IIIb组乙烯响应因子34作为拟南芥ABA信号通路的正向调节因子

《Plant Science》：Group IIId Ethylene Responsive Factor 34 as a Positive Modulator of ABA Signal pathway in Arabidopsis

番茄CCT基动机蛋白基因家族研究鉴定7个SlCMF基因，SlCMF1与拟南芥FITNESS同源，其表达下调增强抗旱能力，为作物抗逆遗传改良提供新靶点。

　　在植物界中，植物通过复杂的调控机制来感知和响应环境压力，从而调整其生长与发育，以实现生存和繁殖的目标。本研究聚焦于茄科植物中的CCT MOTIF PROTEIN（CMF）基因家族，特别关注番茄（Solanum lycopersicum）中的相关基因。通过全基因组层面的分析，我们对CMF基因成员的基因结构、染色体定位、表达模式等进行了深入探讨，以期更全面地理解其在植物响应非生物胁迫中的作用。

在番茄中，我们鉴定出七种CMF基因，其中SlCMF1与拟南芥中的FITNES基因最为相似。FITNESS基因已经被研究小组充分表征，其在细胞氧化还原稳态、生殖成功率和防御反应中发挥重要作用。为了探究SlCMF1的潜在功能，我们采用人工微小RNA（amiRNA）技术降低其在番茄Micro-Tom植株中的表达水平。转基因植株在干旱胁迫下的耐受性明显优于对照组，这一现象通过生理和生化参数得到了验证。这些发现强调了CMF基因家族在调控植物对非生物胁迫反应中的关键作用，尤其是在番茄中，SlCMF基因表现出显著的干旱胁迫耐受性。

本研究不仅加深了我们对番茄中干旱胁迫耐受性分子机制的理解，还为通过精准的基因操作开发具有抗逆性的作物品种提供了理论基础。此外，该研究也为进一步探索CMF基因在植物生长发育及胁迫反应中的功能提供了新的视角。

在植物的适应性中，生长周期的调控是至关重要的一环。CCT基因家族中的成员在调控开花时间、昼夜节律以及植物对环境压力的反应中发挥着重要作用。CCT结构域是一种高度保守的43个氨基酸的核心模块，位于蛋白质的C端，参与核定位，并可能在蛋白质-蛋白质相互作用中起作用。根据结构域的组成，CCT蛋白可以分为三个主要亚组：CMF（CCT结构域因子）组仅含有单个CCT结构域，CO-like组除了CCT结构域外，还包含一个或两个B-Box结构域，这些结构域编码一类锌指转录因子；PRR（假响应调节因子）组则在蛋白质的N端含有响应调节结构域，与响应调节因子中的受体样结构域（RLD）相似，但缺乏在该类蛋白中普遍存在的磷酸受体天冬氨酸残基。

CO基因是CCT家族中最早被鉴定的基因之一，在拟南芥中，它编码的蛋白质参与调控开花时间和昼夜节律。随后，研究发现其同源基因在水稻中的Hd1以及在高粱中的SBHD等基因也调控开花时间和籽粒产量。这些发现表明，CCT基因家族在植物生长和发育过程中具有重要的调控作用，并且其功能可能在不同物种间具有一定的保守性。

尽管CCT基因家族在多个植物物种中已有较多研究，但在茄科植物中，特别是番茄中的CMF基因研究仍相对有限。因此，本研究对番茄中的CMF基因家族进行了系统性的表征，包括基因结构、蛋白质结构、mRNA表达模式以及调控序列。研究结果显示，番茄中存在七种潜在的SlCMF基因。其中，SlCMF1、SlCMF2和SlCMF3的表达水平高于其他成员，且除了SlCMF4和SlCMF6外，其他成员均表现出对胁迫的响应性。值得注意的是，SlCMF1是与FITNESS基因最为接近的同源基因，而FITNESS基因已被本研究小组充分表征。这两个基因在正常条件下主要在叶片中表达，但在非生物胁迫下其表达会被抑制。在拟南芥中，FITNESS基因的表达抑制有助于增强对氧化胁迫的耐受性，而在番茄中，SlCMF1表达水平的降低则有助于提高干旱胁迫的耐受性。这种功能上的相似性可能源于进化过程中的保守性，并进一步表明它们可能依赖于部分保守的调控通路来控制胁迫反应。

通过全基因组层面的分析，我们发现番茄中存在三十种可能含有CCT结构域的蛋白质。其中，七种是含有CMF结构域的基因。这些基因的结构和表达模式表明，它们在植物生长和发育过程中可能承担不同的功能。例如，SlCMF1的表达在干旱胁迫下显著降低，而在正常条件下则较高，这表明它在植物对干旱胁迫的响应中可能具有重要作用。我们通过构建amiRNA来靶向SlCMF1基因，成功降低了其在番茄中的表达水平，并观察到转基因植株在干旱胁迫下的耐受性明显提高。这一现象不仅证实了SlCMF1在干旱胁迫反应中的功能，还表明通过调控CMF基因可能为提高作物抗逆性提供新的策略。

此外，研究还发现，番茄中的某些CMF基因可能与植物的其他生理过程相关。例如，SlCMF1、SlCMF2和SlCMF3在正常条件下主要在叶片中表达，但在胁迫条件下其表达水平显著降低或发生改变。这表明这些基因可能在植物的生理适应中发挥关键作用。在拟南芥中，FITNESS基因的表达在干旱胁迫下会受到抑制，从而提高植物对氧化胁迫的耐受性。这种机制在番茄中是否也存在，是我们研究的一个重点。通过降低SlCMF1的表达，我们发现转基因植株在干旱胁迫下的耐受性显著提高，这表明SlCMF1可能在植物对干旱胁迫的响应中起着类似FITNESS的作用。

为了进一步验证SlCMF1的功能，我们对番茄中的CMF基因家族进行了系统性的表征，包括基因结构、蛋白质结构、mRNA表达模式以及调控序列。研究结果显示，SlCMF1的表达在干旱胁迫下显著降低，而在正常条件下则较高。这种表达模式与FITNESS基因在拟南芥中的表达模式相似，表明它们可能在进化过程中具有一定的保守性。此外，我们还发现，SlCMF1的表达受到多种调控因子的影响，这表明它在植物对胁迫的响应中可能依赖于复杂的调控网络。

在植物的生长和发育过程中，CCT基因家族的成员可能通过不同的方式参与调控。例如，某些基因可能在调控开花时间方面起作用，而另一些则可能在调控植物对非生物胁迫的反应方面起作用。这些基因的表达模式可能受到环境因素的影响，如光周期、温度、水分等。在番茄中，我们发现某些CMF基因的表达模式与光周期密切相关，这表明它们可能在植物的光周期调控中发挥重要作用。此外，这些基因的表达可能受到植物体内其他信号通路的影响，如激素信号、胁迫信号等。

为了进一步理解这些基因的功能，我们对番茄中的CMF基因家族进行了系统性的分析。研究结果显示，这些基因在植物的生长和发育过程中可能承担不同的角色。例如，某些基因可能在调控植物的形态建成方面起作用，而另一些则可能在调控植物的生理反应方面起作用。此外，这些基因的表达可能受到多种环境因素的影响，如干旱、盐碱、低温等。这些发现不仅加深了我们对CMF基因在植物生长和发育中的作用的理解，还为进一步研究这些基因的功能提供了新的线索。

在植物的适应性研究中，CCT基因家族的成员被认为是调控植物对环境胁迫反应的重要因子。通过降低SlCMF1的表达，我们发现转基因植株在干旱胁迫下的耐受性显著提高，这表明SlCMF1可能在植物的干旱胁迫响应中起着关键作用。此外，我们还发现，SlCMF1的表达可能受到多种调控因子的影响，如植物激素、光信号、温度信号等。这些调控因子可能通过不同的途径影响SlCMF1的表达，从而调控植物对干旱胁迫的反应。

本研究的结果表明，SlCMF1在番茄中的表达模式与FITNESS基因在拟南芥中的表达模式相似，这可能意味着它们在进化过程中具有一定的保守性。此外，我们还发现，SlCMF1的表达可能受到多种环境因素的影响，如光周期、温度、水分等。这些发现不仅加深了我们对SlCMF1功能的理解，还为进一步研究CMF基因家族在植物适应性中的作用提供了新的视角。

在植物的生长和发育过程中，CCT基因家族的成员可能通过不同的方式参与调控。例如，某些基因可能在调控植物的形态建成方面起作用，而另一些则可能在调控植物的生理反应方面起作用。此外，这些基因的表达可能受到多种环境因素的影响，如干旱、盐碱、低温等。这些发现不仅加深了我们对CMF基因在植物生长和发育中的作用的理解，还为进一步研究这些基因的功能提供了新的线索。

本研究的结果表明，通过降低SlCMF1的表达，可以提高番茄植株对干旱胁迫的耐受性。这一现象不仅验证了SlCMF1在干旱胁迫反应中的功能，还表明通过调控CMF基因可能为提高作物抗逆性提供新的策略。此外，我们还发现，SlCMF1的表达可能受到多种调控因子的影响，如植物激素、光信号、温度信号等。这些调控因子可能通过不同的途径影响SlCMF1的表达，从而调控植物对干旱胁迫的反应。

在植物的适应性研究中，CCT基因家族的成员被认为是调控植物对环境胁迫反应的重要因子。通过降低SlCMF1的表达，我们发现转基因植株在干旱胁迫下的耐受性显著提高，这表明SlCMF1可能在植物的干旱胁迫响应中起着关键作用。此外，我们还发现，SlCMF1的表达可能受到多种环境因素的影响，如光周期、温度、水分等。这些发现不仅加深了我们对SlCMF1功能的理解，还为进一步研究CMF基因家族在植物适应性中的作用提供了新的视角。

综上所述，本研究对番茄中的CMF基因家族进行了系统性的表征，揭示了其在植物响应非生物胁迫中的重要作用。通过降低SlCMF1的表达，我们发现转基因植株在干旱胁迫下的耐受性显著提高，这表明SlCMF1可能在植物的干旱胁迫响应中起着关键作用。这些发现不仅加深了我们对CMF基因家族在植物生长和发育中的作用的理解，还为进一步研究这些基因的功能提供了新的线索。此外，本研究的结果还表明，通过调控CMF基因可能为提高作物抗逆性提供新的策略，这为未来作物育种和基因工程研究提供了重要的理论支持。