质蛋白
质变化的比较[J].中国草地学报,2013,35(4):13-18.
Zhao Yan,Bi Yufen,Che Weiguang,et al.Comparison of cy-
toplasmic proteins variation in Medicago sativacultivars under
heat stress[J].Chinese Journal of Grassland,2013,35(4):
13-18.
[5] 张立全,张凤英,哈斯阿古拉.紫花苜蓿耐盐性研究进展[J].草
业学报,2012,21(6):269-305.
Zhang Liquan,Zhang Fengying,Hasi Agula.Research pro-
gress on alfalfa salt tolerance[J].Acta Prataculturae Sinica,
2012,21(6):269-305.
[6] AnéJ M,Zhu H Y,Frugoli J.Recent advances in Medicago
truncatula genomics[J].International Journal of Plant Ge-
nomics,2008,doi:10.1155/2008/256597.
[7] 熊军波,孙彦,孙杰,等.截形苜蓿蛋白质组学研究进展[J].中
国草地学报,2012,34(2):99-107.
Xiong Junbo,Sun Yan,Sun Jie,et al.Advances of proteomics
in Medicago truncatula [J].Chinese Journal of Grassland,
2012,34(2):99-107.
—211—
中国草地学报 2014年 第36卷 第2期
[8] Mochida K,Yoshida T,Sakurai T,et al.Legume TFDB:an
integrative database of Glycine max,Lotus japonicus and
Medicago truncatulatranscription factors[J].Bioinformatics,
2010,26:290-291.
[9] Zhang H,Jin J P,Tang L,et al.Plant TFDB 2.0:update
and improvement of the comprehensive plant transcription fac-
tor database[J].Nucleic Acids Research,2011,39:1114-
1117.
[10] Hu X J,Zhang Z B,Xu P,et al.Multifunctional genes:the
cross-talk among the regulation networks of abiotic stress re-
sponses[J].Biologia Plantarum,2010,54(2):213-223.
[11] Libault M,Joshi T,Benedito V A,et al.Legume transcrip-
tion factor genes:What makes Legumes so special?[J].
Plant Physiology,2009,151:991-1001.
[12] He J,Benedito V A,Wang M,et al.The Medicago truncat-
ula gene expression atlas web server[J].BMC Bioinformat-
ics,2009,10:441-449.
[13] Kakar K,Wandrey M,Czechowski T,et al.A community
resource for high-throughput quantitative RT-PCR analysis of
transcription factor gene expression in Medicago truncatula
[J].Plant Methods,2008,4:18-30.
[14] Li D F,Su Z,Dong J L,et al.An expression database for
roots of the model legume Medicago truncatula under salt
stress[J].BMC Genomics,2009,10:517-525.
[15] Zahaf O,Blanchet S,de Zelicourt A,et al.Comparative
transcriptomic analysis of salt adaptation in roots of contras-
ting Medicago truncatula genotypes[J].Molecular Plant,
2012,5:1068-1081.
[16] Holmes P,Goffard N,Weiler G F,et al.Transcriptional
profiling of Medicago truncatula meristematic root cels[J].
BMC Plant Biology,2008,8:21-33.
[17] Gruber V,Blanchet S,Diet A,et al.Identification of tran-
scription factors involved in root apex responses to salt stress
in Medicago truncatula[J].Molecular Genetics and Genom-
ics,2009,281:55-66.
[18] Merchan F,de Lorenzo L,Rizzo S G,et al.Identification of
regulatory pathways involved in the reacquisition of root
growth after salt stress in Medicago truncatula[J].Plant
Journal,2007,51:1-17.
[19] Benedito V A,Torres-Jerez I,Murray J D,et al.A gene ex-
pression atlas of the model legume Medicago truncatula[J].
Plant Journal,2008,55:504-513.
[20] Verdier J,Kakar K,Galardo K,et al.Gene expression pro-
filing of M.truncatulatranscription factors identifies putative
regulators of grain legume seed filing[J].Plant Molecular
Biology,2008,67:567-580.
[21] Naoumkina M A,He X Z,Dixon R A.Elicitor-induced tran-
scription factors for metabolic reprogramming of secondary
metabolism in Medicago truncatula[J].BMC Plant Biolo-
gy,2008,8:132-146.
[22] Gao L L,Kamphuis L G,Kakar K,et al.Identification of
potential early regulators of aphid resistance in Medicago
truncatula via transcription factor expression profiling[J].
New Phytologist,2010,186:980-994.
[23] Madrid E,Gil J,Rubiales D,et al.Transcription factor pro-
filing leading to the identification of putative transcription fac-
tors involved in the Medicago truncatula–Uromyces stria-
tus interaction[J].Theoretical and Applied Genetics,2010,
121:1311-1321.
[24] Chen Q,Zhang X D,Wang S S,et al.Transcriptional and
physiological changes of alfalfa in response to aluminium
stress[J].Journal of Agricultural Science,2011,149:737-
751.
[25] Yang S S,Xu W W,Tesfaye M,et al.Transcript profiling
of two alfalfa genotypes with contrasting cel wal composition
in stems using a cross-species platform:optimizing analysis
by masking biased probes[J].BMC Genomics,2010,11:323-
341.
[26] Licausi F,Ohme-Takagi M,Perata P.Apetala 2/ethylene
responsive factor(AP2/ERF)transcription factors:media-
tors of stress responses and developmental programs[J].
New Phytologist,2013,199(3):639-649.
[27] Zhang J Y,Broeckling C D,Blancaflor E B,et al.Overex-
pression of WXP1,aputative Medicago truncatula AP2do-
main-containing transcription factor gene,increases cuticular
wax accumulation and enhances drought tolerance in trans-
genic alfalfa(Medicago sativa)[J].Plant Journal,2005,
42:689-707.
[28] Kang J M ,Xie W W,Sun Y,et al.Identification of genes
induced by salt stress from Medicago truncatula L.seedlings
[J].African Journal of Biotechnology,2010,9(45):7589-
7594.
[29] Anderson J P,Lichtenzveig J,Gleason C,et al.The B-3
ethylene response factor MtERF1-1mediates resistance to a
subset of root pathogens in Medicago truncatula without ad-
versely affecting symbiosis with rhizobia[J].Plant Physiol-
ogy,2010,154:861-873.
[30] Chen T T,Yang Q C,Zhang X Q,et al.An alfalfa(Medi-
cago sativa L.)ethylene response factor gene,MsERF11,
enhances salt tolerance in transgenic Arabidopsis[J].Plant
Cell Reports,2012,31:1737-1746.
[31] Chen T T,Yang Q C,Gruber M,et al.Expression of an al-
falfa(Medicago sativa L.)ethylene response factor gene
MsERF8in tobacco plants enhances resistance to salinity[J].
Molecular Biology Reports,2012,39:6067-6075.
[32] 连瑞丽,李宇伟,赵德刚.蒺藜状苜蓿中 MtERF-6基因的克
隆及序列分析[J].草业科学,2006,23(9):82-87.
Lian Ruili,Li Yuwei,Zhao Degang.Cloning and sequence a-
nalysis of MtERF-6gene of Medicago truncatula[J].Prat-
acultural Science,2006,23(9):82-87.
[33] 陈婷婷,杨青川,张新全,等.苜蓿乙烯应答因子基因的表达特
性和生物信息学分析[J].草业学报,2012,21(6):166-174.
Chen Tingting,Yang Qingchuan,Zhang Xinquan,et al.
Bioinformatics and expression analysis of ethylene response
—311—
张立全 李 慧 张凤英 哈斯阿古拉  苜蓿属植物转录因子研究进展
factor genes in Medicago[J].Acta Prataculturae Sinica,
2012,21(6):166-174.
[34] Mantiri F R,Kurdyukov S,Lohar D P,et al.The transcrip-
tion factor MtSERF1of the ERF subfamily identified by tran-
scriptional profiling is required for somatic embryogenesis in-
duced by auxin plus cytokinin in Medicago truncatula[J].
Plant Physiology,2008,146:1622-1636.
[35] Cerri M R,Frances L,Laloum T,et al.Medicago truncatu-
la ERN transcription factors:Regulatory interplay with
NSP1/NSP2GRAS factors and expression dynamics through-
out Rhizobial infection[J].Plant Physiology,2012,160:
2155-2172.
[36] Vernie T,Moreau S,de Bily F,et al.EFD is an ERF tran-
scription factor involved in the control of nodule number and
differentiation in Medicago truncatula[J].Plant Cell,2008,
20:2696-2713.
[37] Pennycooke J C,Cheng H M,Stockinger E J.Comparative
genomic sequence and expression analyses of Medicago trun-
catula and alfalfa subspecies falcata cold-acclimation-specific
genes[J].Plant Physiology,2008,146:1242-1254.
[38] Chen J R,LüJ J,Liu R,et al.DREB1Cfrom Medicago
truncatula enhances freezing tolerance in transgenic M.trun-
catulaand China Rose(Rosa chinensis Jacq.)[J].Plant
Growth Regulation,2010,60:199-211.
[39] Chen J R,LüJ J,Wang T X,et al.Activation of a DRE-
binding transcription factor from Medicago truncatula by de-
leting a Ser/Thr-rich region[J].In Vitro Cell & Develop-
mental Biology-Plant,2009,45(1):1-11.
[40] Li D F,Zhang Y Q,Hu X N,et al.Transcriptional profiling
of Medicago truncatula under salt stress identified a novel
CBF transcription factor MtCBF4that plays an important
role in abiotic stress responses[J].BMC Plant Biology,
2011,11:109-126.
[41] Combier J P,Frugier F,de Bily F,et al.MtHAP2-1is a
key transcriptional regulator of symbiotic nodule development
regulated by microRNA169in Medicago truncatula[J].
Genes &Develoment,2006,20:3084-3088.
[42] Niu Y D,Hu T M,Zhou Y G,et al.Isolation and character-
ization of two Medicago falcata AP2/EREBP family tran-
scription factor cDNA,MfDREB1and MfDREB1s[J].
Plant Physiology and Biochemistry,2010,48:971-976.
[43] 牛一丁,哈斯阿古拉,张丽,等.紫花苜蓿逆境胁迫诱导相关转
录因子 MsDREB1基因克隆与分析[J].植物生理学通讯,
2008,44(3):454-458.
Niu Yiding,Hasi Agula,Zhang Li,et al.Cloning and analy-
sis of a new stress-inducible transcription factor MsDREB1
gene from alfalfa(Medicago sativa L.)[J].Plant Physiolo-
gy Communications,2008,44(3):454-458.
[44] Alves M S,Dadalto S P,Gonalves A B,et al.Plant bZIP
transcription factors responsive to pathogens:a review[J].
International Journal of Molecular Sciences,2013,14:
7815-7828.
[45] Li Y,Sun Y,Yang Q C,et al.Isolation and characterization
of a gene from Medicago sativa L.,encoding a bZIP tran-
scription factor[J].Molecular Biology Reports,2013,40:
1227-1239.
[46] 李燕,孙彦,康俊梅,等.紫花苜蓿MsZIP基因RNAi表达载
体的构建及苜蓿转化[J].中国草地学报,2012,34(4):8-14.
Li Yan,Sun Yan,Kang Junmei,et al.Construction of RNAi
expression vector of MsZIPgene from Medicago sativa L.
and genetic transformation in alfalfa[J].Chinese Journal of
Grassland,2012,34(4):8-14.
[47] Ariel F D,Diet A,Verdenaud M,et al.Environmental regu-
lation of lateral root emergence in Medicago truncatula re-
quires the HD-Zip I transcription factor HB1[J].Plant Cell,
2010,22:2171-2183.
[48] Ariel F D,Diet A,Crespi M,et al.The LOB-like transcrip-
tion factor MtLBD1controls Medicago truncatularoot archi-
tecture under salt stress[J].Plant Signaling & Behavior,
2010,5(12):1666-1668.
[49] Song S Y,Chen Y,Zhao M G,et al.A novel Medicago
truncatula HD-Zip gene,MtHB2,is involved in abiotic
stress responses[J].Environmental and Experimental Bota-
ny,2012,80:1-9.
[50] Hu X,Zhang C R,Xie H,et al.The expression of a new
HD-Zip II gene,MSHB1,involving the inhibitory effect of
thidiazuron on somatic embryogenic competence in alfalfa
(Medicago sativa L.cv.Jinnan)calus[J].Acta Physiolo-
giae Plantarum,2012,34:1067-1074.
[51] Godiard L,Lepage A,Moreau S,et al.MtbHLH1,a
bHLH transcription factor involved in Medicago truncatula
nodule vascular patterning and nodule to plant metabolic ex-
changes[J].New Phytologist,2011,191:391-404.
[52] Ariel F,Brault-Hernandez M,Laffont C,et al.Two direct
targets of cytokinin signaling regulate symbiotic nodulation in
Medicago truncatula[J].Plant Cell,2012,24:3838-3852.
[53] Benloch R,d’Erfurth I,Ferrandiz C,et al.Isolation of mt-
pimproves Tnt1auseful reverse genetics tool in Medicago
truncatula and uncovers new aspects of AP1-like functions in
legumes[J].Plant Physiology,2006,142:972-983.
[54] Heard J,Dunn K.Symbiotic induction of a MADS-box gene
during development of alfalfa root nodules[J].PNAS,1995,
92:5273-5277.
[55] Heard J,Caspi M,Dunn K.Evolutionary diversity of symbi-
oticaly induced nodule MADS box genes:Characterization of
nmhC5,a member of a novel subfamily[J].Molecular Plant-
Microbe Interactions,1997,10:665-676.
[56] 丁旺,杨青川,康俊梅,等.紫花苜蓿 MADS-box基因NMH7
的亚细胞定位与表达分析[J].中国草地学报,2011,33(5):
15-20.
Ding Wang,Yang Qingchuan,Kang Junmei,et al.Subcelu-
lar localization and expression of MADS-box gene NMH7in
alfalfa[J].Chinese Journal of Grassland,2011,33(5):15-
20.
—411—
中国草地学报 2014年 第36卷 第2期
[57] Zucchero J C,Caspi M,Dunn K.ngl9:a third MADS box
gene expressed in alfalfa root nodules[J].Molecular Plant-
Microbe Interactions,2001,14:1463-1467.
[58] De Michele R,Formentin E,Todesco M,et al.Transcrip-
tome analysis of Medicago truncatula leaf senescence:simi-
larities and differences in metabolic and transcriptional regula-
tions as compared with Arabidopsis,nodule senescence and
nitric oxide signaling[J].New Phytologist,2009,181:
563-575.
[59] Firnhaber C,Puhler A,Kuster H.EST sequencing and time
course microarray hybridizations identify more than 700
Medicagotruncatula genes with developmental expression
regulation in flowers and pods[J].Planta,2005,222:269-
283.
[60] Bastola D R,Pethe V V,Winicov I.Alfin1,a novel zinc-fin-
ger protein in alfalfa roots that binds to promoter elements in
the salt-inducible MsPRP2gene[J].Plant Molecular Biolo-
gy,1998,38:1123-1135.
[61]  Winicov I.Alfin1transcription factor overexpression en-
hances plant root growth under normal and saline conditions
and improves salt tolerance in alfalfa[J].Planta,2000,
210:416-422.
[62] Ge L F,Chen J H,Chen R J.Palmate-like pentafoliata1
encodes a novel Cys(2)His(2)zinc finger transcription factor
essential for compound leaf morphogenesis in Medicago trun-
catula[J].Plant Signaling & Behavior,2010,5(9):1134-
1137.
[63] Chen J H,Yu J B,Ge L F,et al.Control of dissected leaf
morphology by a Cys(2)His(2)zinc finger transcription fac-
tor in the model legume Medicago truncatula[J].PNAS,
2010,107:10754-10759.
[64] Chao Y H,Kang J M,Sun Y,et al.Molecular cloning and
characterization of a novel gene encoding zinc finger protein
from Medicago sativa L.[J].Molecular Biology Reports,
2009,36:2315-2321.
[65] Merchan F,Breda C,Hormaeche J,et al.A Krüppel-like
transcription factor gene is involved in salt stress responses in
Medicago spp.[J].Plant and Soil,2003,257:1-9.
[66] de Lorenzo L,Merchan F,Blanchet S,et al.Differential ex-
pression of the TFIIIA regulatory pathway in response to salt
stress between Medicago truncatula genotypes[J].Plant
Physiology,2007,145:1521-1532.
[67] Puranik S,Sahu P P,Srivastava P S,et al.NAC proteins:
regulation and role in stress tolerance[J].Trends in Plant
Science,2012,17(6):369-381.
[68] Shen H,Yin Y,Chen F,et al.A bioinformatic analysis of
NAC genes for plant cel wal development in relation to lig-
nocelulosic bioenergy production[J].Bioenergy Research,
2009,2:217-232.
[69] Zhao Q,Galego-Giraldo L,Wang H Z,et al.An NAC tran-
scription factor orchestrates multiple features of cel wal de-
velopment in Medicago truncatula[J].Plant Journal,2010,
63:100-114.
[70] Wang H Z,Zhao Q,Chen F,et al.NAC domain function
and transcriptional control of a secondary cel wal master
switch[J].Plant Journal,2011,68:1104-1114.
[71] Zelicourt A,Diet A,Marion J,et al.Dual involvement of a
Medicago truncatula NAC transcription factor in root abiotic
stress response and symbiotic nodule senescence[J].Plant
Journal,2012,70:220-230.
[72] D’Haeseleer K,Herder G D,Laffont C,et al.Transcrip-
tional and post-transcriptional regulation of a NAC1tran-
scription factor in Medicago truncatula roots[J].New Phy-
tologist,2011,191(3):647-661.
[73] Cheng X F,Peng J L,Ma J Y,et al.NO APICAL MERI-
STEM(MtNAM)regulates floral organ identity and lateral
organ separation in Medicago truncatula[J].New Phytolo-
gist,2012,195(1):71-84.
[74] Peel G J,Pang Y,Modolo L V,et al.The LAP1MYB tran-
scription factor orchestrates anthocyanidin biosynthesis and
glycosylation in Medicago[J].Plant Journal,2009,59:
136-149.
[75] Verdier J,Zhao J,Torres-Jereza I,et al.MtPAR MYB tran-
scription factor acts as an on switch for proanthocyanidin bio-
synthesis in Medicago truncatula[J].PNAS,2012,109(5):
1766-1771.
[76] 江腾,林勇祥,刘雪,等.苜蓿全基因组 WRKY转录因子基因
的分析[J].草业学报,2011,20(3):211-218.
Jiang Teng,Lin Yongxiang,Liu Xue,et al.Genome-wide a-
nalysis of the WRKY transcription factor family in Medicago
truncatula[J].Acta Prataculturae Sinica,2011,20(3):
211-218.
[77]  Wang H Z,Avci U,Nakashimaa J,et al.Mutation of
WRKY transcription factors initiates pith secondary wal
formation and increases stem biomass in dicotyledonous
plants[J].PNAS,2010,107(51):22338-22343.
[78] Friedberg J N,Bowley S R,McKersie B D,et al.Isolation
and characterization of class A4heat shock transcription fac-
tor from alfalfa[J].Plant Science,2006,171:332-344.
[79] He Z S,Xie R,Zou H S,et al.Structure and alternative
splicing of a heat shock transcription factor gene,MsHSF1,
in Medicago sativa[J].Biochemical and Biophysical Re-
search Communications,2007,364:1056-1061.
[80] Di Giacomo E,Sestili F,Ianneli M A,et al.Characteriza-
tion of KNOXgenes in Medicago truncatula L[J].Plant
Molecular Biology,2008,67:135-150.
[81] Sorina P,Oana-maria I.The six KNOX genes identification
on tetraploid Medicago sativa,based on the model plant re-
sources[J].Romanian Biotechnological Letters,2010,15
(2):32-40.
[82] Ioja-Boldura O M,Popescu S,Petolescu C,et al.The evaluation
of six KNOXgenes expression evaluated for in vitro grown tetra-
ploid Medicago sativa plants[J].Journal of Horticulture,For-
estry and Biotechnology,2011,15(1):222-226.
—511—
张立全 李 慧 张凤英 哈斯阿古拉  苜蓿属植物转录因子研究进展
Research Progress in Medicago Transcription Factors
ZHANG Li-quan,LI Hui,ZHANG Feng-ying,HASI Agula
(College of Life Sciences,Inner Mongolia University,Inner Mongolia Key Laboratory of
Herbage &Endemic Crop Biotechnology,Hohhot 010021,China)
Abstract:Medicagois one of important legume forages.In this article,the research progress in Medi-
cago-specific transcription factors was reviewed,and the further researches and application of Medicago
-specific transcription factors were discussed.
Key words:Medicago;Transcription factors;
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
Review
  (上接第104页)
Study of Alelopathy Effects of White Clover on the Germination and
Seedling’s Physiology of 4Kinds of Weeds
WU Rong1,2,CHEN Ya-jun1,YAN Yong-qing1,ZHANG Lu1,LIU Wei 1
(1.Horticulture College,Northeast Agricultural University,Harbin150030,China;
2.College of Life and Technology Science,Inner Mongolia Normal University,Hohhot 010020,China)
Abstract:The effects of the water aqueous extracts of white clover on germination and seedling’s
physiology of four plants were analyzed.The results showed that the water extracts of white clover had an
obvious alelopathy effect on four weeds.With the increase in the concentration of the aqueous extracts of
white clover plants,the inhibition on the germination,stem height,radicle length,fresh weight of plants
were increased.However,low concentration of white clover water extracts had an active promotion on
weeds.Further studies indicated that the white clover water extracts could change the intensity of respira-
tion and permeability of cel membranes and decreasing their chlorophyl content;and in some other inde-
xes,the extracts exhibited a promotion effect at low concentration and inhibition effect at high concentra-
tion on weeds.
Key words:White clover;Alelopathy;Weeds;Seedling growth
—611—
中国草地学报 2014年 第36卷 第2期