备课素材：MYB转录因子在非生物胁迫中的功能-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

MYB转录因子在非生物胁迫中的功能 先看一道试题： 植物一生经常遭受各种逆境胁迫，如低温、干旱等。但在长期进化过程中，某些植物已经形成抵抗干旱、低温和高盐等逆境的调控机制，感受并响应各种外界刺激。转录因子MYB是一类蛋白质，在植物抵抗逆境时发挥重要作用。科研人员从水稻中获得MYB基因并进行测序，MYB基因中有义链（非模板链）部分结果如下图。请回答下列问题： (1)MYB基因转录时所需启动子的基本单位是______________，转录出的mRNA中起始密码子是______________。 (2)图中三个元件分别在高盐、干旱、低温不同信号诱导下，导致该基因表达出不同MYB蛋白，以适应高盐、干旱、低温环境，从基因与性状关系分析，此现象能说明______________。 (3)干旱胁迫下植物体内脱落酸含量增加，促进保卫细胞膜上K+通道开放，导致保卫细胞______________（填“收缩”或“膨胀”）以适应环境。此时水稻生命活动可能会发生______________。 ①部分细胞出现质壁分离②无机盐运输效率升高③氧气释放量减少④细胞无法调节代谢活动 (4)过量Na+对植物有毒，通过调控Na+、K+运输，维持细胞质较低Na+/K+比值，可提高耐盐性。科研人员尝试利用小麦液泡膜Na+/K+逆向转运蛋白基因（AINHX基因）培育转基因耐盐烟草。 下表是研究中的一些步骤，请据题意完成表格。 实验目的 方法步骤要点 获得目的基因 从小麦①______________中获取AINHX基因 构建载体质粒 将目的基因克隆进Ti载体质粒 大量培养烟草细胞 经②______________获得大量细胞 转化细胞 用③______________法转化烟草细胞 转基因细胞筛选 用含抗生素选择培养基筛选 转基因植株培育 植物组织培养获得转基因植株 转基因植株分析 转基因幼苗转入④______________中培养 这道试题涉及到转录因子与植物逆境胁迫。 那么，MYB转录因子在植物非生物胁迫中有什么功能？ 1.MYB转录因子的发现 植物中第一个MYB转录因子是1987年从玉米中克隆到的ZmMYBC1，研究表明，ZmMYBC1主要参与玉米花青素的合成(Paz-Ares et al., 1987)。此后研究人员利用功能基因组学、转录组学和蛋白质组学等现代分子工具在各种植物中发现和筛选出了大量的MYB转录因子，同时，不断深入地研究也揭示了MYB转录因子在植物生长发育过程中各种途径的调控机制，越来越多的证据支持MYB是植物育种与改良的潜力转录因子。 2. MYB转录因子的结构及分类 MYB转录因子因其N端高度保守的MYB结构域而著称。该结构域一般由1～4段串联且不完全重复序列（R）组成。每个重复序列由50~53个保守的氨基酸残基及中间的间隔序列组成，并形成3个螺旋。第3个螺旋蛋白重复序列组成了一个螺旋-转角-螺旋（HTH）结构，该结构具有3个疏水残基，在HTH三维结构中形成疏水核心。每个重复序列的第3个螺旋是与DNA直接接触的识别螺旋，并插入DNA分子的大沟中。根据MYB基因包含的R结构的个数可以将MYB转录因子分为四类： （1）1R（R1/2，R3-MYB）主要参与植物的形态发生、次生代谢、生物钟控制及花和果实的发育等生理过程。 （2）2R（R2R3-MYB）是植物MYB家族中数量最多的一类。根据蛋白质DNA结合区保守氨基酸的基序，2R类成员又可以分为28个亚类。这类MYB成员广泛参与植物初生及次生代谢、细胞分化、激素信号传导、生长发育调控、生物及非生物逆境响应等生命过程。 （3）3R（R1R2R3-MYB）存在于大多数真核生物基因组中，它们代表了相对保守的一个基因类别，在细胞周期控制方面起到重要的调控作用。 （4）4R（R1R2R2R1/2-MYB）是数量最少的一类MYB转录因子，其成员包含4个R1/R2重复。目前对植物中4R-MYB类蛋白质功能研究较少。 植物MYB转录因子分类 3. MYB转录因子在非生物胁迫中的功能 3.1 干旱胁迫 干旱是影响植物生长和作物产量的重要环境胁迫之一，其严重影响植株生长发育，限制了农作物的产量和质量。在干旱条件下，土壤缺水，植物根部无法吸收足够的水分用于正常的生长发育；同时，叶片气孔关闭，外界二氧化碳不能进入植物体内用于碳同化，在造成光合作用降低的同时，植物的光呼吸增加。另外，干旱还严重影响光合作用和呼吸作用过程中正常的电子传递，造成电子泄露，产生大量活性氧。这些活性氧会影响植物细胞正常的生理代谢，造成植物体生长发育过程受阻，直至死亡(Chen et al., 2006)。在干旱胁迫下，MYB转录因子可以通过调控代谢产物黄酮类化合物、蜡质、角质等生物合成基因的表达，调控植物的