1. 引言

葡萄是一种在全球范围内均有广泛种植的水果，它的果实既可以鲜食，也可以制成果干后食用，还能够加工成葡萄酒、葡萄果醋、葡萄果酱等多种产品，同时，其种子还可以在经过深加工提取之后转变成对人类健康有着极大促进作用的保健产品。葡萄是我国重要的农产品之一，其主要种植区为新疆、宁夏、甘肃等大陆性季风气候和温带干旱气候区，而葡萄本身的适应种植环境要求一般为夏季炎热干燥、冬季温和多雨，因此，气候环境便成为了制约我国葡萄产业可持续发展的重要因素之一。此外，我国大部分葡萄主产区种植的主栽品种为欧洲葡萄，虽然其具有高产的重要优良特性，但其也存在抗病性差的突出缺点，病害的发生极大的影响了葡萄果实的品质和产量。因此，对葡萄抗逆性的探究对于提高葡萄果实的产量和品种具有重要意义。植物在响应外界生物胁迫及非生物胁迫过程中，转录因子发挥着极其重要的作用 [1] 。转录因子作为基因时控表达的调控子，其发挥调控作用的模式包括通过其作用元件直接调节下游功能基因表达和通过调控其他转录因子对下游基因的表达进行调控两种重要模式。目前，研究人员在植物中共发现了64个重要的转录因子家族。在葡萄逆境应答中发挥重要作用的转录因子家族主要包括WRKY、AP2/ERF、MYB、NAC和bZIP等转录因子家族，本文主要针对上述主要转录因子家族在葡萄抗逆过程中的重要作用进行归纳，以期为葡萄抗逆育种提供相关参考。

2. WRKY转录因子家族

2.1. WRKY转录因子重要结构特征

在对葡萄的全基因组测序工作完成之后，经过生物信息学分析表明，葡萄基因组中共包含了59个WRKY转录因子家族成员 [2] 。作为植物中十大的转录因子家族之一，WRKY转录因子最重要的结构特征是其DNA结合域中至少含有一个大约由60个高度保守的氨基酸构成的WRKY结构域，同时其C端还包含了锌指结构，而根据其所包含的保守结构域个数和种类可以将这59个成员分为3个大类，分别为包含2个WRKY结构域和锌指结构为C2H2的GroupⅠ、仅包含1个WRKY结构域和锌指结构为C2H2的GroupⅡ以及同样仅包含1个WRKY结构域但锌指结构为C2HC的GroupⅢ [3] 。研究认为，WRKY结构域和锌指结构是WRKY转录因子维持DNA结合功能的重要元件，其具有识别W-box序列的作用，同时还能够与靶基因启动子中的特定位点进行结合，从而发挥其调控作用 [4] 。

2.2. WRKY转录因子在葡萄逆境应答中的作用

目前为止，WRKY转录因子在调控葡萄逆境胁迫响应的研究已涵盖了生物胁迫和非生物胁迫。张洁等 [5] 在筛选出中国野生毛葡萄“商-24”这一对白粉病具有显著抗性的品种后发现，“商-24”中VqWRKY6能够与VqbZIP1进行互作达到促进活性氧积累的目的，从而减缓菌丝发育的进程，以增强其对白粉病的抗性。沈才琦 [6] 利用胶孢炭疽菌侵染葡萄叶片后进行转录组测序分析后挖掘出WRKY22作为重要的葡萄抗炭疽病候选基因，转入了葡萄WRKY22基因的过表达烟草相较于野生型烟草在被胶孢炭疽菌侵染后表现出更轻的病症，进一步研究表明，过表达葡萄WRKY22基因的烟草叶片中的同MAPK信号途径、SA信号途径相关联的基因表达量出现了不同程度的上调，说明葡萄WRKY22基因在抗炭疽病过程中发挥了重要的调控作用。张郎郎等 [7] 的研究表明，过表达VaWRKY12的山葡萄愈伤经过低温处理后有大量的与参与ROS清除的GST基因和POD基因出现上调表达，说明VaWRKY12增强植株抗寒性的方式可能会影响ROS的清除；过表达VaWRKY14的拟南芥植株在干旱条件下抗氧化活性明显高于野生型植株，说明VaWRKY14能够响应干旱胁迫。肖培连等 [8] 以抗盐葡萄品种Vidal Blanc为材料克隆获得了VvWRKY54基因，并对植株进行耐盐性和耐寒性测定，实时荧光定量PCR结果表明，逆境胁迫能够诱导VvWRKY54上调表达。

3. AP2/ERF转录因子家族

3.1. AP2/ERF转录因子重要结构特征

AP2/ERF是植物中所特有的转录因子超家族，因其数量庞大研究人员根据其所包含的AP2保守结构域数量将其分为3个主要的家族(AP2、ERF、RAV)及1个额外的Soloist蛋白。AP2家族可以根据其具有的2个AP2结构域的氨基酸序列及核定位序列的差异再细分为AP2和ANT两个亚族；而ERF家族则仅包含1个AP2结构域，因其能与某些蛋白的GCC元件进行特异性结合发挥响应生物胁迫作用而被广泛关注；RAV家族因具有一个AP2结构域的同时还具有1个B3结构域而同时能够响应生物胁迫和非生物胁迫；而Soloist蛋白虽然包含一个AP2结构域，但通过比对后发现大部分Soloist蛋白都与ERF转录因子的其他成员亲缘关系较远。经过葡萄全基因组测序分析表明，葡萄中共鉴定出149个AP2/ERF转录因子，在响应不同逆境胁迫中发挥着重要的调控作用 [9] 。

3.2. WRKY转录因子在葡萄逆境应答中的作用

王岚等 [10] 克隆获得山葡萄VaERF095基因，对其进行不同胁迫处理后结果表明，在进行4℃低温处理3 h后，VaERF095基因便出现显著上调表达，在处理12 h后，表达量达到峰值，对其启动子序列进行分析后同样表明其含有2个低温响应元件(LTR)，说明山葡萄VaERF095是一个正向响应低温诱导的重要抗寒候选基因。高嘉沛等 [11] 用黑痘菌(Elsinoëampelina)侵染葡萄叶片，利用半定量和实时荧光定量PCR两种方法检测对ERF基因家族对病菌的响应，结果表明，VvERF12、VvERF17、VvERF21、VvERF33、VvERF35和VvERF47在半定量分析中表现出显著响应，通过实时荧光定量PCR测定，则VvERF12在处理12 h后便出现显著上调表达，在处理72 h后仍然表现为显著上调表达，因此推测VvERF12是响应黑痘菌侵染的重要候选基因。代瑛姿等 [12] 用不同浓度的外源NaCl处理野生型和过表达VvERF2的葡萄愈伤组织，结果表明，在外源NaCl处理下转基因愈伤组织的生长量能够基本保持稳定，而野生型愈伤组织的生长量则下降了82%，同时，经过NaCl处理的转基因愈伤组织的抗氧化酶活性也显著高于野生型，推测VvERF2可能通过调控活性氧代谢平衡以达到提高细胞抗氧化水平的目的，最终提高葡萄的耐盐性。王梦楠 [13] 研究表明葡萄叶片在接种灰霉菌后VaERF20基因会出现显著上调表达，并且在4 h后达到峰值。将VaERF20基因导入拟南芥植株中形成转基因植株，接种灰霉菌后的转基因植株在SA和JA/ET信号相关的防御基因的表达水平出现显著上调表达。

4. MYB转录因子家族

4.1. MYB转录因子重要结构特征

MYB是植物中重要的转录因子家族，因含有DNA结合结构域而可以与下游靶基因的启动子区域的顺式作用元件进行结合，从而发挥对靶基因的调控作用。MYB转录因子的重要结构特征是其N端所包含的由R结构组成的MYB结构域，而根据R结构的数量可以将MYB转录因子区分为4个亚家族，分别为含有1个R1/2或R3结构的1R-MYB (MYB-related)亚家族、含有R2和R3结构各1个的2R-MYB (R2R3-MYB)亚家族、含有R1、R2、R3结构各1个的3R-MYB (R1R2R3-MYB)亚家族和含有1个R1结构、2个R2结构、1个R1/2结构的4R-MYB亚家族。目前为止，发现数量最多的MYB转录因子是2R-MYB (R2R3-MYB)转录因子，在植物生长过程中参与了包括代谢及生长发育相关调控，同时对于外界逆境胁迫发挥着重要的响应作用。

4.2. MYB转录因子在葡萄逆境应答中的作用

孙洋等 [14] 把“摩尔多瓦”葡萄作为实验材料进行PCR克隆，获得VvMYB4b基因序列，对其果实进行不同的外源胁迫处理，结果表明，在0.3% NaCl处理、PEG6000处理、碧护处理和壳聚糖处理下，葡萄果实中的VvMYB4b基因均出现了不同程度的诱导表达，其中在0.3% NaCl处理下，6 h便出现了表达峰值，其表达量显著高于对照组，而在壳聚糖的处理下VvMYB4b基因的表达峰值出现在12 h，其表达量同样显著高于对照组，说明VvMYB4b基因能够响应0.3% NaCl处理和壳聚糖处理。侯鸿敏等 [15] 以华东葡萄抗白粉病株系“白河-35-1”为实验材料进行PCR克隆获得VpMYBR1基因，对不同抗性的葡萄株系进行白粉菌接种后，华东葡萄在接种6 h后的表达量是接种前表达量的28倍，呈现显著诱导表达，说明VpMYBR1基因是一个响应白粉菌侵染的重要抗病基因，对抗白粉病株系施以外源激素SA和MeJA处理，SA的诱导表达峰值出现在24 h，MeJA的诱导表达峰值出现在12 h，其表达量均达到初始表达量的40-70倍，说明SA途径和MeJA途径可能是VpMYBR1基因响应白粉病的重要途径。解振强 [16] 以“阳光玫瑰”葡萄为实验材料，利用PCR技术克隆获得VvMYB30基因，并将其转入拟南芥中进行过量表达，同时将野生型和过表达植株种子置于含125 mmol∙L⁻¹ NaCl的培养基中，在处理的第二天过表达株系便明显表现出较野生型萌发率高；而在另一组实验中，用NaCl溶液浇灌20 d的野生型和过表达株系，结果同样表明过表达株系存活率显著高于野生型，由此判断VvMYB30基因在葡萄响应盐胁迫过程中可能发挥着重要的作用。

5. NAC转录因子家族

5.1. NAC转录因子重要结构特征

植物中的NAC转录因子家族成员非常多，不同成员也因其结构的不同而在植物生长发育过程中发挥着不同的作用。NAC转录因子家族所具有的典型结构特征是N端所包含的约150个氨基酸组成的NAC结构域，这一结构域还可以被区分为A、B、C、D、E五个亚结构域，其中A、C、D属于保守结构域，而B、E则属于可变结构域，这些结构域的主要功能是与DNA或者特异的蛋白进行结合 [17] 。NAC转录因子C端一般包含有与转录激活或抑制作用的结构域，也有某些特殊的NAC转录因子C端所包含的是α-螺旋跨膜结构。相较于其他转录因子家族，NAC转录因子家族成员表现出了结构的多样性，如有些简单的NAC转录因子可能仅包含一个NAC结构域或者是两个串联的NAC结构域；而有些NAC转录因子在具有N端和C端的典型结构域的同时还包含了一段NTE末端延伸结构；还有部分NAC转录因子除包含了N端和C端的典型结构域之外还包含一段锌指结构 [18] 。目前为止，根据对葡萄全基因组的测定结果表明，葡萄NAC转录因子家族含有74个成员。

5.2. NAC转录因子在葡萄逆境应答中的作用

王婉妮等 [19] 对三种抗旱葡萄砧木进行了干旱处理，结果表明VvNAC8在三种葡萄砧木中均出现了不同程度的响应，其中砧木110R在进行干旱处理15天后的表达量达到峰值，砧木1103P在处理第5天、第15天和第20天的表达量均显著上升；VvNAC17则是在砧木110R中呈现出显著上调表达；VvNAC18在三种葡萄砧木中均是在干旱处理20天后出现显著上调表达，并由此推测NAC转录因子是葡萄中响应干旱胁迫的重要候选基因。Zhu等 [20] 对中国野生葡萄VpNAC1的研究表明，VpNAC1可通过调节病程相关蛋白PR1、PR2、PR4和PR5来提高葡萄对白粉病菌的抗性，转基因烟草对黑胫病菌的抗性也得到了提高，说明VpNAC1在葡萄抗病响应过程中发挥了正向调控作用。朱自果等 [21] 将欧洲葡萄“粉红亚都蜜”作为实验材料进行研究，结果表明，NAC转录因子DRL1基因在不同的非生物胁迫处理下均呈现出显著的下调表达，其中4℃低温处理6小时后呈现显著下调表达，干旱处理1小时后呈现出显著下调表达，而将DRL1基因转入烟草中进行过表达的结果表明，干旱处理10天后的转基因烟草成活率仅为野生型烟草的1/4左右，说明DRL1基因是一个负向调控葡萄抗旱性的转录因子。徐美隆等 [22] 将山葡萄作为砧木进行耐寒基因的筛选，通过转录组测序和实时荧光定量PCR检测共获得了4个NAC家族转录因子，其中3个为上调表达基因，1个为下调表达基因，说明NAC转录因子在葡萄抗寒性调控中扮演了重要的角色。

6. bZIP转录因子家族

6.1. bZIP转录因子重要结构特征

bZIP转录因子是葡萄响应外界生物或非生物等逆境胁迫的重要转录因子。bZIP转录因子在结构特征中最主要的特点是其C端所包含的DNA结合结构域和亮氨酸拉链结构区域，这两个特征结构域紧密结合，DNA结合结构域之后的亮氨酸拉链区域因每隔7个氨基酸便包含1个亮氨酸而得名。早在2002年Jakoby等 [23] 在鉴定拟南芥基因组中的bZIP转录因子时就将其区分为了10个亚家族，分别是A、B、C、D、E、F、G、H、I和S。此后鉴定的多种植物bZIP转录因子也按照这一分类标准进行了划分，其中也包括了葡萄，而葡萄bZIP转录因子研究报道相对较多的属A亚族和S亚族，其中A亚族成员可以通过与下游靶基因的启动子序列中所包含的ACGT顺式作用元件相结合的方式参与种子或组织在ABA信号途径的网络调控；S亚族的bZIP转录因子成员发挥的主要作用则是病害防御，同时也参与外界逆境胁迫应答。目前为止，研究人员在葡萄基因组中共鉴定出55个bZIP转录因子 [24] 。

6.2. bZIP转录因子在葡萄逆境应答中的作用

Tu等 [25] 以“巨峰”葡萄为试验材料，对其叶片进行干旱处理后进行转录组测定，并从转录组测序结果中筛选出葡萄抗旱关键候选基因VlbZIP30，将VlbZIP30基因分别进行异源转化和同源转化，结果表明，转VlbZIP30拟南芥植株的抗渗透胁迫能力显著强于野生型植株，转入葡萄中进行过表达后，转基因植株的木质素出现了显著沉积，其抗旱性同样得到增强，说明VlbZIP30的作用机理可能是通过激活木质素合成相关基因的大量表达达到积累木质素的目的，同时调控干旱胁迫相关基因的表达以提高葡萄的抗旱能力。Gao等 [26] 研究表明，葡萄bZIP转录因子家族中VvbZIP37和VvbZIP16受白粉菌侵染后呈现显著诱导表达，有15个葡萄bZIP转录因子在高盐胁迫下呈现上调表达，10个葡萄bZIP转录因子在干旱胁迫下呈现上调表达，其中有6个葡萄bZIP转录因子同时响应高盐胁迫和干旱胁迫，说明葡萄bZIP转录因子在响应生物胁迫和非生物胁迫过程中都发挥着重要作用。Tu等 [27] 研究表明来自K亚族的bZIP转录因子VlbZIP36基因在拟南芥中过表达后可显著提高拟南芥各个时期对干旱胁迫的抗性，对不同时期的拟南芥进行生理生化指标测定也表明，VlbZIP36基因提高植物抗旱性的作用机理是通过调控相关基因以减少水分流失，另一方面，VlbZIP36基因还能够对抗氧化酶相关基因的表达进行调控，以达到清楚ROS的目的，保护植物组织中的各类膜活性。

7. 展望

随着社会的不断发展，人们对生活品质的要求也不断提升，就葡萄而言，人们追求葡萄美味的同时还对其营养价值有了更高的要求，而传统的育种方式已经难以满足大众的需求了。目前，借助于转录组测序技术已挖掘了大量葡萄抗逆基因，对这些基因的探究主要目的是培育出果实品质优良且抗逆性良好的葡萄品种。其中，有关葡萄WRKY、AP2/ERF、MYB、NAC和bZIP等转录因子家族在葡萄生长过程中响应生物胁迫和非生物胁迫的研究已取得较大研究进展，但多数研究仍停留在基因的表达层面，未对其调控机制进行深入的探究，同时值得关注的是，转录因子对于葡萄响应逆境胁迫的过程同时存在正向调控和负向调控，在对相关文献的整理表明，研究者们多将注意力集中于正向调控因子的研究，对于负向调控因子的研究相对较为匮乏。随着基因编辑技术的不断发展，对于负向调控因子的基因敲除可增加实验的可信度，同时也为分子育种提供新的思路。植物转基因技术正处于迅速发展阶段，关于葡萄转录因子功能的研究已不再停留在拟南芥、烟草等异源模式植物的探究，而是逐步建立起了葡萄遗传转化体系，这也为系统的鉴定和探究葡萄抗逆转录因子的重要功能奠定了良好的基础。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。

参考文献