bHLH转录因子家族研究进展
HEREDITAS (Beijing)
2008年7月, 30(7): 821―830 ISSN 0253-9772 https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html,
综 述
收稿日期: 2007?12?04; 修回日期: 2008?02?15
基金项目:国家自然科学基金项目(编号: 30370773)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 30370773)]
作者简介:王勇(1965?), 男, 浙江人, 副研究员, 博士研究生, 研究方向: 昆虫生物信息学。E-mail: ywang@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html,
姚勤(1961?), 女, 安徽人, 研究员, 研究方向: 昆虫病毒分子生物学。E-mail: yaoqin@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, 王勇、姚勤同为第一作者。
通讯作者:陈克平(1962?), 男, 安徽人, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向: 昆虫分子生物学、昆虫生物信息学。E-mail: kpchen@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html,
DOI: 10.3724/SP.J.1005.2008.00821
bHLH 转录因子家族研究进展
王勇1, 陈克平2, 姚勤2
1 江苏大学食品与生物工程学院, 镇江 212013;
2 江苏大学生命科学研究院, 镇江 212013
摘要: bHLH 转录因子在真核生物生长发育调控中具有重要作用, 它们组成了转录因子的一个大家族。已经有20种生物基因组中bHLH 家族的成员得到鉴定, 其中动物17种、植物2种、酵母1种。动物bHLH 因其调控基因表达的功能不同而被分成45个家族; 此外, 根据它们所作用DNA 元件和自身结构特点又被分成6个组。A 组包含22个家族, 主要调控神经细胞生成、肌细胞生成和中胚层形成; B 组包含12个家族, 主要调控细胞增殖与分化、固醇代谢与脂肪细胞形成以及葡萄糖响应基因的表达; C 组包含7个家族, 主要负责调控中线与气管发育和昼夜节律、激活环境毒素响应基因的转录; D 组只有1个家族, 它与A 组bHLH 蛋白形成无活性的异源二聚体; E 组有2个家族, 调控胚胎分节、体节形成与器官发生等; F 组也只有1个家族, 调控头部发育、嗅觉神经元生成等。文章综述了bHLH 转录因子家族分类、起源、功能方面的研究进展情况。 关键词: bHLH; 转录因子; 家族
Progress of studies on bHLH transcription factor families
WANG Yong 1, CHEN Ke-Ping 2, YAO Qin 2
1 School of Food and Biological Engineering , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, China ;
2 Institute of Life Sciences , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, China
Abstract: bHLH transcription factors are important players in various developmental processes of eukaryotes. They consti-tute a large family of transcription factors. bHLH family members have been identified in genomes of 20 organisms inclu- ding 17 animals, two plants, and one yeast. Animal bHLHs are classified into 45 families based on their different functions in the regulation of gene expression. In addition, they are divided into 6 groups according to target DNA elements they bind and their own structural characteristics. Group A consists of 22 families. They mainly regulate neurogenesis, myogenesis and mesoderm formation. Group B consists of 12 families. They mainly regulate cell proliferation and differentiation, sterol metabolism and adipocyte formation, and expression of glucose-responsive genes. Group C has seven families. They are responsible for the regulation of midline and tracheal development, circadian rhythms, and for the activation of gene tran-scription in response to environmental toxins. Group D has only one family. It forms inactive heterodimers with group A bHLH proteins. Group E has two families, which regulate embryonic segmentation, somitogenesis and organogenesis etc. Group F also has one family. It regulates head development and formation of olfactory sensory neurons etc. This article presents a brief review on progress achieved in studies related to the classification, origination and functions of bHLH tran-scription factor families.
822 HEREDITAS (Beijing) 2008 第30卷
Keywords: bHLH; transcription factor; family
bHLH(basic Helix-Loop-Helix, 碱性螺旋-环-螺旋)转录因子构成了真核生物蛋白质中的一个大家族, 其成员在生物的生长发育调控过程中起着极为重要的作用, 它们参与调控神经元发生、肌细胞生成、血细胞生成、性别决定和肠组织发育等。bHLH 转录因子的名称来自其结构中的bHLH 基序。bHLH 基序约含60个氨基酸, 由一个能与DNA 结合的碱性区域(Basic region)和α螺旋1-环-α螺旋
2(Helix 1- Loop-Helix 2)组成, 其中环的长度在不同bHLH 蛋白中会有差异(图1)。
图1 bHLH 基序及其目标DNA 复合体[1, 2]
Fig. 1 A complex formed between bHLH motif and its target DNA [1, 2]
自从1989年第一个bHLH 蛋白结构被解析以 来[3], 迄今为止已经有1 000多条bHLH 序列在不同生物中得到鉴定[4]。
其中, 动物bHLH 因其所调控基因的功能不同而被分成了45个家族; 同时, 根据它们所作用DNA 元件和自身结构特点又被分成6个组。近年来, 有不少文章针对部分bHLH 转录因子家族蛋白结构与功能的研究进展做了介绍。例如, 国内作者就NeuroD 家族在决定视网膜细胞命运中的作用[5]、Atonal 家族在内耳发育中的作用[6]以及Ngn 家族与大脑皮质祖细胞分化的关系[7]等方面做了综述; 国外作者对MyoD 家族如何调控肌细胞生成[8]、SREBP 家族与脂肪合成的关系[9]、Hand 家族在心脏形态发生中的作用[10]、MITF 家族与黑色素细胞分化[11]、AHR 家族在对环境胁迫做出响应中的作用[12]以及HIF 家族在氧气供应不足时如何激活糖
酵解酶基因和造血因子基因的表达[13]等撰写了综述文章。相对而言, 对整个bHLH 转录因子大家族研究进展情况的综述很少[14~16], 而对于bHLH 转录因子家族成员的分类情况、已鉴定成员数目、各个家族所拥有成员的功能还没有较为全面的介绍。本文从上述几个方面综述bHLH 转录因子家族的研究进展。
1 bHLH 蛋白自然分类法的提出
自从1989年Murre 等[3]从小鼠中首次鉴定出bHLH 转录因子E12和E47以来, 越来越多的bHLH 转录因子在线虫、果蝇、小鼠和人类中得到了分离鉴定。最初鉴定出的bHLH 蛋白大多与CANNTG(E 框)这样的六核苷酸结合, 少数在bHLH 基序后还有一个亮氨酸拉链。直至1996年为止, 共获得了200多条bHLH 蛋白序列。由于当时还没有对bHLH 蛋白进行分类, 因此如何描述新鉴定bHLH 蛋白的功能变得较为困难。
1997年, Atchley 等[17]通过对242条bHLH 蛋白序列的系统发生分析提出了bHLH 蛋白的自然分类法, 它是“一种进化学方法, 建立在系统发生、序列
数据与功能信息基础上, 并对新信息有预见性”。该自然分类法首次将bHLH 转录因子按照功能不同分成了27个家族, 其中2个来自酵母、1个来自植物; 又根据它们所结合的DNA 序列不同而分成A 、B 、C 、D 4个组。其中A 组bHLH 蛋白与CAGCTG 结合; B 组与CGCGTG 结合; C 组是在系统发生过程中从B 组脱离出来而形成的一个独立组; D 组没有碱性区域, D 组蛋白与其他bHLH 蛋白形成二聚体从而阻碍bHLH 蛋白与DNA 结合。
2 bHLH 蛋白的预测基序
当越来越多bHLH 蛋白序列通过实验手段被分离鉴定以后, 1998年Atchley 等[18]开展了bHLH 蛋白预测基序方面的探索, 目的是弄清bHLH 基序的氨基酸组成有什么特点, 以便对未知蛋白是否属于bHLH 蛋白进行预测。通过对392种蛋白bHLH 基序氨基酸组成的统计分析, Atchley 等找出了其中有高度保守性的19个位点(表1), 以此为基础建立了bHLH 序列的预测基序。验证分析表明: 实际的
第7期王勇等: bHLH转录因子家族研究进展 823
bHLH蛋白序列在19个保守位点中有大于等于11
个位点的氨基酸与预测基序相符。据此, 将判别某
序列是否属于bHLH基序的标准初步定为“在19个
保守位点中有11个以上位点的氨基酸与预测基序
相符”。
表1 bHLH基序中19个保守位点的氨基酸频率
Table 1Amino acid frequency at the 19 conserved sites
within the bHLH motif
位点Position
区域
Region
氨基酸频率
Amino acid frequency(%)
1 碱性 Basic K (27), R (61)
2 碱性 Basic K (16), R (77)
9 碱性 Basic E (93)
10 碱性 Basic K (14), R (81)
12 碱性 Basic R (91)
16 螺旋1 Helix 1 I (35), L (33), V (23)
17 螺旋1 Helix 1 N (74)
20 螺旋1 Helix 1 F (72), I (9), L (14)
23 螺旋1 Helix 1 L (98)
24 螺旋1 Helix 1 K (35), R (44)
47 环 Loop K (58), R (24)
50 螺旋2 Helix 2 K (93)
53 螺旋2 Helix 2 I (74), T (15), V (7)
54 螺旋2 Helix 2 L (98)
57 螺旋2 Helix 2 A (76)
58 螺旋2 Helix 2 I (31), T (23), V (27)
60 螺旋2 Helix 2 Y (77)
61 螺旋2 Helix 2 I (69), L (16), V (8)
64 螺旋2 Helix 2 L (80), M (7)
3生物基因组中bHLH家族成员的鉴定与家族分类的拓展
2000年, Moore等[19]使用已知bHLH蛋白序列对果蝇基因组序列进行BLAST搜索, 经过检查搜索到的序列中19个保守位点的氨基酸组成, 按照上述判断标准首次用生物信息学方法鉴定出12条果蝇bHLH序列。之后Ledent等[20]对线虫、果蝇、小鼠的基因组序列进行了生物信息学分析, 得出线虫、果蝇和小鼠的bHLH家族成员数分别是35个、56个和90个。由于已经获得的bHLH蛋白序列数量有440多条, Ledent等对bHLH蛋白进行了重新分类, 将它们分成44个家族, 其中4个来自植物、2个来自酵母, 家族名称采用该家族中首次发现的成员名称或者是该家族最熟知成员的名称; 另外根据它们与DNA的结合情况及自身结构特点又将其分成A、B、C、D、E、F 6个组, 其中A、B、C、D 4个组的bHLH蛋白与DNA的结合特性与1997年Atchley 等[17]首次提出自然分类法时一致, 同时发现C组蛋白在bHLH基序之后还有PAS(Drosophila Period- human Arnt-Drosophila Single-minded)结构域; 新增的E组主要包括Hairy和E(spl)家族, 其成员优先与N框(CACGCG或CACGAG)结合, 并且在羧基末端还有“Orange”结构域和WRPW肽片段; 新增的F 组以含有COE结构域为特征, 该结构域在形成二聚体和与DNA结合中均发挥重要作用。
2002年, Ledent等[21]对线虫、河豚、果蝇、小鼠、人类基因组进行生物信息学分析, 从中分别鉴定出了39、84、58、102、125个bHLH家族成员。同时, 因为酵母与植物的bHLH蛋白序列在进化上与动物的bHLH蛋白序列关系并不密切, 因此单独对动物的bHLH成员进行了重新分类。分类结果是: 动物bHLH具有44个家族, 其中A、B、C、D、E、F组分别含有20、12、7、1、3、1个家族。
2007年, Simionato等[4]鉴定出了更多生物基因组中的bHLH家族成员, 同时对果蝇和人类bHLH 进行了核查, 得到的bHLH数目为: 海绵16个、星形海葵68个、水螅33个、人类118个、文昌鱼78个、紫海胆50个、果蝇59个、红粉甲虫50个、水蚤57个、帽贝63个、Capitella sp. I(一种环节动物)64个。此外, 在对所获得的bHLH序列进行系统发生分析的基础上, 从MyoR家族中派生出MyoRa、MyoRb和Delilah 3个家族, 而Hairy和E(spl)两个家族因为没有足够证据支持它们形成各自的单系群而被合并为一个家族H/E(spl)。因此, 最新分类结果是: 动物bHLH蛋白具有45个家族, 其中A、B、C、D、E、F组分别含有22、12、7、1、2、1个家族(表2)。
除了上述鉴定出的bHLH蛋白序列以外, Satou 等[22]报道了在玻璃海鞘基因组中鉴定出46个编码bHLH蛋白的基因, 王勇等[23]从家蚕、蜜蜂基因组中分别鉴定出52个和51个bHLH家族成员。这样, 基因组中编码bHLH蛋白的DNA序列得到鉴定的动物总共已有17种。
4bHLH转录因子的系统发生
在获得了一定数量bHLH蛋白序列以后, 人们很自然会提出的一个问题是: 这些序列是如何产生
824 HEREDITAS (Beijing) 2008 第30卷
的？关于bHLH 转录因子的系统发生, Atchley 等[17]认为, B 组最有可能是bHLH 蛋白序列的祖先, 认为从B 组出发演化产生A 和C 两组, 而D 组可能来源
于A 组。当时掌握的序列支持这一进化路线, 因为B 组bHLH 蛋白在动物、植物和酵母中均有, A 、C 和D 3组bHLH 蛋白仅在动物中存在。
表2 动物bHLH 转录因子家族分类及其主要功能
Table 2 Families and major functions of animal bHLH transcription factors
组别 Group
家族名称 Family
英文全名 Full name
主要功能 Major function (s)
首次报道 First report(s) A ASCa Achaete-Scute Complex a 神经细胞生成、神经元前体决定
Neurogenesis, determination of neuronal precursors 果蝇[24] Fruit fly ASCb Achaete-Scute Complex b
神经细胞生成、神经元前体决定
Neurogenesis, determination of neuronal precursors 线虫[21, 25] Nematode MyoD Myogenic Differentiation
肌细胞生成
Myogenesis
小鼠[26] Mouse E12/E47 E proteins
神经细胞生成、性别决定、肌细胞生成调控
Neurogenesis, sex determination, regulation of myogenesis 小鼠[3] Mouse Ngn Neurogenin
神经元决定早期控制
Control early stages of neuronal determination 蟾蜍[27] Xenopus NeuroD Neurogenic Differentiation
神经细胞生成
Differentiation factor for neurogenesis 蟾蜍[28] Xenopus Atonal ?
弦音器形成
Formation of chordotonal organs 果蝇[29] Fruit fly Mist ?
MyoD 活性的负调控
Negative regulation of MyoD activity 小鼠[30] Mouse Beta3 ?
NeuroD 和 MyoD 响应基因的负调控
Negative regulation of NeuroD and MyoD-responsive genes 仓鼠[31] Hamster Oligo
Oligodendrocyte transcrip-tion factor 少突胶质细胞谱系决定 Oligodendrocyte lineage determination
小鼠[32] Mouse Net ?
维持交错翅脉发育
Maintain intervein development 果蝇[33] Fruit fly Delilah ?
调控表皮细胞分化成肌肉
Differentiation of epidermal cells into muscle 果蝇[34] Fruit fly Mesp Mesoderm posterior
早期中胚层形成
Early mesoderm formation 小鼠[35] Mouse Twist ?
中胚层谱系的特化
Specification of mesoderm lineages 果蝇[36] Fruit fly Paraxis Paraxial mesoderm
轴旁中胚层模式化
Patterning of the paraxial mesoderm 小鼠[37] Mouse MyoRa Myogenic Repressor a
MyoD 作用的拮抗物
Antagonize the actions of MyoD 小鼠[38] Mouse MyoRb Myogenic Repressor b
MyoD 作用的拮抗物
Antagonize the actions of MyoD 人[4, 39] Human Hand ?
心脏形态发生
Heart morphogenesis 小鼠[40] Mouse PTFa
Pancreas Transcription
Factor a 决定胰腺细胞生成 Commit cells to a pancreatic fate
大鼠[41] Rat PTFb
Pancreas Transcription
Factor b 决定胰腺细胞生成 Commit cells to a pancreatic fate
人[21, 25] Human SCL
Stem Cell
Leukaemia gene 血细胞生成 Hematopoiesis
人[42] Human NSCL
Neurological
SCL gene 神经发育 Neurological development
小鼠[42] Mouse B SRC
Steroid Receptor
Coactivator 骨骼肌分化 Skeletal muscle differentiation 小鼠[43] Mouse Fig α
Factor in the germline α
卵泡形成、受精能力和早期发育
Follicle formation, fertility and early mouse development
小鼠[44] Mouse
第7期
王勇等: bHLH 转录因子家族研究进展 825
续表
组别 Group
家族名称 Family
英文全名 Full name
主要功能 Major function(s)
首次报道 First report(s) Myc Myc protooncogene
与Max 蛋白形成二聚体
Dimerize with Max protein 人[45] Human Mad Max dimerization protein
Myc 转录活性的拮抗物
Antagonize transcriptional activity of Myc 小鼠[46] Mouse Mnt ?
Myc 转录活性的拮抗物
Antagonize transcriptional activity of Myc 小鼠[47] Mouse Max
Myc associated
factor X 细胞增殖、分化，肿瘤发生 Cell proliferation, differentiation; oncogenesis
小鼠[48] Mouse USF
Upstream Stimulatory
Factor 调控端粒酶基因的表达 Regulate expression of telomerase
小鼠[49] Mouse MITF
Microphthalmia-associated
Transcription Factor 黑色素细胞分化 Melanocyte differentiation
小鼠[50] Mouse SREBP
Sterol-Responsive
Element-Binding Protein 固醇代谢、脂肪细胞决定 Sterol metabolism; adipocyte determination
人[51, 52] Human AP4
Activating enhancer
binding Protein 4 增强病毒和细胞基因的活性 Enhance viral and cellular gene activation
人[53] Human Mlx Max-like protein x
调控葡萄糖响应基因的表达
Regulate expression of glucose-responsive genes 人[54] Human TF4
Transcription Factor-like
protein 4 激活免疫球蛋白重链基因的转录 Activate transcription of immunoglobulin heavy chain gene
人[55] Human C Clock ?
调控昼夜节律
Regulate circadian rhythms 小鼠[56] Mouse Bmal
Brain-muscle-arnt-like-prot
ein 调控昼夜节律 Regulate circadian rhythms
人[57] Human AHR
Aryl Hydrocarbon
Receptor 激活二氧杂芑响应基因的转录 Activate gene transcription in response to dioxin
小鼠[58] Mouse ARNT
Aryl hydrocarbon Receptor
Nuclear Translocator 激活二氧杂芑响应基因的转录 Activate gene transcription in response to dioxin
小鼠[58] Mouse Sim Single-minded gene
调控中线发育
Regulate midline development 果蝇[59] Fruit fly Trh Trachealess
调控气管发育
Regulate tracheal development
果蝇[60] Fruit fly HIF Hypoxia-inducible factor
低氧细胞中促红细胞生成素基因的转录
Erythropoietin gene transcription in hypoxic cells 人[61] Human D Emc Extramacrochaete
与A 组bHLH 蛋白形成无活性异源二聚体
Form inactive heterodimers with group A bHLH proteins 果蝇[62] Fruit fly E Hey
Hairy/E(spl)-related with
YRPW motif 神经细胞生成、体节形成、器官发生 Neurogenesis, somitogenesis and organogenesis
小鼠[63] Mouse H/E(spl) Hairy and Enhancer of split
胚胎分节、成虫刚毛图式
Embryonic segmentation and adult bristle patterning 果蝇[64, 65] Fruit fly
F COE Collier / Olfactory-1 /
Early B-cell factor
头部发育 / 嗅觉神经元生成 / B 细胞发育
Head development / Olfactory sensory neurons /
B-cell development
果蝇/小鼠/人[66, 67] Fruit fly / Mouse / Human
2001年, Ledent 等[20]对bHLH 蛋白序列进行重新分类时发现, 动物和植物bHLH 系谱形成是独立进行的, 因为有36个bHLH 家族只在动物中找到了它们的成员, 而所有拟南芥bHLH 基因不属于其中任何一个家族。原口动物(Protostomes)和后口动物(Deuterostomes)在38个bHLH 家族都具有成员这一事实表明, 在寒武纪生物辐射(Cambrian radiation)之前就已经存在bHLH 基因。而2002年Ledent 等[21]对更多bHLH 序列所做的系统发生分析进一步证实了原口动物和后口动物的祖先已经具有bHLH 基因
的推测。
Simionato 等[4]对寒武纪之前bHLH 基因的进化情况进行了深入研究, 他们分别从海绵、刺胞动物、棘皮动物、环节动物、节肢动物、脊索动物中选取了代表生物, 从这些生物的基因组中鉴定出各自的bHLH 基因。系统发生分析发现: 后生动物与真菌之间没有共同的bHLH 直系同源家族, 说明这两个谱系是单独形成的; 因此, 认为真菌和后生动物的共同祖先原始后生鞭毛生物(Uropisthokonta)中至少已经有一个bHLH 基因了。这个bHLH 基因极有可能
826 HEREDITAS
(Beijing) 2008第30卷
属于B组, 因为所有真菌的bHLH都属于B组。之后, bHLH家族的第一次扩张发生在真菌与后生动物谱系发生分离之后和海绵从后生动物分离之前, 其结果是原始后生动物(Urmetazoa)中出现10~14个bHLH基因; 第二次扩张发生在海绵从其他动物分离之后、刺胞动物与二侧对称动物趋异之前, 其结果是在原始真后生动物中出现29~33个bHLH基因; 第三次扩张基本上只发生在A组bHLH中, 估计发生在刺胞动物与其他真后生动物趣异之后, 其结果是在原始扁形动物中出现44个bHLH基因。
5动物bHLH转录因子的主要功能
bHLH转录因子在调控生物生长发育中起着非常重要的作用, 动物bHLH转录因子各家族各有其主要的生物学功能, 而各家族不同成员在功能上也有一定的差异(表2)。例如, E12/E47家族的不同成员在神经细胞生成、性别决定、肌细胞生成调控方面都能发挥作用; COE家族的不同成员则分别在头部发育、嗅觉神经元生成、B细胞发育中起调控作用。另外, 各家族bHLH转录因子的作用机理也不尽相同, Massari等[14]根据bHLH转录因子发挥作用的方式不同将其作用机理分为4大类。第I类: bHLH蛋白与细胞特异性激活蛋白形成二聚体后直接激活p300/CBP蛋白的HAT(组氨酸乙酰转移酶)活性, 例如E12/E47家族; 第II类: bHLH蛋白通过形成同型二聚体后直接激活SAGA蛋白复合体的HAT活性、或间接激活p300/CBP蛋白的HAT活性, 例如MyoD、Beta3家族; 第Ⅲ类: 以Myc家族为代表, 它们与Max家族蛋白形成异型二聚体后激活SAGA蛋白复合体的HAT活性, 同时激活染色质重塑复合体Swi-Snf中的hSNF5组分; 第IV类: bHLH蛋白主要起阻遏作用, 例如Emc蛋白与A组bHLH蛋白结合从而防止它们与DNA结合; H/E(spl)家族蛋白二聚体结合到DNA上后召集辅阻遏蛋白Groucho来激活Rpd3蛋白的HDAC(组蛋白脱乙酰基酶)活性; Mad 蛋白与Max形成异型二聚体、结合到DNA上后召集Sin3-N-CoR-HDAC复合体而发挥阻遏作用。有关每种机理的详细作用方式, 文献[14]中有详尽的描述。
6植物bHLH转录因子家族
有关植物bHLH转录因子家族, 目前已知拟南芥和水稻基因组序列中分别有147个和167个bHLH 基因并且已被定位到了染色体上[68, 69]。其他植物因为基因组测序工作开展得较晚, 对基因组中的bHLH蛋白编码序列尚未见报道。以实验手段鉴定出的植物bHLH蛋白序列, 2003年总共是46条, 其中包括玉米6条, 矮牵牛、高粱和大豆各2条[70]。我们对GenBank中其他植物bHLH蛋白序列的搜索发现, 直至2007年11月10日为止, 又有23条bHLH 蛋白序列被从不同植物中鉴定出来, 其中玉米、矮牵牛、大豆分别新增1、5、3条, 花椰菜4条、胡椒3条、小麦和番茄各2条、大麦、油菜和甘蓝各1条。
对所有已知植物bHLH基因序列的系统发生分析表明, 它们均与动物bHLH的B组成员有共同的祖先。而由于植物与动物bHLH转录因子的系统发生是相互独立的, 因此植物bHLH转录因子的分类采用了与动物不同的方式, 其结构与功能也有差别。然而, 由于已知植物bHLH基因序列主要来源于拟南芥和水稻两种, 对植物bHLH蛋白功能的研究开展得也较少, 所以尚没有为各个家族命名相应的名称。最初, Buck和Atchley[70]将植物bHLH基因分为15个进化枝, 而Heim等[71]将拟南芥的133个基因分为12个主要组(Major groups); Toeldo-Oritz 等[69]则将拟南芥的147个bHLH基因分为21个家族。最近, Li等[72]将水稻的167个bHLH基因分为22个家族, 而将水稻与拟南芥的所有bHLH基因分成了25个家族; 并且发现87.4%的水稻基因在bHLH基序中有内含子, 其基因结构的演化情况支持内含子早现说[68]。
植物bHLH蛋白的功能只有少部分得到了解析, 例如已知PIF3、PIF4、HFR1在光敏色素信号传导中起作用, SPT和ALC与雌蕊发育有关, TT8在调控类黄酮生物合成中发挥作用, GL3在三色分化中起作用, AMS在花粉粒发育中起作用, AtMYC2与脱落酸诱导的基因表达有关, ATR2 在色氨酸合成中起作用, BEE1、BEE2、BEE3在油菜素类固醇信号传导中起作用, ICE1在寒冷与冰冻耐受性响应方面起作用。植物bHLH转录因子极有可能在一个很广的范围内参与了对植物生活史中所有生长和发育过程的调控作用[69]。
7展望
过去10多年的研究虽然在认识bHLH转录因子家族分类、起源与功能方面取得了可喜的进展, 但
第7期王勇等: bHLH转录因子家族研究进展 827
要全面认识bHLH转录因子家族还有许多工作要做, 包括:
(1) 植物bHLH转录因子家族的分类及其功能。根据结构与功能不同, 动物bHLH转录因子可以分为6个组45个家族, 而植物bHLH转录因子家族的分类还不确定, 相关研究基于对植物bHLH序列的系统发生分析人为将其分为12、15、21或25个组/家族[69~72]。已知植物bHLH转录因子的系谱发生是独立进行的, 植物bHLH蛋白的结构、功能与动物的也有明显差别, 但由于对植物bHLH蛋白的功能了解甚少, 目前还不能根据其功能情况对植物bHLH转录因子家族进行分类。这就需要对更多植物bHLH蛋白的结构与功能开展研究, 以便建立基于结构与功能的植物bHLH转录因子家族分类系统。
(2) 其他生物bHLH家族成员的鉴定。随着更多生物基因组测序工作的完成, 将会有更多生物的bHLH基因序列得到鉴定。得益于bHLH预测基序的提出[18]和tBlastn等搜索程序[73]的应用, 对那些基因组序列已知的生物而言, bHLH基因序列很快可以鉴定出来。这将大大增加已知bHLH基因序列的总体数量, 为了解不同生物bHLH基因的进化关系研究提供良好的素材, 也为进一步弄清整个bHLH大家族的进化历史提供更多的分析材料。其中, 近缘物种之间bHLH基因序列的比较研究能为我们提供物种演化历史的有关线索, 例如: 已有12个品系的果蝇基因组序列被测出, 对它们的bHLH基因进行系统发生分析有助于了解不同品系之间的进化关系。而关于bHLH超家族的起源与演化虽然已经有了比较深入的了解, 但正如Simionato等[4]指出的那样, 其演化历史中的一些节点还有待对诸如Monosiga brevicollis和Monosiga ovata两种领鞭虫类动物bHLH序列的分析来加以证实。
(3) bHLH基因结构的研究。bHLH基因是一类非常古老的基因, 所有真核生物都具有一定数量的bHLH基因, 这为研究基因结构进化历史提供了很好的材料。例如, 作者通过对不同动物中Emc基因结构的分析发现, 该基因序列中内含子的数目随着动物进化水平的提高而减少, 内含子长度也呈下降的趋势(数据未发表)。从这一点看, 动物bHLH基因结构的进化支持内含子早现说, 与植物bHLH中观察到的现象一致[68]。我们相信, 随着越来越多bHLH 基因结构得到解析, bHLH基因超家族在结构上的进化路线会变得越来越清晰, 人们对生物基因结构进化历史的认识也将因此而更为深入。
(4) bHLH蛋白功能的研究。动物bHLH基因超家族由45个家族组成, 虽然各家族的不同成员其功能存在较大的差异, 但对各家族成员的功能已经有了比较清楚的认识(表2)。有鉴于此, 未来关于bHLH蛋白功能的研究将更侧重于其作用机理, 以便弄清诸如bHLH蛋白如何与其它转录因子家族协同作用来调控基因的表达以及它们如何重塑染色质的结构、细胞表面受体如何调控bHLH基因的表达等问题。例如, Seo等(2006年)报导, Geminin蛋白可以通过与Swi/Snf复合体结合并召集HADC或其他辅阻遏蛋白而使控制神经元发生的bHLH蛋白不能发挥作用[74]。Fischer等[75]报导, Hey家族bHLH基因的表达受Notch信号传导途径的调控, Notch这一跨膜蛋白在与膜外配体结合后导致其膜内功能域的脱离, 该膜内功能域随后进入细胞核激活Hey基因的转录; 此外, H/E(spl)家族的bHLH蛋白能够以多种方式影响C组bHLH蛋白的作用。
参考文献(References):
[1] Ma PC, Rould MA, Weintraub H, Pabo CO. Crystal struc-
ture of MyoD bHLH domain-DNA complex: perspectives on DNA recognition and implications for transcriptional activation. Cell, 1994, 77(3): 451?459. [DOI]
[2] Weaver RF. Molecular Biology. McGraw-Hill,1999:
351?353.
[3] Murre C, McCaw PS, Baltimore D. A new DNA binding
and dimerizing motif in Immunoglobulin enhancer binding, Daugtherless, MyoD, and Myc proteins. Cell,1989, 56(5): 777?783. [DOI]
[4] Simionato E, Ledent V, Richards G, Thomas-Chollier M,
Kerner P, Coornaert D, Degnan BM, Vervoort M. Origin and diversification of the basic helix-loop-helix gene family in metazoans: insights from comparative genomics. BMC Evol Biol,2007, 7: 33. [DOI]
[5] ZHANG Kun, GAO Ling. Effect of basic helix-loop-helix
transcription factors on retinal cell fate decis ions. Inter-
national Journal of Ophthalmology, 2007, 7(3): 759?762.
张锟, 高玲. bHLH转录因子对视网膜细胞命运决定的
作用. 国际眼科杂志, 2007, 7(3): 759?762.
[6] HAN Chao, CHI Fang-Lu. Research development of
Math1 a member of bHLH family of transcription factors in inner ear. Fudan Univ J Med Sci, 2007, 34(4): 623?626.
韩朝, 迟放鲁. bHLH转录因子家族成员Math1及其在
内耳的研究进展. 复旦学报(医学版), 2007, 34(4): 623?626.
[7] SUN Hai-Ji, MA Xiao-Li. bHLH transcription factors and
828 HEREDITAS
(Beijing) 2008第30卷
the differentiation of cerebral cortical progenitor cells.
Foreign Medical Sciences - Section of Pathophysiology
and Clinical Medicine, 2004, 24(4): 337?340.
孙海基, 马晓丽. bHLH 转录因子与大脑皮质祖细胞分
化. 国外医学: 生理、病理科学与临床分册, 2004, 24(4):
337?340.
[8] Berkes CA, Tapscott SJ. MyoD and the transcriptional
control of myogenesis. Semin Cell Dev Biol, 2005, 16(4-5): 585?595. [DOI]
[9] Hitoshi S. Lipid synthetic transcription factor, SREBP.
Nippon Rinsho, 2005, 63(5): 897?907.
[10] Firulli AB, Conway SJ. Combinatorial transcriptional in-
teraction within the cardiac neural crest: a pair of HANDs
in heart formation. Birth Defects Res C Embryo Today,
2004, 72(2): 151?161. [DOI]
[11] Steingrímsson E, Copeland NG, Jenkins NA. Melanocytes
and the microphthalmia transcription factor network. Annu
Rev Genet, 2004, 38: 365?411. [DOI]
[12] Furness SG, Lees MJ, Whitelaw ML. The dioxin (aryl hy-
drocarbon) receptor as a model for adaptive responses of
bHLH/PAS transcription factors. FEBS Lett, 2007, 581(19): 3616?3625. [DOI]
[13] Doedens A, Johnson RS. Transgenic models to understand
hypoxia-inducible factor function. Methods Enzymol, 2007,
435: 87?105. [DOI]
[14] Massari ME, Murre C. Helix-loop-helix proteins: regula-
tors of transcription in eucaryotic organisms. Mol Cell
Biol,2000, 20(2): 429?440. [DOI]
[15] Jones S. An overview of the basic helix-loop-helix pro-
teins. Genome Biol,2004, 5(6): 226?231. [DOI]
[16] HE Qiang, WANG Li-Feng. Functions of bHLH protein
families. Foreign Medical Sciences-Section of Pathophysiol-
ogy and Clinical Medicine, 2004, 24(6): 545?547.
贺强, 王立峰. bHLH蛋白家族的功能. 国外医学: 生
理、病理科学与临床分册,2004, 24(6): 545?547.
[17] Atchley WR, Fitch WM. A natural classification of the ba-
sic helix-loop-helix class of transcription factors. Proc
Natl Acad Sci USA,1997, 94(10): 5172?5176. [DOI] [18] Atchley WR, Terhalle W, Dress A. Positional dependence,
cliques, and predictive motifs in the bHLH protein domain.
J Mol Evol,1999, 48(5): 501?516. [DOI]
[19] Moore AW, Barbel S, Jan LY, Jan YN. A genomewide
survey of basic helix-loop-helix factors in Drosophila.
Proc Natl Acad Sci USA,2000, 97(19): 10436?10441. [DOI] [20] Ledent V, Vervoort M. The basic helix-loop-helix protein
family: comparative genomics and phylogenetic analysis.
Genome Res,2001, 11(5): 754?770. [DOI]
[21] Ledent V, Paquet O, Vervoort M. Phylogenetic analysis of
the human basic helix-loop-helix proteins. Genome Biol,
2002, 3(6): research0030.
[22] Satou Y, Imai KS, Levine M, Kohara Y, Rokhsar D, Satoh
N. A genomewide survey of developmentally relevant genes in Ciona intestinalis. I. Genes for bHLH transcription factors. Dev Genes Evol,2003, 213(5-6): 213?221. [DOI] [23] Wang Y, Chen KP, Yao Q, Wang WB, Zhu Z. The basic
helix-loop-helix transcription factor family in Bombyx mori. Dev Genes Evol,2007, 217(10): 715?723. [DOI] [24] Alonso MC, Cabrera CV. The achaete-scute gene complex
of Drosophila melanogaster comprises four homologous genes. EMBO J,1988, 7(8): 2585?2591.
[25] C.elegans Sequencing Consortium. Genome sequence of
the nematode C. elegans: a platform for investigating bi-
ology. Science,1998, 282(5396): 2012?2018. [DOI] [26] Weintraub H, Dwarki VJ, Verma I, Davis R, Hollenberg S,
Snider L, Lassar A, Tapscott SJ. Muscle-specific tran-
scriptional activation by MyoD. Genes Dev,1991, 5(8): 1377?1386. [DOI]
[27] Sommer L, Ma Q, Anderson DJ. Neurogenins, a novel
family of atonal-related bHLH transcription factors, are putative mammalian neuronal determination genes that reveal progenitor cell heterogeneity in the developing CNS
and PNS. Mol Cell Neurosci,1996, 8(4): 221?241. [DOI] [28] Kho CJ, Huggins GS, Endege WO, Patterson C, Jain MK,
Lee ME, Haber E. The polymyositis-scleroderma autoan-
tigen interacts with the helix-loop-helix proteins E12 and E47. J Biol Chem,1997, 272(20): 13426?13431. [DOI] [29] Jarman AP, Grau Y, Jan LY, Jan YN. Atonal is a proneural
gene that directs chordotonal organ formation in the Dro-
sophila peripheral nervous system. Cell,1993, 73(7): 1307?1321. [DOI]
[30] Lemercier C, To RQ, Carrasco RA, Konieczny SF. The
basic helix-loop-helix transcription factor Mist1 functions as a transcriptional repressor of myoD. EMBO J,1998,
17(5): 1412?1422. [DOI]
[31] Peyton M, Stellrecht CM, Naya FJ, Huang HP, Samora PJ,
Tsai MJ. BETA3, a novel helix-loop-helix protein, can act as a negative regulator of BETA2 and MyoD-responsive genes. Mol Cell Biol,1996, 16(2): 626?633.
[32] Zhou Q, Wang S, Anderson DJ. Identification of a novel
family of oligodendrocyte lineage-specific basic he-
lix-loop-helix transcription factors. Neuron,2000, 25(2): 331?343. [DOI]
[33] Brentrup D, Lerch H, Jackle H, Noll M. Regulation of
Drosophila wing vein patterning: net encodes a bHLH protein repressing rhomboid and is repressed by rhom-
boid-dependent Egfr signalling. Development,2000,
127(21): 4729?4741.
[34] Armand P, Knapp AC, Hirsch AJ, Wieschaus EF, Cole MD.
A novel basic helix-loop-helix protein is expressed in
muscle attachment sites of the Drosophila epidermis. Mol
Cell Biol,1994, 14(6): 4145?4154.
[35] Saga Y, Hata N, Kobayashi S, Magnuson T, Seldin MF,
Taketo MM. MesP1: a novel basic helix-loop-helix protein
expressed in the nascent mesodermal cells during mouse
第7期王勇等: bHLH转录因子家族研究进展 829
gastrulation. Development,1996, 122(9): 2769?2778. [36] Tapanes-Castillo A, Baylies MK. Notch signaling patterns
Drosophila mesodermal segments by regulating the bHLH
transcription factor twist. Development,2004, 131(10):
2359?2372. [DOI]
[37] Burgess R, Cserjesi P, Ligon KL, Olson EN. Paraxis: a
basic helix-loop-helix protein expressed in paraxial
mesoderm and developing somites. Dev Biol,1995, 168(2):
296?306. [DOI]
[38] Lu J, Webb R, Richardson JA, Olson EN. MyoR: a mus-
cle-restricted basic helix-loop-helix transcription factor
that antagonizes the actions of MyoD. Proc Natl Acad Sci
USA,1999, 96(2): 552?557. [DOI]
[39] Yokota Y, Mori S, Narumi O, Kitajima K. In vivo function
of a differentiation inhibitor, Id2. IUBMB Life,2001, 51(4):
207?214. [DOI]
[40] Thomas T, Yamagishi H, Overbeek PA, Olson EN,
Srivastava D. The bHLH factors, dHAND and eHAND,
specify pulmonary and systemic cardiac ventricles inde-
pendent of left-right sidedness. Dev Biol,1998, 196(2):
228?236. [DOI]
[41] Knofler M, Krapp A, Hagenbuchle O, Wellauer PK. Con-
stitutive expression of the gene for the cell-specific p48
DNA-binding subunit of pancreas transcription factor 1 in
cultured cells is under control of binding sites for tran-
scription factors Sp1 and alphaCbf. J Biol Chem,1996,
271(36): 21993?22002. [DOI]
[42] Lecuyer E, Herblot S, Saint-Denis M, Martin R, Begley
CG, Porcher C, Orkin SH, Hoang T. The SCL complex
regulates c-kit expression in hematopoietic cells through
functional interaction with Sp1. Blood,2002, 100(7):
2430?2440. [DOI]
[43] Chen SL, Dowhan DH, Hosking BM, Muscat GE. The
steroid receptor coactivator, GRIP-1, is necessary for
MEF-2C-dependent gene expression and skeletal muscle
differentiation. Genes Dev,2000, 14(10):1209?1228. [DOI] [44] Dean J. Oocyte-specific genes regulate follicle formation,
fertility and early mouse development. J Reprod Immunol,
2002, 53(1-2): 171?180. [DOI]
[45] Kaddurah-Daouk R, Greene JM, Baldwin ASJ, Kingston
RE. Activation and repression of mammalian gene expres-
sion by the c-myc protein. Genes Dev,1987, 1(4):
347?357. [DOI]
[46] Ayer DE, Kretzner L, Eisenman RN. Mad: a heterodimeric
partner for Max that antagonizes Myc transcriptional ac-
tivity. Cell, 1993, 72(2): 211?222. [DOI]
[47] Hurlin PJ, Queva C, Eisenman RN. Mnt, a novel
Max-interacting.protein is coexpressed with Myc in
prohferatlng cells and mediates repression at Myc binding
sites. Genes & Development, 1997, 11(1): 44?58. [DOI] [48] Blackwood EM, Eisenman RN. Max: a helix-loop-helix
zipper protein that forms a sequence-specific DNA-binding complex with Myc. Science,1991,
251(4998): 1211?1217. [DOI]
[49] Reisman D, Rotter V. The helix-loop-helix containing
transcription factor USF binds to and transactivates the promoter of the p53 tumor suppressor gene. Nucleic Acids
Res,1993, 21(2): 345?350. [DOI]
[50] Nobukuni Y, Watanabe A, Takeda K, Skarka H, Tachibana
M. Analyses of loss-of-function mutations of the MITF gene suggest that haploinsufficiency is a cause of Waardenburg syndrome type 2A. Am J Hum Genet,1996,
59(1): 76?83.
[51] Yokoyama C, Wang X, Briggs MR, Admon A, Wu J, Hua
X, Goldstein JL, Brown MS. SREBP-1, a ba-
sic-helix-loop-helix-leucine zipper protein that controls transcription of the low density lipoprotein receptor gene.
Cell,1993, 75(1): 187?197.
[52] Hua X, Yokoyama C, Wu J, Briggs MR, Brown MS,
Goldstein JL, Wang X. SREBP-2, a second ba-
sic-helix-loop-helix-leucine zipper protein that stimulates
transcription by binding to a sterol regulatory element.
Proc Natl Acad Sci USA,1993, 90(24): 11603?11607. [DOI] [53] Hu YF, Lüscher B, Admon A, Mermod N, Tjian R. Tran-
scription factor AP-4 contains multiple dimerization do-
mains that regulate dimer specificity. Genes Dev,1990,
4(10): 1741?1752. [DOI]
[54] Stoeckman AK, Ma L, Towle HC. Mlx is the functional het-
eromeric partner of the carbohydrate response element-binding
protein in glucose regulation of lipogenic enzyme genes. J Biol
Chem,2004, 279(15): 15662?15669. [DOI]
[55] Bjerknes M, Cheng H. TCFL4: a gene at 17q21.1 encoding
a putative basic helix-loop-helix leucine-zipper transcription
factor. Gene,1996, 181(1-2): 7?11. [DOI]
[56] King DP, Zhao Y, Sangoram AM, Wilsbacher LD, Tanaka
M, Antoch MP, Steeves TD, Vitaterna MH, Kornhauser JM, Lowrey PL. Positional cloning of the mouse circadian clock gene. Cell,1997, 89(4): 641?653. [DOI]
[57] Katzenberg D, Young T, Lin L, Finn L, Mignot E. A hu-
man period gene (HPER1) polymorphism is not associated
with diurnal preference in normal adults. Psychiatr Genet,
1999, 9(2): 107?109. [DOI]
[58] Hankinson O. The aryl hydrocarbon receptor complex.
Annu Rev Pharmacol Toxicol,1995, 35: 307?340. [DOI] [59] Muralidhar MG, Callahan CA, Thomas JB. Single-minded
regulation of genes in the embryonic midline of the Dro-
sophila central nervous system. Mech Dev,1993, 41(2-3):
129?138. [DOI]
[60] Wilk R, Weizman I, Shilo BZ. Trachealess encodes a
bHLH-PAS protein that is an inducer of tracheal cell fates
in Drosophila. Genes Dev,1996, 10(1): 93?102. [DOI] [61] Liu CJ, Ding B, Wang H, Lengyel P. The MyoD-inducible
p204 protein overcomes the inhibition of myoblast differ-
entiation by Id proteins. Mol Cell Biol,2002, 22(9): 2893?2905. [DOI]
830 HEREDITAS
(Beijing) 2008第30卷
[62] Ellis HM. Embryonic expression and function of the Dro-
sophila helix-loop-helix gene, extramacrochaetae. Mech Dev,1994, 47(1): 65?72. [DOI]
[63] Leimeister C, Externbrink A, Klamt B, Gessler M. Hey
genes: a novel subfamily of hairy- and Enhancer of split related genes specifically expressed during mouse em-
bryogenesis. Mech Dev,1999, 85(1-2): 173?177. [DOI] [64] Paroush Z, Finley RL, Jr., Kidd T, Wainwright SM, Ing-
ham PW, Brent R, Ish-Horowicz D. Groucho is required for Drosophila neurogenesis, segmentation, and sex de-
termination and interacts directly with hairy-related bHLH proteins. Cell,1994, 79(5): 805?815. [DOI]
[65] Maier D, Marte BM, Schafer W, Yu Y, Preiss A. Droso-
phila evolution challenges postulated redundancy in the E(spl) gene complex. Proc Natl Acad Sci USA,1993, 90(12): 5464?5468. [DOI]
[66] Crozatier M, Valle D, Dubois L, Ibnsouda S, Vincent A.
Collier, a novel regulator of Drosophila head development, is expressed in a single mitotic domain. Curr Biol,1996, 6(6): 707?718. [DOI]
[67] Kudrycki K, Stein-Izsak C, Behn C, Grillo M, Akeson R,
Margolis FL. Olf-1-binding site: characterization of an olfactory neuron-specific promoter motif. Mol Cell Biol,
1993, 13(5): 3002?3014.
[68] Li X, Duan X, Jiang H, Sun Y, Tang Y, Yuan Z, Guo J,
Liang W, Chen L, Yin J. Genome-wide analysis of ba-
sic/helix-loop-helix transcription factor family in rice and
Arabidopsis. Plant Physiol,2006, 141(4): 1167?1184. [DOI] [69] Toledo-Ortiz G, Huq E, Quail PH. The Arabidopsis ba-
sic/helix-loop-helix transcription factor family. Plant Cell,
2003, 15(8): 1749?1770. [DOI]
[70] Buck MJ, Atchley WR. Phylogenetic analysis of plant ba-
sic helix-loop-helix proteins. J Mol Evol,2003, 56(6): 742?750. [DOI]
[71] Heim MA, Jakoby M, Werber M, Martin C, Weisshaar B,
Bailey PC. The basic helix-loop-helix transcription factor family in plants: a genome-wide study of protein structure and functional diversity. Mol Biol Evol,2003, 20(5): 735?747. [DOI]
[72] Li T, Brouwer M. Hypoxia-inducible factor, gsHIF, of the
grass shrimp Palaemonetes pugio: molecular characteriza-
tion and response to hypoxia. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol,2007, 147(1): 11?19. [DOI]
[73] Altschul SF, Madden TL, Sch?ffer AA, Zhang J, Zhang Z,
Miller W, Lipman DJ. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nu-
cleic Acids Res,1997, 25(17): 3389?3402. [DOI]
[74] Seo S, Kroll KL. Geminin's double life: chromatin connections
that regulate transcription at the transition from proliferation to differentiation. Cell Cycle,2006, 5(4): 374?379.
[75] Fischer A, Gessler M. Delta–Notch—and then? Protein
interactions and proposed modes of repression by Hes and Hey bHLH factors. Nucleic Acids Res,2007, 35(14): 4583?4596. [DOI]
?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?ˇ?遗传咨询?
近亲结婚能否通过基因检测来判断孩子是否患病?
问：我和老公是姨表兄妹，想请问是否可以通过做基因检测，判断将来的孩子是否健康或患病几率？
答：近亲结婚对后代的影响主要针对常染色体隐性遗传病，近亲双方表现正常，但由于从共同祖先那里可能获得相同的致病基因，遗传给子女后，患病几率为1/4。如果没有明确家族中的特定遗传病，无法提供针对性的基因检查。这种情况下，要进行基因检查相对困难，由于人类的基因有2万多个，现阶段虽然技术上有全部将其排查一遍的可能，但实际应用中由于费用昂贵、技术要求较高，只有极少数大规模基因测序中心可以完成，还不能在医院常规开展。
黑尿病是怎样遗传的?
问：女方的父母为近亲结婚，女方为黑尿病患者，男方及其父母均正常，那么下一代患病的几率是多少？
答：黑尿病又称尿黑酸尿症，是由于编码尿黑酸氧化酶的基因突变而导致该酶无法将肾脏中产生的尿黑酸代谢分解，使血液尿黑酸浓度增加，在结缔组织中沉积而使皮肤呈棕色（又称褐黄症），并在尿中大量排除，经过静置或碱化后尿呈黑色。同时该病可累及关节和心血管系统等，表现出相应症状，一些患者可出现肾结石。该病属于常染色体隐性遗传，多发生在近亲结婚家庭，近亲结婚后代有1/4机会患病，患者将致病基因遗传给后代而成为携带者，但不发病。该病目前无根治办法，口服大量维生素C可以适当缓解皮肤色素沉着。
（中国科学院遗传与发育生物学研究所李巍）
转录调节位点和转录因子数据库介绍_张光亚
１０生物学通报２００５年第４０卷第１１期 ２００３年即Ｗａｔｓｏｎ和Ｃｒｉｃｋ发表ＤＮＡ双螺旋结构５０周年，宣布了人类基因组计划的完成，与此同时，其他许多生物的基因组计划已完成或在进行中，在此过程中产生的大量数据库对科学研究的深远影响是以前任何人未曾预料到的。然而遗憾的是，许多生物学家、化学家和物理学家对这些数据库的使用甚至去何处寻找这些数据库都只有一个比较模糊的概念。 基因转录是遗传信息传递过程中第一个具有高度选择性的环节，近２０年来对基因转录调节的研究一直是基因分子生物学的研究中心和热点，因此亦产生了大量很有价值的数据库资源，对这些数据库的了解将为进一步研究带来极大便利，本文对其中一些数据库进行简要介绍。 １ＤＢＴＳＳ ＤＢＴＳＳ（ＤａｔａＢａｓｅｏｆＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌＳｔａｒｔＳｉｔｅｓ）由东京大学人类基因组中心维护，网址：ｈｔｔｐ：／／ｄｂｔｓｓ．ｈｇｃ．ｊｐ。最初该数据库收集用实验方法得到的人类基因的ＴＳＳ（ＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌＳｔａｒｔＳｉｔｅｓ，转录起始位点）数据。对转录起始位点（ＴＳＳ）的确切了解具有非常重要的意义，可更准确的预测翻译起始位点；可用于搜索决定ＴＳＳ的核苷酸序列，而且可更精确地分析上游调控区域（启动子）。自２００２年发布第一版以来已作了多次更新。目前包含的克隆数为１９０９６４个，含盖了１１２３４个基因，在ＳＮＰ数据库中显示了人类基因中的ＳＮＰ位点，而且现在含包含了鼠等其他生物的相关数据。ＤＢＴＳＳ最新的版本为３．０。 在该最新的版本中，还新增了人和鼠可能同源的启动子，目前可以显示３３２４个基因的启动子，通过本地的比对软件ＬＡＬＩＧＮ可以图的形式显示相似的序列元件。另一个新的功能是可进行与已知转录因子结合位点相似的部位的定位，这些存贮在ＴＲＡＮＳＦＡＣ（ｈｔｔｐ：／／ｔｒａｎｓｆａｃ．ｇｂｆ．ｄｅ／ＴＲＡＮＳＦＡＣ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）数据库中，免费用于研究，但ＴＲＡＮＳＦＡＣ专业版是商业版本。 ＤＢＴＳＳ对匿名登录的用户是免费的，该网站要求用户在使用前注册，用户注册后即可使用。主页分为２个区域，一个介绍网站的部分信息和用户注册，另一区域为用户操作区，该区约分为１０个部分，可分别进行物种和数据库的选择、ＢＬＡＳＴ、ＳＮＰ以及ＴＦ（转录因子）结合部位搜索等部分。后者的使用可以见网页中的Ｈｅｌｐ部分，里面有比较详细的介绍。ＤＢＴＳＳ还提供了丰富的与其他相关网站的链接，如上文提到的ＴＲＡＮＳＦＡＣ数据库、真核生物启动子数据库（Ｅｕｋａｒｙｏｔ－ｉｃＰｒｏｍｏｔｅｒＤａｔａｂａｓｅ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐｄ．ｉｓｂ－ｓｉｂ．ｃｈ／）以及人类和其他生物ｃＤＮＡ全长数据库等。 ２ＪＡＳＰＡＲ ＪＡＳＰＡＲ是有注释的、高质量的多细胞真核生物转录因子结合部位的开放数据库。网址ｈｔｔｐ：／／ｊａｓｐａｒ．ｃｇｂ．ｋｉ．ｓｅ。所有序列均来源于通过实验方法证实能结合转录因子，而且通过严格的筛选，通过筛选后的序列再通过模体（ｍｏｔｉｆ）识别软件ＡＮＮ－Ｓｐｅｃ进行联配。ＡＮＮ－Ｓｐｅｃ利用人工神经网络和吉布斯（Ｇｉｂｂｓ）取样算法寻找特征序列模式。联配后的序列再利用生物学知识进行注释。 目前该数据库收录了１１１个序列模式（ｐｒｏｆｉｌｅｓ），目前仅限于多细胞真核生物。通过主页界面，用户可进行下列操作：１）浏览转录因子（ＴＦ）结合的序列模式；２）通过标识符（ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）和注解（ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ）搜索序列模式；３）将用户提交的序列模式与数据库中的进行比较；４）利用选定的转录因子搜索特定的核苷酸序列，用户可到ＣｏｎＳｉｔｅ服务器（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｙｌｏｆｏｏｔ．ｏｒｇ／ｃｏｎｓｉｔｅ）进行更复杂的查询。ＪＡＳＰＡＲ数据库所有内容可到主页下载。 与相似领域数据库相比，ＪＡＳＰＡＲ具有很明显优势：１）它是一个非冗余可靠的转录因子结合部位序列模式；２）数据的获取不受限制；３）功能强大且有相关的软件工具使用。ＪＡＳＰＡＲ与ＴＲＡＮＳＦＡＣ（一流的ＴＦ数据库）有较明显的差异，后者收录的数据更广泛，但包含不少冗余信息且序列模式的质量参差不齐，是商业数据库，只有一部分是可以免费使用。用户在使用过程中会发现二者的差异，这主要是由于二者对数据的收集是相互独立的。另外该数据库还提供了相关的链接：如ＭａｔＩｎｓｐｅｃｔｏｒ检测转录因子结合部位，网址ｈｔｔｐ：／／ｔｒａｎｓｆａｃ．ｇｂｆ．ｄｅ／ｐｒｏｇｒａｍｓ／ｍａｔｉｎｓｐｅｃｔｏｒ／；ＴＥＳＳ转录元件搜索系统，网址ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｂｉｌ．ｕｐｅｎｎ．ｅｄｕ／ｔｅｓｓ／。 转录调节位点和转录因子数据库介绍! 张光亚!!方柏山 （华侨大学生物工程与技术系福建泉州３６２０２１） 摘要转录水平的调控是基因表达最重要的调控水平之一，对转录调节位点和转录因子的研究具有重要意义。介绍了ＤＢＴＳＳ、ＪＡＳＰＡＲ、ＰＲＯＤＯＲＩＣ和ＴＲＲＤ等相关数据库及其特征、内容和使用。 关键词转录调节位点转录因子数据库生物信息学 !基金项目：国务院侨办科研基金资助项目（０５ＱＺＲ０６） !!通讯作者
WRKY转录因子表达谱的研究进展
基因组学与应用生物学，2009年，第28卷，第4期，第803－808页Genomics and Applied Biology,2009,Vol.28,No.4,803－808 专题介绍Review WRKY 转录因子表达谱的研究进展 张颖蒋卫杰* 凌键 余宏军 王明 中国农科院蔬菜花卉研究所,北京,100081*通讯作者,jiangwj@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, 摘 要环境胁迫对植物的生长发育造成重大影响，因此，提高植物的抗逆性是农业面临的重要问题。自然 界中存在多种抗逆基因，如抗盐基因、 抗旱基因、抗寒基因等。利用植物基因工程和分子生物学技术提高植物对逆境的适应性及其抗逆分子机制的研究已成为当今热点。WRKY 转录因子是一类参与多种胁迫反应的诱导型转录因子，本文综述了WRKY 转录因子家族的结构特点、WRKY 转录因子在非生物胁迫(高温、低温、 干旱、盐)、外源物质(激素及O 3)处理及生物胁迫下的表达模式。各种胁迫下的表达谱均呈现不同特点，这些差异表达可能与它们所行使的不同生物学功能有关。 关键词 WRKY 转录因子,表达谱,非生物胁迫,RT-PCR Advance on Expression Profile of Transcription Factor WRKY Zhang Ying Jiang Weijie * Ling Jian Yu Hongjun Wang Ming Institue of Vegetable and Flower,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing,100081*Corresponding author,jiangwj@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, DOI:10.3969/gab.028.000803 Abstract Environmental stress has an adverse effect on the growth of plants and the productivity of crops,so it is very important for agriculture to improve plant resistance to stress.Expression of a variety of genes is induced by these stresses in various plants,such as salt-resistant,drought-resistant,chilling-resistant genes and so on.It has become a hotspot to enhance plant adaptability to stress and study its molecular mechanism by plant genetic engi-neering and molecular biological technology.WRKY transcription factor is an inducible transcription factor which is involved in a variety of stress responses.In this paper,the structural characteristics of WRKY transcription factor family,and the expression profile of WRKY transcription factors in abiotic stresses (heat,cold,drought and salt),in exogenous substances (hormones and O 3)and in biotic stresses are reviewed.The expression profile in different stressshowed different characteristics,which may be related to the different biological functions of WRKY tran-scription factors. Keywords WRKY transcription factor,Expression profile,Abiotic stress,RT-PCR https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html,/doi/10.3969/gab.028.000803 基金项目：本研究由国家973计划项目(2009CB119001)资助 植物对胁迫的响应是一种积极主动的应激过程。植物接受胁迫信号后，通过一系列的信号传递途径，最终诱导相关基因的表达。转录因子在基因表达的调控过程中起着重要作用，它们与靶基因上游的各种特定DNA 元件结合，激活或抑制靶基因的转录活性，以调控其时空特异性表达。WRKY 类转录因子是一类研究较多的转录因子，它广泛的参与生物、非生物胁迫应答反应、信号分子传递、植物衰老和器官 发育等一系列生理活动(刘戈宇等,2006)。WRKY 转 录因子最早是在甜薯中发现(Ishiguro and Nakamura,1994)，随后在多种植物中陆续发现了大量的WRKY 转录因子。WRKY 基因家族通常具有一个或者两个WRKY 域，WRKY 域能特异的与靶基因启动子区的W-box 结合，从而调控靶基因的表达(Rushton et al.,1995)。近年来，基于传统的分子生物学方法研究WRKY 基因功能的基础上，利用各种物种基因组数
植物MYB类转录因子研究进展
综 述R evie w 2002201215收到,2002201228接受。 国家重点基础研究发展规划项目(973项目G 1999011604)资助。3联系人,E 2mail :zywang @https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, ,Tel :02126404209024423。 植物MYB 类转录因子研究进展 陈 俊 王宗阳3 (中国科学院上海植物生理研究所,上海200032) 摘要:植物M Y B 转录因子以含有保守的M Y B 结构域为共同特征,广泛参与植物发育和代谢的调节。含单一M Y B 结构域的M Y B 转录因子在维持染色体结构和转录调节上发挥着重要作用,是M Y B 转录因子家族中较为特殊的一类。含两个M Y B 结构域的 M Y B 转录因子成员众多,在植物体内主要参与次生代 谢的调节和控制细胞的形态发生。含3个M Y B 结构域的M Y B 蛋白与c 2M Y B 蛋白高度同源,可能在调节细胞周期中起作用。 关键词:M Y B 结构域,M Y B 转录因子,组合调控学科分类号:Q74 随着多种模式生物基因组计划的完成,如何 从这些浩如烟海的DNA 序列中揭示基因的功能以及它们有序的时空表达,已成为后基因组时代的重要课题。人类基因组计划的完成显示人类只有30000～50000个基因,生命体是如何以如此少的 基因完成如此复杂的生命活动的呢?很重要的一点在于基因的表达调控,使得每一个基因能适时、适地、适量地表达,并且使得某些基因可以产生多种功能各异的蛋白质。真核基因的表达随细胞内外环境的改变而在不同层次上受到精确调控,如染色体DNA 水平、转录水平及转录后水平的调控等。而转录水平的调控发生在基因表达的初期阶段,是很多基因表达调控的主要方式。转录水平的调控指一类称为转录因子(有时又称反式作用因子)的蛋白质特异结合到靶基因调控区的顺式作用元件上,或调节基因表达的强度,或应答激素刺激和外界环境胁迫,或控制靶基因的时空特异性表达。 转录因子通常是一种模块化的蛋白,一般由几个独立的功能域组成,包括DNA 结合功能域,转录激活功能域,蛋白2蛋白相互作用功能域,信号分子结合功能域,核定位信号区等。根据DNA 结合功能域的结构,转录因子可分为以下几类:bHL H (碱性螺旋2环2螺旋)、bZIP (碱性亮氨酸拉链)、homeodomain 蛋白、MADS 2box 蛋白、zinc 2finger 蛋 白、Myb 蛋白、Ap2/EREBP 蛋白、HSF 蛋白、HM G 蛋白和A T hook 蛋白等(Schwechheimer 和Bevan 1998)。 本文试以植物中数量最多、功能最多样化的M Y B 类转录因子为例,对该类转录因子的研究历 史和现状作一简单介绍。阐述了M Y B 转录因子的结构、功能和进化,并举例说明M Y B 类转录因子如何与其它转录因子家族成员相互作用,通过组合调控(combinatorial control )的方式实现对靶基因的精密调控。 1 MYB 类转录因子 M Y B 类转录因子家族是指含有M Y B 结构域 的一类转录因子。M Y B 结构域是一段约51～52个氨基酸的肽段,包含一系列高度保守的氨基酸残基和间隔序列(图1)。首先是每隔约18个氨基酸规则间隔的色氨酸(W )残基,它们参与空间结构中疏水核心的形成。有时色氨酸残基会被某个芳香族氨基酸或疏水氨基酸所取代,尤其是在植物R2R32M Y B 转录因子中,R3M Y B 结构域的第一 个色氨酸经常被亮氨酸、异亮氨酸或苯丙氨酸所取 代。其次,在每个保守的色氨酸前后都存在一些高度保守的氨基酸,例如在第一个色氨酸的C 2末端通常是一簇酸性氨基酸(图1)。正是上述这些保守的氨基酸残基使M Y B 结构域折叠成螺旋2螺旋2转角2螺旋(helix 2helix 2turn 2helix )结构。 1982年K lempnauer 等在禽成髓细胞瘤病毒(avian myeloblastosis virus )中鉴定出一个能直接导致急性成髓细胞白血病(acute myeloblastic leukemia )的癌基因,称为v 2myb ,不久发现在正常动物细胞中也存在相应的原癌基因c 2myb ,随后研究结果表明v 2M Y B ,c 2M Y B 蛋白都定位在细胞核中,与核基质和染色质紧密相连,而且都具有DNA 1 8植物生理与分子生物学学报,J ournal of Plant Physiology and Molecular Biology 2002,28(2):81-88
植物WRKY转录因子的结构及功能研究进展_常李伟
与
科研探索知识创新与为小波 多分辨率分解尺度，即低通滤波器系数； 分别与低通滤波系数lo-d 、高通滤波系 数Hi-d 各自相乘、累加后，再分别进行下抽取得到低频序列 2淀粉酶启动子区域的W-box 序列结合，从而控制种子糊粉层细胞糖代谢途径的建立。Sun 等（2003）从大麦中分离并纯化出WRKY 型转录因子SUSIBA2，研究表明SUSIBA2是淀粉合成中一个重要的转录调节因子，WRKY 转录因子因此有可能参与碳水化合物的合成代谢。5展望植物WRKY 基因作为植物特有的响应逆境胁迫信号以及调控逆境相关基因表达的重要因子，在植物适应和抵抗逆境过程中具有重要作用。目前对于WRKY 转录因子的研究主要集中WRKY 转录因子在逆境胁迫下的表达模式，从而提高植物对抗各种逆境的能力。但是人们对WRKY 转录因子所介导的植物应答反应及基因调控体系尚不清楚，WRKY 转录因子在各种抗逆信号转导途径及激素信号途径中的信号网络也有待进一步了解。随着分子生物学各种新技术的发展，WRKY 基因在植物抗逆过程中的作用机制将得到更为深入的研究。 参考文献： [1]李蕾,谢丙炎等.WRKY 转录因子及其在植物防御反应中的 作用[J ].分子植物育种,2005,3（3）：401-408. [2]仇玉萍,荆邵娟,付坚等.13个水稻WRKY 基因的克隆及其 表达谱分析[J ]．科学通报，2004，49(18)：1860-1869. [3]3Birnbaum K,Shasha DE,Wang JY ,et al.A gene expression map of the Arabidopsis root [J ].Science,2003,302:1956-1960. [4]4Yoda H et al.Mol Genet Genomics, 2002, 267: 154-161.
转录因子Oct-4的研究进展
第６期农垦医学第３１卷 转录因子Ｏｃｔ－４的研究进展 符毓豪王菊谢松松周宗瑶＋ （石河子大学医学院组织胚胎学教研室／石河子大学医学院新疆地方 与民族高发病教育部重点实验室，新疆石河子，８３２００２） 【摘要】ｏｃｔ４是维持干细胞多能性和自我更新的转录因子，它通过结合靶基因调控区，选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。通常只在多能干细胞中表达，在分化细胞中不表达；它最终决定干细胞是保持多能性还是分化，以及向哪个方向分化。此外。Ｏｃｔ－４在生殖细胞肿瘤研究中也发挥重要作用。 【关键词】０ｃｔ４；多能性干细胞；研究进展 中图分类号：Ｑ７５４文献标识码：Ａ ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌｆａｃｔｏｒＯｃｔ－４ ＦＵＹｕ－ｈａｏ，ＷＡＮＧＪｕ，ＸＩＥＳｏｎｇ—ｓｏｎｇ，ＺＨＯＵＺｏｎｇ—ｙａｏ术 （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｉｓｔｏｌｏｇｙａｎｄＥｍｂｒｙｏｌｏｇｙ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｓｃｈｏｏｌｏｆｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｓｈｉｈｅｚｉＸｉｎｊｉａｎｇ，８３２００２） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＯｃｔＭｉｓａｃｒｉｔｉｃａｌｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌｆａｃｔｏｍｔｏｋｅｅｐｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙａｎｄｓｅｌｆ－ｒｅｎｅｗａｌｏｆｓｔｅｍｃｅｉｌｓｉｎｖｉｖｏａｎｄｉｎｖｉｔｍ，ａｎｄｉｔｕｓｕａｌｌｙｅｘｐｒｅｓｓａｓｏｎｌｙｉｎｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔｃｅｌｌｓ．Ｉｔｂｉｎｄｓｔｏｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｒｅｇｉｏｎｓｏｆｔａｒｇｅｔｅｄｇｅｎｅ．Ｉｔｆｉｎａｌｌｙｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｅｓｔｈｅｃｅｌｌｓｄｅｓｔｉｎｙ：ｋｅｅｐｉｎｇｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙｏｒｔｕｒｎｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ．Ａｌｓｏ，ｉｔｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｔｈｅＧｅｒｍｃｅｌｌｔｕｍｏｒ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】Ｏｃｔ４；ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｏｃｔ－４是具有较强特异性的胚胎干细胞标志物，它参与胚胎发育过程中多向性分化的调节。胚胎干细胞自我更新分子机制是干细胞研究的前沿及热点课题。除外源性信号如ＬＩＦ、ＢＭＰ、Ｗｎｔ能维持干细胞的未分化状态外，转录因子Ｏｃｔ－４特异性表达于全能胚胎干细胞，并与其它转录因子如Ｓｏｘ２一起构成调控网络，共同调控与胚胎干细胞多能性相关的一系列重要分子，是保持胚胎干细胞自我更新和多潜能性的关键分子。 １Ｏｃｔ－４的结构 Ｏｃｔ－４是由Ｐｏｕ５Ｆ１基因编码产生的，是含ＰＯＵ（Ｐｉｔ．Ｏｃｔ—Ｕｎｃ）结构域的转录因子家族中的一员。Ｏｃｔ－４基因定位于人类染色体６ｐ２１．３，其编码的蛋白Ｏｃｔ－４（也叫Ｏｃｔ－３）是一种ＰＯＵ转录因子，属于Ｖ类ＰＯＵ蛋白。ＰＯＵ转录因子是ＤＮＡ结合蛋白，由ＰＯＵ特异域（ＰＯＵＳ）和ＰＯＵ同源域（ＰＯＵＨ）的双枝结构构成。ＰＯＵ特异域位于Ｎ端，由富含脯氨酸和酸性残基的７５个氨基酸组成；ＰＯＵ同源域位于ｃ端，由富含脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸的６０个氨基酸组成。这两个亚区间通过含有１５—５６个氨基酸组成的易变区相连接，经螺旋一转角一螺旋结构与ＤＮＡ结合位点发生联系，激活启动子或增强子区域内带有顺式反应元件基因的转录。后者的特征性结构为ＡＴＧＣＡＡＡＴ八聚体结构域，又称为Ｏｃｔ结构。它通过结合含ＡＴＧＣＡＡＡＴ的八聚体结构域而活化相应靶基因，激活或抑制干细胞分化过程中基因表型的转变。 ２Ｏｃｔ－４的上游调控机制 Ｏｃｔ－４的表达由定位于其基因上游的顺式作用元件在转录水平进行调控。①增强子：Ｏｃｔ－４基因有两个增强子ＤＥ和ＰＥ。发育中Ｏｃｔ－４的表达依次由ＤＥ（桑椹胚、ＩＣＭ）＿÷ＰＥ（上胚层）一ＤＥ（ＰＧＣｓ）控 基金项目：兵团科技攻关计划项目项目编号：２００６ＧＧ３３ ｔ通讯作者：周宗瑶，组织胚胎学教授，从事生殖与发育方面研究。?５４２?
转录因子ERF家族
Arabidopsis thaliana ERF Family l ERF Family Introduction l Download Sequences l Multiple Sequences Alignment l Phylogenetic Tree Plant Transcription Factor Database v3.0 Center for Bioinformatics , Peking University , China Previous versions:v1.0v2.0Home | Blast | Search | Download | Prediction | Help | About | Links LFY) Species TF ID Description AT1G01250.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G03800.1ERF domain protein 10AT1G04370.1 Ethylene-responsive element binding factor 14AT1G06160.1 octadecanoid-responsive Arabidopsis AP2/ERF 59AT1G12610.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G12630.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G12890.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G12980.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G15360.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G19210.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G21910.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G22190.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G22810.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G22985.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G24590.1 DORNROSCHEN-like AT1G25470.1 AP2 domain-containing transcription factor family protein AT1G25470.2 AP2 domain-containing transcription factor family protein AT1G28160.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G28360.1 ERF domain protein 12AT1G28370.1 ERF domain protein 11AT1G33760.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G36060.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G43160.1 related to AP2 6AT1G44830.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G46768.1 related to AP2 1AT1G49120.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G50640.1 ethylene responsive element binding factor 3AT1G53170.1 ethylene response factor 8AT1G53910.1 related to AP2 12AT1G53910.2 related to AP2 12AT1G53910.3 related to AP2 12AT1G63030.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G63030.2 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G64380.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G68550.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G68550.2 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G71130.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G71450.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G71520.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G72360.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G72360.2 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G72360.3 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G74930.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G75490.1 Integrase-type DNA-binding superfamily protein AT1G77200.1Integrase-type DNA-binding superfamily protein
转录组学主要技术与应用研究
转录组学主要技术及其应用研究 姓名：梁迪 专业：微生物学 年级：2013 学号：3130179 二零一四年六月十五日
转录学主要技术及其应用研究 摘要：转录组(transcriptome)是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的所有RNA的集合。转录组学研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构，揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。目前，转录组学研究技术主要包括两种：基于杂交技术的微阵列技术（microarray)和基于测序技术的转录组测序技术，包括表达序列标签技术（Expression Sequence Tags Technology，EST）、基因表达系列分析技术（Serial analysis of gene expression，SAGE）、大规模平行测序技术（Massively parallel signature sequencing，MPSS）、以及RNA 测序技术（RNA sequencing，RNA-seq）。文章主要介绍了以上转录组学主要研究技术的原理、技术特点及其应用，并就这些技术面临的挑战和未来发展前景进行了讨论，为其今后的研究与应用提供参考。 关键词：转录组学；微阵列技术；转录组测序技术；应用 Study on the main technologies of transcriptomics and their application Abstract: The transcriptome is the complete set of transcripts for certain type of cells or tissues in a specific developmental stage or physiological condition. Transcriptome analysis can provide a comprehensive understanding of molecularmechanisms involved in specific biological processes and diseases from the information on gene structure and function. Currently, transcriptomics technology mainly includes microarry -based on hybridization technology and transcriptome sequencing-based on sequencing technology, involving Expression sequence tags technology, Serial analysis of gene expression, Massively parallel signature sequencing and RNA sequencing. The detailed principles, technical characteristics and applications of the main transcriptomics technologies are reviewed here, and the challenges and application potentials of these technologies in the future are also discussed. This will present the useful information for other researchers. Keywords: transcriptomics ; microarray ; transcriptome sequencing; application 随着后基因组时代的到来，转录组学、蛋白质组学、代谢组学等各种组学技术相继出现，其中转 录组学是率先发展起来以及应用最广泛的技术[1]。
bHLH转录因子家族研究进展
HEREDITAS (Beijing) 2008年7月, 30(7): 821―830 ISSN 0253-9772 https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, 综 述 收稿日期: 2007?12?04; 修回日期: 2008?02?15 基金项目:国家自然科学基金项目(编号: 30370773)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 30370773)] 作者简介:王勇(1965?), 男, 浙江人, 副研究员, 博士研究生, 研究方向: 昆虫生物信息学。E-mail: ywang@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, 姚勤(1961?), 女, 安徽人, 研究员, 研究方向: 昆虫病毒分子生物学。E-mail: yaoqin@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, 王勇、姚勤同为第一作者。 通讯作者:陈克平(1962?), 男, 安徽人, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向: 昆虫分子生物学、昆虫生物信息学。E-mail: kpchen@https://www.wendangku.net/doc/7c6660378.html, DOI: 10.3724/SP.J.1005.2008.00821 bHLH 转录因子家族研究进展 王勇1, 陈克平2, 姚勤2 1 江苏大学食品与生物工程学院, 镇江 212013; 2 江苏大学生命科学研究院, 镇江 212013 摘要: bHLH 转录因子在真核生物生长发育调控中具有重要作用, 它们组成了转录因子的一个大家族。已经有20种生物基因组中bHLH 家族的成员得到鉴定, 其中动物17种、植物2种、酵母1种。动物bHLH 因其调控基因表达的功能不同而被分成45个家族; 此外, 根据它们所作用DNA 元件和自身结构特点又被分成6个组。A 组包含22个家族, 主要调控神经细胞生成、肌细胞生成和中胚层形成; B 组包含12个家族, 主要调控细胞增殖与分化、固醇代谢与脂肪细胞形成以及葡萄糖响应基因的表达; C 组包含7个家族, 主要负责调控中线与气管发育和昼夜节律、激活环境毒素响应基因的转录; D 组只有1个家族, 它与A 组bHLH 蛋白形成无活性的异源二聚体; E 组有2个家族, 调控胚胎分节、体节形成与器官发生等; F 组也只有1个家族, 调控头部发育、嗅觉神经元生成等。文章综述了bHLH 转录因子家族分类、起源、功能方面的研究进展情况。 关键词: bHLH; 转录因子; 家族 Progress of studies on bHLH transcription factor families WANG Yong 1, CHEN Ke-Ping 2, YAO Qin 2 1 School of Food and Biological Engineering , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, China ; 2 Institute of Life Sciences , Jiangsu University , Zhenjiang 212013, China Abstract: bHLH transcription factors are important players in various developmental processes of eukaryotes. They consti-tute a large family of transcription factors. bHLH family members have been identified in genomes of 20 organisms inclu- ding 17 animals, two plants, and one yeast. Animal bHLHs are classified into 45 families based on their different functions in the regulation of gene expression. In addition, they are divided into 6 groups according to target DNA elements they bind and their own structural characteristics. Group A consists of 22 families. They mainly regulate neurogenesis, myogenesis and mesoderm formation. Group B consists of 12 families. They mainly regulate cell proliferation and differentiation, sterol metabolism and adipocyte formation, and expression of glucose-responsive genes. Group C has seven families. They are responsible for the regulation of midline and tracheal development, circadian rhythms, and for the activation of gene tran-scription in response to environmental toxins. Group D has only one family. It forms inactive heterodimers with group A bHLH proteins. Group E has two families, which regulate embryonic segmentation, somitogenesis and organogenesis etc. Group F also has one family. It regulates head development and formation of olfactory sensory neurons etc. This article presents a brief review on progress achieved in studies related to the classification, origination and functions of bHLH tran-scription factor families.
转录因子
转录因子 基因转录有正调控和负调控之分。如细菌基因的负调控机制是当一种阻遏蛋白(repressor protein)结合在受调控的基因上时，基因不表达；而从靶基因上去除阻遏蛋白后，RNA聚合酶识别受调控基因的启动子，使基因得以表达，这是正调控。这种阻遏蛋白是反式作用因子。而顺式作用因子则指的是基因上与反式作用因子结合的对基因表达起调控作用的基因序列。 转录因子(transcription factor)是起正调控作用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录，只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的DNA序列上后，基因才开始表达。 转录因子的结合位点（transcription factor binding site，TFBS）是转录因子调节基因表达时，与mRNA结合的区域。按照常识，转录因子（transcription factor，TF）的结合位点一般应该分布在基因的前端，但是，新的研究发现，人21和22号染色体上，只有22％的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端。 真核生物在转录时往往需要多种蛋白质因子的协助。一种蛋白质是不是转录机构的一部分往往是通过体外系统看它是否是转录起始所必须的。一般可将这些转录所需的蛋白质分为三大类： (1)RNA聚合酶的亚基，它们是转录必须的，但并不对某一启动子有特异性。 (2)某些转录因子能与RNA聚合酶结合形成起始复合物，但不组成游离聚合酶的成分。这些因子可能是所有启动子起始转录所必须的。但亦可能仅是譬如说转录终止所必须的。但是，在这一类因子中，要严格区分开哪些是R NA聚合酶的亚基，哪些仅是辅助因子，是很困难的。 (3)某些转录因子仅与其靶启动子中的特异顺序结合。如果这些顺序存在于启动子中，则这些顺序因子是一般转录机构的一部分。如果这些顺序仅存在于某些种类的启动子中，则识别这些顺序的因子也只是在这些特异启动子上起始转录必须的。 黑腹果蝇的RNA聚合酶需要至少两个转录因子方能在体外起始转录。其中一个是B因子，它与含TATA盒的部位结合。人的因子TFⅡD亦和类似的部位结合。同样，CTF(CAAT结合因子)则与腺病毒的主要晚期启动子中与CAAT盒同源的部位相结合。结合在上游区的另一个转录因子是USF(亦称MLTF)，则可以识别腺病毒晚期启动子中靠近-55的顺序。转录因子Sp1则能和GC盒相结合。在SC40启动子中有多个GC盒，位于-70到-110之间。它们均能和Sp1相结合。然而含有GC盒的不同的DNA顺序与Sp1的亲和力却各不相同。可见GC盒两侧的顺序对Sp1-GC盒的结合究竟如何能影响转录。有时候需要几个转录因子才能起始转录。例如胞苷激酶的启动子需要S p1与GC盒结合和CTF与CAAT盒结合;腺病毒晚期启动子需要TFⅡD与TATA盒结合和USF与其邻近部位相结合。以上所述的因子是一般转录都需要的，似乎并没有什么调节功能。另一些转录因子则可以调控一组特殊基因的转录。热休克基因就是一个很好的例子。真核生物的热休克基因在转录起始点的上游15bp处有一个共同顺序。H STF因子仅在热休克细胞中有活性。它与包括热休克共同顺序在内的一段DNA相结合，所以这个因子的激活可以引起约包括20个基因的一组基因起始转录。在这里，转录因子和RNA聚合酶Ⅱ之间关系很类似细菌的σ因子与核心酶之间的关系。 转录因子是一种具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子，也称为反式作用因子。植物中的转录因子分为二种，一种是非特异性转录因子，它们非选择性地调控基因的转录表达，如大麦(Hordeum vulgare) 中的HvCBF2 (C-repeat/DRE binding factor 2) (Xue et al., 2003)。还有一种称为特异型转录因子，它们能够选择性调控某种或某些基因的转录表达。典型的转录因子含有DNA结合区(DNA-binding domain)、转录调控区(acti vation domain)、寡聚化位点(oligomerization site) 以及核定位信号(nuclear localization signal) 等功能区域。这些功能区域决定转录因子的功能和特性(Liu et al., 1999)。DNA结合区带共性的结构主要有：1）HTH 和HL H 结构：由两段α-螺旋夹一段β-折叠构成，α-螺旋与β-折叠之间通过β-转角或成环连接，即螺旋-转角-螺旋结构和螺旋-环-螺旋结构。2）锌指结构：多见于TFIII A 和类固醇激素受体中，由一段富含半胱氨酸的多肽链构成。每四个半光氨酸残基或组氨酸残基螯合一分子Zn2+ ，其余约12-13 个残基则呈指样突出，刚好能嵌入DNA 双螺旋的大沟中而与之相结合。3）亮氨酸拉链结构：多见于真核生物DNA 结合蛋白的 C 端，与癌基因表达调控有关。由两段α - 螺旋平行排列构成，其α - 螺旋中存在每隔7 个残基规律性排列的亮氨酸残基，亮氨酸侧链交替排列而呈拉链状，两条肽链呈钳状与DNA 相结合。