2016.04.25bHLH转录因子介绍PPT课件

1、bHLH转录因子的介绍转录因子的介绍 盛阳阳 2016.04.25 目录 一、转录因子和bHLH转录因子的概念； 二、bHLH转录因子的结构； 三、bHLH转录因子的分类； 四、bHLH转录因子的生物学功能； 五、 问题及展望。 一、转录因子和bHLH的概念 1.1转录因子 RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质） 称为转录因子； 它的作用或是识别DNA的顺式作用位点，或是识 别其他因子，或是识别RNA聚合酶。 1.2 bHLH转录因子 bHlH转录因子是真核生物中存在的最广泛的一大 类转录因子，其通过特定的氨基酸残基与靶基因 相互作用，进而调节相关基因的表达； b是basic，H是hel

2、ix，L是loop。是一类转录因子 的结合域，为碱性，且有螺旋-环-螺旋结构; 二、bHLH转录因子的结构 bHLH转录因子，其结构域有60个氨基酸，包含两 个功能不同的区域-碱性区域、螺旋-环-螺旋 （HLH）区域（如上图所示）。 碱性区域位于bHLH结构域的N端与HLH基序相邻， 由15个氨基酸组成，其中包括6个共有氨基酸残 基，该区域主要与DNA结合有关； HLH区域位于bHLH结构域的C端，其中含有既亲 水又亲脂 再者，与动物相比，只有少数植物bHLH蛋白的功 能得到解析，且主要局限于水稻和拟南芥等模式 植物，所以目前各个家族还没有相应的名称。 四、bHLH转录因子的生物学功能 4.1

3、动物bHLH转录因子的主要功能 A组bHLH转录因子可与E-box（5-CAGCTG-3） 相结合，主要调控神经细胞、肌肉细胞生成以及 中胚层的形成； B组成员有SREBP(胆固醇调节元件结合蛋白)、 Max、Mlx和Usf等，SREBP主要调控固醇代谢、 脂肪细胞形成，Max参与细胞的增值与分化，Mlx 和Usf分别调控葡萄糖响应基因和端粒酶基因的表 达，它们均能与G-box（5-CACGTG-3）结合。 C组除bHLH基序外，其C端还有1个PAS结构域， 能和NACGTG或NGCGTG等不同于E-box的序列 结合，参与调控个体生理节律和毒物代谢，其成 员有Bmal、Amt、Sim； D组

4、由HLH组成，缺失碱性区域，能与其它bHLH 转录因子结合形成无活性的异源二聚体，从而阻 碍bHLH转录因子与DNA结合。 E组bHLH的碱性区域富含脯氨酸或甘氨酸，如 Hairy、Hey、deadpan和E（spl），它们可优先 与靶基因启动子中的CACGNA基序结合，Hey能 对动物神经细胞生成、器官发生以及体节形成等 起到调控作用，而E（spl）主要与胚胎分节和成 虫刚毛图式有关； F组由COE-bHLH蛋白组成，COE结构域在形成 二聚体和与DNA结合中发挥重要作用，主要参与 调控头部发育、嗅觉神经元生成和B细胞发育。 4.2植物bHLH转录因子的主要功能 4.2.1bHLH转录因子在

5、植物抗逆方面的研究 4.2.1.1在植物抗旱方面的研究 研究发现，Osb HLH148通过参与茉莉酸信号途 径对水稻的干旱耐受性起调节作用。用茉莉酸甲 酯( Me JA) 、脱落酸以及干旱、高盐、低温和机 械损伤等非生物胁迫处理水稻时，Osb HLH148 的转录水平迅速增加。 4.2.1.2在植物耐盐方面的研究 在拟南芥中过表达 Orb HLH2 能够增强转基因植 株的耐盐性及渗透胁 迫 抗 性，同 时 胁 迫 响 应 的 相 关 基 因 如DREB1A / CBF3、RD29A、 COR15A 和 KIN1 在转基因植株中也都上调表达， 但是该基因的过表达不能增强植株的耐冷性，说 明该基因

6、与 ICE1 的代谢途径不同。 4.2.1.3在植物耐冷方面的研究 在水稻幼苗中，Osb HLH1 基因能特异地被冷胁 迫诱导表达，而不受盐、PEG 和 ABA 的诱导。 该基因编码蛋白具有核定位信号和 DNA 结合域 b HLH-ZIP，同时该蛋白以 二 聚 体 形 式 来 行 使 功 能。研 究 表 明，Os-b HLH1 基因在冷信号传 导过程中起到转录调控的作用，该 基 因 不 依 赖 于 ABA。 4.2.1.4在植物铁缺乏胁迫方面的研究 b HLH转录因子 Os IRO2 具有转录激活活性，是 禾本科植物缺铁反应中的重要调节因子。Os IRO2 RNAi水稻植株中由于 Os IRO

7、2 表达量下降，麦根 酸合成减少，同时 2-脱氧麦根酸的分泌减少，造成 铁的吸收减少，从而使得植株中铁含量下降 、叶片发黄和生长受到抑制。在缺铁条件下， 未知的转录因子结合到 Os IRO2 启动子中的缺铁 响应顺式作用元件( IDE) ，调节 Os IRO2 表达。 4.2.1.5在其它胁迫性方面的研究 Ko 等在烟草中分离了一个基因 Ntb HLH，该基因 在淹水时诱导表达，在冷，高温和干旱胁迫条件 下表达量降低，同时赤霉素能够抑制该基因的表 达，ABA和乙烯对该基因的表达没用影响，另有 实验还证明该基因的表达受昼夜节律性的调节。 4.2.2bHLH转录因子在植物生长发育方面的研 究 LA

8、X( Os HLH164 ) 在植株顶端分生组织与新形成 的分生组织之间的边界区域表达，是控制水稻腋 芽 原 基 形成 的 主 要调 节 因 子。Kondou 等报道 RETARDED GROWTH OF EMBRY01( RGE1) 属于 b HLH 家族，RGE1 缺 失突变体在胚胎心形发育期后，胚胎发育缓慢， 但有正常的形态发生和形状。RGE1 缺失会导致 较小且褶皱的种子，但胚乳发育正常，证明 RGE1 转录因子参与种子的形成发育过程。 4.2.3bHLH转录因子在生物合成及信号转导中 的研究 b HLH 转录因子也广泛地参与生物合成和信号传 导 等 过 程。如 OSB1 ( Os H

9、LH013) 和 OSB2( Os HLH016) 调控花青素的生物合成，Os BP-5( Os HLH102) 调控水稻的 Wx 基因，TT8 在调控类黄酮生物合成过程中起调节作用，GL3 在三色分化中起作用，转录因子 ATR2 也参与到 色氨酸的生物合成中，IND 与植物激素赤霉素的 合 成 相 关。 4.2.3bHLH转录因子的负调控作用 b HLH 转录因子不仅具有正调控作用，还对一些 生理过程起负调控作用，以维持植物体内的生理 平衡。 在水稻和拟南芥中，功能对抗性( antagonis-tic) 的 HLH / b HLH 转录因子介导油菜素甾醇调控细 胞延长和植物发育。Ili-D

10、突变体过表达一种HLH 蛋白，此蛋白与拟南芥中的巴克素抗性因子 1( PRE1 ) 、人的 DNA 结合抑制子蛋白质同源。 ILI1 对叶片弯曲起正调控作用，ILI1 与 b HLH 蛋 白 IBH1 相互作用，共同调节水稻叶片发育。过 表达 IBH1 引起水稻叶片直立，拟南芥植株矮小。 五、 问题及展望 5.1问题 统计显示, 已研究的受 b HLH 转录因子调控的植 物活性成分主要为花青素, 其次是尼古丁, 而其 他产物甚少。这可能有两个原因: 花青素常与生 物体颜色密切相关, 利于研究; 活性成分生物合 成调控因素众多, 关系复杂, 不易研究。 非模式植物中 b HLH 转录因子研究多通过同源克 隆和导入