李 跃，李国瑞，2，3，黄凤兰，2，3，孙华军，邢 超，丛安琪，李 威，陈永胜，2，3*

(1.内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古通辽 028000；2.内蒙古自治区高校蓖麻产业工程技术研究中心，内蒙古通辽 028000；3.内蒙古自治区蓖麻育种重点实验室，内蒙古通辽 028000；4.内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽 028000)



Dof转录因子研究进展

李 跃1，李国瑞1，2，3，黄凤兰1，2，3，孙华军1，邢 超1，丛安琪1，李 威4，陈永胜1，2，3*

(1.内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古通辽 028000；2.内蒙古自治区高校蓖麻产业工程技术研究中心，内蒙古通辽 028000；3.内蒙古自治区蓖麻育种重点实验室，内蒙古通辽 028000；4.内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽 028000)

摘要Dof(DNA Binding with one finger)转录因子是植物特有的一类转录因子，在植物生长发育过程中扮演重要作用，如种子萌发、光响应、贮藏蛋白积累、生物胁迫、碳氮代谢等。介绍了Dof转录因子的结构，并综述了其对植物的调控作用，以期为Dof转录因子的进一步研究提供理论依据。

关键词Dof转录因子；生长发育；结构；调控作用

Dof(DNA Binding with one finger)转录因子是植物特有的一类转录因子，在动物和酵母中并不存在。因其含有一个单锌指结构，因此被称为Dof。转录因子(Transcription factor)是能够保证目的基因以特定的强度在特定的时间和空间表达的蛋白质分子。一个典型的植物转录因子含有一个DNA结合结构域、一个寡聚位点、一个转录调控结构域和一个核定位信号。由于碱性氨基酸的存在，转录因子的DNA结合结构域与DNA顺势作用元件之间的相互作用决定了转录因子的特异性。这些氨基酸残基在DNA结合结构域中的空间排列影响其亲和力和选择性。寡聚区域负责确定蛋白质-蛋白质的相互作用，因为大多数转录因子能形成杂环或同源二聚体，最终影响序列特异性、反式活化效率、DNA结合亲和力和核定位[1]。迄今为止，已有超过100种不同的DNA结合结构域被确认[2]，根据它们的DNA结合结构域，转录因子被分为不同的家族，其中一些存在于所有真核生物中(MYB和bHLH)，而另一些并非存在于所有真核生物中(DOF，DREB，WRKY，NAC)。

被子植物含有大约30个基因编码Dof转录因子，而非维管束植物只有少数基因编码Dof转录因子。由于它们高度保守的DNA结合结构域，所有Dof转录因子具有相似的DNA结合特性，但它们在植物中发挥不同的生理作用。Dof转录因子在植物多种生物过程如种子贮藏蛋白积累、发芽、休眠、对植物激素的响应、开花时间、保卫细胞特异性等中发挥重要作用。从玉米中分离的DNA结合蛋白被认为是第一个Dof蛋白(ZmDof1)。近几年，又从玉米及其他植物物种如拟南芥、烟草、南瓜、马铃薯、大麦、小麦和稻米中分离出含有Dof结构域的cDNA[3-4]。笔者对Dof转录因子的结构进行介绍，并综述了其对植物的调控作用，以期为Dof转录因子的进一步研究提供理论依据。

1Dof蛋白的结构

Dof蛋白含有由50～52个氨基酸组成的高度保守的N末端DNA结合结构域，包括一个与目标基因启动子上的T/AAAAG类元件特异性结合的C2-C2型单锌指结构[5]。除DNA结合结构域外，Dof转录因子蛋白还含有核定位信号(NLS)和一个C末端转录激活区域。由于高度保守的DNA结合结构域，所有的Dof转录因子表现出类似的DNA结合特性，但它们在植物中发挥不同的生理作用。除DNA结合活性外，Dof转录因子能够介导蛋白质-蛋白质之间的相互作用。到目前为止研究的除南瓜蛋白质外，几乎每个Dof蛋白都将AAAG 基序作为重要的序列元件。因此，Dof结构域的保守性使所有的Dof蛋白有相似的DNA结合特异性。 玉米Dof1的结构域被认为是Dof转录因子的代表性结构域。玉米Dof1含有238个氨基酸残基，含有Dof结构域(氨基酸49～98)，碱性氨基酸区域，类似于SV40 和2个NLS以及在蛋白质C末端由44个氨基酸残基组成的转录激活结构域[6]。

2Dof转录因子对植物的调控作用

2.1Dof转录因子与种子萌发相关研究表明拟南芥中Dof转录因子DAG1基因能调控种子萌发，在脉管系统中特异性表达。拟南芥中DAG2基因也参与种子萌发过程，但在控制种子萌发过程中与DAG1功能相反[7]。拟南芥中另一个Dof转录因子Dof6基因的转录物产物积聚在干种子上，成熟后的种子发生吸胀，逐渐腐烂。然而Dof6的组成型过表达使植物生长异常，产生不育现象，这表明Dof6对种子发芽产生不利影响[8]。

2.2Dof转录因子参与光响应Dof转录因子调控植物光敏色素和隐花色素的信号转导通路。拟南芥Dof转录因子OBP3是光敏色素B和隐花色素1信号转导通路的组成部分，分别作为积极和消极的调控者。拟南芥的另一种Dof转录因子COG1负调节光敏色素A和光敏色素B的信号转导通路。研究表明，在拟南芥中Dof转录因子即CDF1、CDF2、CDF3和CDF5对开花的光周期控制起至关重要的作用，CDF突变体通过增加CDF的表达水平调控对光周期不敏感的早花[9]。水稻Dof转录因子OsDof12基因也是光响应调节基因，在长日照条件下OsDof12调节开花，在暗处理时该基因受到抑制。

2.3Dof转录因子与种子贮藏蛋白的积累相关在谷物种子发育中，氮和硫主要以醇溶蛋白的形式存储在淀粉质胚乳细胞中。编码醇溶蛋白的基因在胚乳中特异表达，从玉米中克隆了第一个胚乳特异性蛋白PBF并鉴定出其是玉米醇溶蛋白基因的转录活化因子，是玉米种子贮藏蛋白。

2.4Dof转录因子响应植物激素相关基因的表达调控植物激素信号转导途径复杂，植物激素通过与存在于植物激素响应基因启动子顺势作用元件上的许多转录因子结合和协同作用得以实现信号转导。Dof蛋白是激素响应基因的调节剂，并介导赤霉素和植物生长激素的应答。抗坏血酸氧化酶已被报道在玉米根部特异表达，且通过生长素依赖性表达参与根部分化。

2.5Dof转录因子与生物胁迫相关根据Dof转录因子与半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的相互作用，Dof转录因子具有生物胁迫耐受性。在植物中鉴定了病原体产生的半胱氨酸蛋白酶和肽酶，帮助半胱氨酸蛋白酶抑制剂在宿主细胞中定居和增殖。所有这些降解酶的活性受到宿主半胱氨酸蛋白酶抑制剂的影响。2个Dof蛋白SAD和BPBF在体外发生由半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因启动子衍生的含有Dof结合位点的寡核苷酸间交互作用。

2.6Dof转录因子与碳、氮代谢相关Dof蛋白质被认为是有机酸代谢相关的多个基因的活化剂，其中包括磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)基因的表达。玉米Dof1是PEPC基因的激活剂，增强正磷酸二激酶和丙酮酸激酶启动子的转录，Dof1的特异性反义RNA表达能够抑制这些基因的表达。氮同化是植物生长和发育的重要过程，此过程中土壤中无机氮以硝酸盐和氨的形式由谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶转化为谷氨酰胺和谷氨酸。氮同化不仅需要无机氮，还需要碳骨架、2-酮戊二酸。Dof1过表达的转基因拟南芥植物的元素分析显示在转基因植物中的氮含量增加30%，这表明Dof转录因子能促进净氮同化。

2.7Dof转录因子影响植物形态研究表明在拟南芥中Dof转录因子与植物形态相关。Guo等[10]揭示了AtDof参与调节维管束间形成层的形成和维管束组织发育。拟南芥3个Dof蛋白即Dof 2.1、Dof 4.6 和 Dof 5.3已被报道在叶片的前原形成层阶段存在，这表明他们在原形成层中的作用。研究发现，拟南芥中AtDof4.2基因调控芽分枝和种皮的形成。当植物过表达AtDof4.2基因时，植物种子表皮细胞呈塌陷形态，且过表达植物会出现分枝增加的表型。

2.8Dof转录因子参与保卫细胞发育SCAP1是从拟南芥中分离出的Dof转录因子，在成熟保卫细胞中表达，SCAP1调节编码气孔功能和形态发生的关键要素基因的表达，如编码通道蛋白、MYB60转录因子和果胶乙基酯酶基因的表达[11]。这表明SCAP1作为关键转录因子调控保卫细胞分化的最后阶段，最终影响植物的形态发育。马铃薯中Dof转录因子StDof1也调控保卫细胞特异性基因表达。

3讨论

Dof转录因子在植物生长发育过程中起到至关重要的作用，与植物特有的各种生物过程息息相关。已经阐明Dof转录因子的结构特征，在几种作物中也综述了Dof转录因子的功能属性，但Dof转录因子发挥调控功能时，可能与其存在相互作用的其他转录因子调控的下游基因是有待解决的关键问题。

参考文献

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[3] WASHIO K.Identification of Dof proteins with implication in the gibberellin-regulated expression of a peptidase gene following the germination of rice grains[J].Biochim，2001，1520：54-62.

[4] PLESCH G.Involvement of TAAAG elements suggests a role for Dof transcription factors in guard cell-specific gene expression[J].Plant，2001，28：455-464.

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[7] 徐慧妮，王康，李昆志.植物Dof转录因子及其生物学功能[J].生物技术通报，2010(1)：19-23.

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[10] GUO Y，QIN G，GU H，et al.Dof5.6/HCA2，a Dof transcription factor gene，regulates interfascicular cambium formation and vascular tissue development inArabidopsis[J].Plant Cell，2009，21：3518-3534.

[11] PLESCH G，EHRHARDT T，MUELLER-ROEBER B.Involvement of TAAAG elements suggests a role for Dof transcription factors in guard cell-specific gene expression[J].Plant，2001，28：455-464.

Research Advances of Dof Transcription Factor

LI Yue1, LI Guo-rui1,2,3, HUANG Feng-lan1,2,3, CHEN Yong-sheng1,2,3*et al

(1. School of Life Science, Inner Mongolia University for Nationalities, Tongliao, Inner Mongolia 028000; 2. Castor Industry Research Center of the Inner Mongolia Autonomous Region University, Tongliao, Inner Mongolia 028000; 3. The Inner Mongolia Autonomous Region Key Laboratory of Castor Breeding, Tongliao, Inner Mongolia 028000)

Key wordsDof transcription factor; Growth and development; Structure; Regulation and control effect

AbstractDof transcription factor is a kind of plant specific transcription factor. Dof transcription factor plays an important role in plant growth and development, such as seed germination, light response, storage protein accumulation, biological stress, carbon and nitrogen metabolism and so on. The structure of Dof transcription factor was elaborated, as well as its regulation effect on plants, so as to provide a theoretical basis for further study of Dof transcription factor.

基金项目国家自然科学基金项目(31460353 )；内蒙古民族大学市校合作项目(SXZD2012006，SXZD2012017)；2015年内蒙古自治区研究生科研创新资助项目(S20151013601)；内蒙古自治区科技创新引导项目。

作者简介李跃(1992- )，男，内蒙古呼伦贝尔人，硕士研究生，研究方向：蓖麻分子育种。*通讯作者，教授，从事蓖麻分子育种研究。

收稿日期2016-01-26

中图分类号S 188

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-096-02