植物轉錄因子AP2/ERF家族蛋白結構和功能的研究進展

悅曼芳 張春 吳忠義

（1.北京市農林科學院生物技術研究所，北京 100097；2.長江大學農學院，荊州 434025）

轉錄因子又稱為反式作用因子，是能夠與真核基因啟動子區域中順式作用元件發生特異性結合的蛋白質分子，轉錄因子和下游靶基因順式作用元件相互作用，進而調控靶基因的表達［1］，對植物生長發育以及響應脅迫具有重要作用。植物中越來越多的轉錄因子被鑒定出來，例如MYB、NAC、bHLH和AP2/ERF 等。AP2/ERF 家族是植物界中最大的轉錄因子家族之一，曾經被認為是植物所特有的一類轉錄因子，但后來在藍藻、線蟲和病毒中也發現了具有AP2 結構域的蛋白［2］。該家族與植物生長發育、生物與非生物脅迫應答以及生物合成等過程密切相關［3］。AP2/ERF 家族已在多種植物中進行了研究。Jofuku 等［4］于1994年首次從模式植物擬南芥中分離出APETALA2（AP2）轉錄因子，該轉錄因子參與調控擬南芥花和種子的發育。隨后Ohme-Takagi等［5］于1995年從煙草中得到第一個EREBPs（ERF）轉錄因子，該轉錄因子具有GCC-box 特異性結合活性。Kagaya 等［6］于1999年首次報道了擬南芥中的RAV 亞家族成員RAV1 和RAV2，該亞家族包含一個B3-like 結構域和一個AP2 DNA 結合結構域。目前，已從多種植物中鑒定出AP2/ERF 轉錄因子，如玉米（Zea maysL.）、水稻（Oryza sativaL.）和小麥（Triticum aestivumL.）等作物。本文主要對AP2/ERF家族的結構特點、分布、調控植物生長發育、響應脅迫以及生物合成等方面的研究進展進行論述，以期對今后該類家族轉錄因子研究有所幫助。

1 AP2/ERF 轉錄因子的結構特征和分類

轉錄因子一般由DNA 結合域（DNA-bindingdomain，DBD）、轉錄調控域（transcription-regulationdomain，TRD）、寡聚化位點（oligomerization site，OS）和核定位信號區（nuclear localization signal，NLS）等功能域組成［7］。AP2/ERF 轉錄因子均含有AP2/ERF 結構域，該結構域含有2 段保守的氨基酸序列，分別命名為YRG 元件和RAYD 元件。YRG元件由19-22 個氨基酸堿性和親水區域組成，并包含保守的YRG 氨基酸基序，對識別各類順式作用元件非常重要。RAYD 元件長度為42-43 個氨基酸，包含1 個高度保守的18 個氨基酸核心區域，該區域可形成雙親性α-雙螺旋，可能參與介導蛋白質相互作用。在RAYD 元件中，第40 位甘氨酸殘基是保守的，對該蛋白質結構和功能有很大作用［8］。

根據AP2/ERF 結構域的數量以及是否含有其他結構域，將其分為AP2、乙烯響應因子（ERF）、脫水響應元件結合蛋白（DREB）、RAV 和Soloist 五個亞家族（圖1）［9-10］。其中，AP2 亞家族含有2 個重復的AP2/ERF 結構域；ERF 和DREB 亞家族均只含有1 個AP2/ERF 結構域；RAV 家族除了含有1 個AP2/ERF 結構域以外，還有1 個B3 結構域；Soloist家族也含有1 個AP2/ERF 結構域，但其結構與其他亞家族有很大的差別，且核苷酸序列在多數植物中高度保守［11-12］。所有的AP2/ERF 結構域序列都含有1個α-螺旋和3個β-折疊區域［13］。AP2 亞家族由于2 個AP2 結構域的氨基酸序列和核定位序列的差異，可以再被細分為AP2 和ANT 組［14］。Nole-Wilson 等［15］提出，ANT 第一個結構域與5′端的gCAC（A/G）結合，而第二個結構域則是與偏3′端的cCC（a/g）A結合。AP2家族成員主要參與植物開花、側根形成等過程的調控。在之前研究中，ERF 與DREB 亞家族統稱為ERF 亞家族，后來根據ERF 轉錄因子結合的順式作用元件，將它們分為ERF 亞家族和CBF/DREB 亞家族［16］。其中，ERF 亞家族可以與乙烯響應元件GCC-box 結合，參與調控乙烯應答和非生物脅迫響應［17］。CBF/DREB 亞家族可以與干旱、低溫響應元件DRE/CRT 結合，進而誘導相關基因的表達，對植物應對非生物脅迫有很大的幫助［18-19］。另外ERF 亞家族和CBF/DREB 亞家族的主要區別是其AP2/ERF 結構域中第14 位和第19 位氨基酸殘基不同。ERF 亞家族第14 位和第19 位分別是丙氨酸和天冬氨酸，而DREB 第14 位和第19位氨基酸分別是纈氨酸和谷氨酸［16］。正是這兩個氨基酸殘基的差異決定這類轉錄因子與不同的順式作用元件的特異結合［20］。RAV 家族中的AP2/ERF 結構域位于N 端，可以結合GCC-box 元件，B3 結構域位于C 端，可以特異結合CACCTG 序列［21-22］。

圖1 AP2/ERF 蛋白家族分類及結構特征Fig.1 AP2/ERF protein family classification and structural characteristics

2 AP2/ERF 家族蛋白在植物中的分布

AP2/ERF 家族蛋白在植物中的分布非常廣泛。2002年，Sakuma［23］等在擬南芥中鑒定出145 個AP2/ERF 轉錄因子。Nakano 等［24］于2006年通過對擬南芥進行全基因組分析，鑒定出147 個AP2/ERF轉錄因子，其中，AP2 亞家族基因18 個，DREB 與ERF 亞家族基因122 個，RAV 家族基因6 個。Zhang等［25］于2022年通過全基因組鑒定，鑒定出214 個AP2/ERF 轉錄因子，其中，AP2 亞家族基因有44 個，ERF 亞家族基因有105 個，DREB 亞家族基因有61個，RAV 亞家族基因有4 個，并通過表達譜分析揭示了其在非生物脅迫耐受性中的重要作用。Rashid等［26］于2012年通過對水稻進行全基因組分析，鑒定出水稻中AP2/ERF 基因共170 個，其中，AP2 亞家族基因有23 個，DREB 與ERF 亞家族基因共141個，RAV 家族基因4 個。Zhao 等［27］于2019年通過對小麥進行全基因組分析，鑒定出565 個AP2/ERF 轉錄因子，其中，62 個為AP2 亞家族基因。此外，在一些其他植物中，如大豆（Glycine max（Linn.）Merr.）［28］、胡蘿卜（Daucus carotaL.var.sativa Hoffm.）［29］、甘藍（Brassica oleracea）［30］、菠蘿（Ananas comosusL.Merr）［31］、煙草（Nicotiana tabacumL.）［32］、玫瑰（Rosa rugosa）［33］、油菜（Brassica napusL.）［34］、毛果楊（Populus trichocarpa）［35］、谷子（Setaria italicaL.）［36］、辣椒（Capsicum annuumL.）［37］、甜橙（Citrus sinensis）［38］、雷蒙德氏棉（G.raimondii（D5）cotton）［39］、茄子（Solanum melongenaL.）［40］、蓮花（Nelumbo nucifera Gaertn.）［41］、柳樹（Salix matsudana）［42］和油棕（Elaeis guineensisJacq.）［43］，分別鑒定出148、267、226、97、375、135、531、200、171、175、108、269、178、121、364 和172個AP2/ERF 轉錄因子（表1）。

表1 植物AP2/ERF 轉錄因子的分布Table 1 Distribution of plant AP2/ERF transcription factor

3 AP2/ERF 家族參與植物生長發育中的作用

3.1 AP2/ERF在植物根系生長發育中的作用

CRL5編碼一個大的AP2/ERF 轉錄因子家族蛋白，其在AUX/IAA和ARF介導的生長素信號通路下游發揮作用，通過抑制細胞分裂素信號傳導的type-A 型反應調節因子OsRR1而作為冠根形成的正向調節因子［44］。WOX11是生長素和細胞分裂素信號的整合者，是冠根發育的關鍵調節因子，AP2/ERF 家族轉錄因子成員OsERF3，可以直接結合WOX11 調控水稻冠根的伸長，并能直接與細胞分裂素應答基因蛋白OsRR2 結合，正向調控OsRR2的表達，控制冠狀根的發生［45］。在干旱條件下，過表達OsERF71改變了水稻根的結構，包括更大的通氣組織和徑向根生長，此外，OsAP2/ERF-40促進水稻不定根發育［46-47］。楊樹PtaERF003對不定根和側根增殖都有積極作用［48］。菊花（Chrysanthemum morifolium）AP2/ERF 轉錄因子基因CmERF053在調節植物的枝條、側根和干旱脅迫中起著關鍵作用。與野生型相比，CmERF053在轉基因擬南芥的側根器官中表現出具有更多的分枝和側根，并且該基因增強了轉基因擬南芥的耐旱性［49］。年齡和創傷是再生的2 個主要決定因素，有研究表明，創傷可以快速誘導ABSCISIC ACID REPRESSOR1 和ERF109充當創傷信號的代理，以誘導生長素生物合成。AP2/ERF 家族是整合根再生的年齡和創傷信號的中樞［50］。JcERF035的表達受磷饑餓脅迫的調節，在缺磷條件下，該基因在根和葉組織中均下調。在低磷脅迫下，JcERF035的下調可能有助于調節植物根系結構［51］。擬南芥ERF109在側根形成過程中介導茉莉酸和生長素生物合成之間的相互作用［52］。擬南芥ERF13抑制KCS16的表達，KCS16編碼一種參與超長脂肪酸（VLCFAs）生物合成的脂肪酸延伸酶，過表達KCS16和外源施加VLCFAs 彌補了ERF過表達株系中側根出現的缺陷。這表明ERF13在側根發育中具有負調控作用［53］。生長素調節的AP2/EREBP 基因PUCHI是擬南芥早期側根原基形態發生所必需的，PUCHI在生長素信號傳導的下游發揮作用，并且該基因通過影響原基發育早期的細胞分裂模式進而參與側根形態發生［54］。擬南芥AP2/ERF轉錄因子基因ERFII-1和ERFII-2參與植物側根生長發育，過表達ERFII-1和ERFII-2會使側根的萌發密度顯著減少［55］。異源表達IbRAP2.4顯著促進擬南芥側根的形成，但抑制轉基因甘薯貯藏根的形成［56］。

3.2 AP2/ERF在植物其他器官生長發育中的作用

擬南芥AP2 基因決定擬南芥花被器官的特性［57］。Zhang 等［58］報道一個新的油菜雌蕊狀花突變體（SCM 突變體）花的4 個萼片被合并成一個心皮，包裹著一些異常的雄蕊和雌蕊，與擬南芥APETALA2 基因同源的油菜BrAP2a與BrAP2b修復了擬南芥ap2-5突變體的花冠缺陷表型，在萼片修飾中起著關鍵作用。此外，利用CRISPR/Cas9 介導的基因組編輯系統對油菜相應的BnAP2進行敲除，獲得類似SCM 的表型。結果表明，BrAP2在花冠修飾中起關鍵作用。PeERF1只在蝴蝶蘭（Phalaenopsis equestris）花朵開放時的第5 階段表達，這與蝴蝶蘭唇瓣角質層增厚和納米脊狀突起的形成相吻合，在蝴蝶蘭的唇瓣表皮發育過程中，PeERF1對納米脊的形成起著重要的作用［59］。過表達AP2/ERF 家族轉錄因子基因OsRPH1導致水稻株高、節間和葉鞘長度降低，以及其他異常性狀，該轉錄因子通過調控水稻赤霉素代謝基因的表達負調控株高和活性赤霉素含量［60］。另外，OsRPH2通過赤霉素合成代謝相關基因的轉錄調控，降低水稻內源赤霉素含量（尤其是活性GA4），從而負調控水稻株高，導致矮化［61］。擬南芥AP2/ERF 轉錄因子基因BOLITA，通過調控細胞大小和數量參與調節擬南芥葉片大?。?2］。玉米AP2 基因sid1和ids1可以調控花序分生組織的起始和控制小穗分生組織確定性［63］。乙烯是豆科植物體細胞胚胎發生所必需的，ERF 亞家族的轉錄因子基因MtSERF1被乙烯誘導，并在胚性愈傷組織中表達。干擾該基因的表達抑制了植物胚胎發生，表明該基因是蒺藜苜蓿體細胞胚胎發生所必需的［64］。敲除CmERF12顯著促進胚胎發育，提高雜交結實率。此外，CmERF12 直接與影響花發育和胚胎發生的CmSUF4 相互作用，并顯著降低其激活靶基因CmEC1的能力，表明CmERF12負調控菊花胚胎發育［65］。RAV 亞家族轉錄因子基因TEM1可以與成花素基因（Flowering locus T，FT）5′端非翻譯區位點結合，抑制植物開花［66］。PpIAA1和PpERF4通過整合生長素和乙烯信號形成正反饋環路調節桃果實成熟［67］。番茄（Lycopersicon esculentum）轉錄因子基因LeERF2被乙烯誘導，促進番茄果實成熟，而且LeERF2還能調控異源表達煙草中乙烯的產生［68］。早在2004年就有研究表明，AP2 對控制種子質量有顯著作用，AP2 基因突變的功能喪失增加了擬南芥種子質量［69］，已有研究表明萵苣LsAP2參與調節萵苣種子形狀，與野生型相比，LsAP2突變體植株的種子更長、更窄，并且在種子頂部形成一個延伸的尖端［70］。euAP2最初有助于孢子和孢子囊的發育，隨后被募集用于胚珠、果實和花器官的發育［71］。DgERF056屬于ERF 亞家族，在花組織中表達量較高，可能參與鴨茅的開花和發育過程［72］。AP2 轉錄因子還與花芽分化有關［73］。因此，AP2/ERF 轉錄因子在植物發育過程中發揮巨大的作用（表2）。

表2 參與生長發育的AP2/ERF 轉錄因子Table 2 AP2/ERF transcription factor participating in growth and development

4 AP2/ERF 家族響應逆境脅迫的作用

4.1 AP2/ERF家族在生物脅迫中的作用

OsBIERF3抗真菌和細菌病害的免疫具有積極作用，OsBIERF3過表達植物表現出對稻瘟病菌和水稻細菌性條斑病菌的抗性增加，而OsBIERF3抑制植物表現出對稻瘟病菌和水稻細菌性條斑病菌的抗性降低［74］。過表達玉米轉錄因子基因ZmERF105可以提高玉米對大斑病菌的抗性，而ZmERF105的突變系增加了對大斑病菌的敏感性。過表達ZmERF105株系在感染大斑病菌前后的超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性均高于野生型玉米品系。這些均表明ZmERF105正向調節玉米對大斑病菌的抗性［75］。小麥轉錄因子基因TaAP2-15的沉默增加了小麥條銹菌的易感性，同時促進了病原體的生長［76］。甘藍AP2/ERF 轉錄因子通過植物防御途徑的錯誤調節促進了植物對黃單胞菌的易感性［77］。對月季（Rosa chinensis）AP2/ERF 進行全基因分析與基因表達分析發現，有23 個RCERF 基因被真菌灰霉菌誘導，其中，RcERF099參與調控玫瑰花瓣對灰霉病的抗性［78］。ZmEREB58可以調控玉米萜類合成酶基因TPS10的表達，進而增強玉米的抗蟲性［79］。擬南芥AT4g13040是AP2/ERF 家族中的一個獨特的成員，在病原菌、外源水楊酸（SA）以及在能夠激活SA信號的突變體中上調，并且該基因在擬南芥PAD4下游發揮作用，能夠促進病原菌誘導的SA 積累，是水楊酸積累和對細菌病原體基礎防御的正調控因子，作用于SA 積累的上游［80］。AP2/ERF 家族轉錄因子APD1功能是光介導的針對細菌病原體的防御和系統獲得性抗性所必需的，該基因正向調節SA 的生物合成和對致病細菌的防御［81］。因此，AP2/ERF 轉錄因子在植物應對生物脅迫方面發揮重要作用（表3）。

表3 參與生物脅迫的AP2/ERF 轉錄因子Table 3 AP2/ERF transcription factors involved in biological stress

4.2 AP2/ERF家族在非生物脅迫中的作用

非生物脅迫會改變植物激素的產生和分布，進而通過激素信號成分和AP2/ERF 家族應對脅迫反應（圖2）［82］。AP2/ERF 轉錄因子在各種非生物脅迫中均發揮重要作用。

圖2 AP2/ERFs 在激素途徑中的作用Fig.2 Role of AP2/ERFS in hormone pathway

4.2.1 AP2/ERF 家族在抵抗水分脅迫中的作用 水分脅迫會嚴重限制植物生長，影響植物產量。AP2/ERF 家族轉錄因子應對水分脅迫時具有多種調節方式，但主要通過激素調節，如ZmEREB180可以被乙烯誘導表達，通過增強不定根（ARs）的形成和調節抗氧化劑的水平提高長期淹水脅迫玉米的存活率［83］。Submergence-1（Sub1）是影響水稻耐淹水能力的一個主要數量性狀位點，包含2 個或3 個ERFlike 基因，其轉錄物受淹水脅迫調節。水稻耐淹性是由Sub1A的特定等位基因變異體賦予的，該變異體抑制乙烯產生和GA 響應［84］。在深水條件下，乙烯在植物中積累并誘導SNORKEL1和SNORKEL2表達，通過赤霉素引發顯著的水稻節間伸長去應對水淹［85］。OeAP2-101、OeAP2-28、OeAP2-42受水脅迫誘導顯著上調，推測這些基因對水分脅迫具有重要作用［86］。異源表達中間錦雞兒（Caragana intermedia）基因CiDREB3改變轉基因擬南芥的形態，并提高轉基因擬南芥在幼苗發育期間的耐旱性［87］。油菜素類固醇信號負調控擬南芥AP2/ERF 轉錄因子基因TINY，通過激活干旱反應基因和促進脫落酸介導的氣孔關閉正調控干旱反應［88］。OsERF83可以調控干旱相應基因表達，過表達OsERF83顯著提高水稻的耐旱性，并具有更高的光化學效率［89］。過表達ZmERF21顯著增加葉綠素含量和抗氧化酶的活性，并調節激素信號和脅迫應答基因的表達，從而增強玉米幼苗的耐旱性［90］。脅迫誘導轉錄因子基因TaERF-6-3A的表達，該轉錄因子增加了轉基因擬南芥對干旱脅迫的敏感性［91］。ERF 家族轉錄因子基因OsERF101調節水稻生殖組織的干旱應激反應［92］。ZmDREB2A的組成型表達或脅迫誘導表達提高植物的抗旱性［93］。在水稻中異源表達番茄TSRF1，誘導水稻脫落酸（ABA）合成相關基因SDR以及脯氨酸合成和光合作用相關基因的表達，從而增強轉基因水稻對滲透脅迫和干旱脅迫的抗性［94］。小麥TaERF1受干旱誘導，該基因在擬南芥中異源表達能夠提高轉基因擬南芥的抗旱性［95］。在干旱處理后，與野生型相比，過表達AtRAP2.4 擬南芥葉片的角質層蒸騰和葉綠素流失較慢，該基因通過激活擬南芥表皮蠟質的生物合成來應對干旱脅迫［96］。

4.2.2 AP2/ERF 家族在抵抗溫度脅迫中的作用 高低溫對植物的生長發育有很大的不利影響，限制了植物的生物量和產量，高等植物發展出各種復雜而獨特的防御機制來響應外界的逆境脅迫。PtrERF9作用于乙烯信號的下游，該基因通過調節PtrGSTU17的轉錄維持植物體內ROS 平衡進而在植物耐寒性中發揮積極作用［97］。AP2/ERF 轉錄因子HcTOE3正調控擬南芥的抗凍性，轉基因株系表現出較低的丙二醛含量、電解質外滲量和較少的活性氧積累，并且存活率、抗氧化酶活性和滲透調節物質脯氨酸的含量都有所提高［98］。對秈稻（Oryza sativaL.ssp.indica）的AP2 轉錄因子進行全基因組研究和表達分析，揭示了AP2 轉錄因子可以應對熱脅迫［99］。OsERF115/AP2EREBP110受高溫和干旱脅迫強烈誘導，過表達OsERF115/AP2EREBP110提高種子和營養生長期植株的耐熱性［100］。CaERF109受低溫誘導，不受高溫和植物外源激素生長素、赤霉素和茉莉酸甲酯誘導，該基因可能參與辣椒低溫脅迫應答［101］。DREB 是AP2/ERF 家族中的一類重要的與非生物脅迫密切相關的轉錄因子，DREB 能夠特異性結合DRE/CRT 順式作用元件，激活下游多種抗逆功能基因的表達，且不依賴ABA 信號轉導途徑，從而提高植株對非生物脅迫的抗性［102-103］。過表達CmDREB6激活熱相關基因的轉錄，從而提高菊花對熱應激的耐受性［104］。Chen 等［105］克隆了一個AP2/EREBP 基因OsDREBL，其可以被冷應激快速誘導。楊雪［106］研究表明AP2/ERF 轉錄因子基因OsSub1C可能通過抑制冷敏感基因的表達來響應低溫脅迫。結縷草DREB 亞家族基因ZjDREB1.4在不抑制生長的情況下，提高轉基因擬南芥對高溫和冷凍脅迫的耐受性［107］。利用酵母單雜交技術，從擬南芥中克隆DREB1A和DREB2A，其中，DREB1A受低溫誘導，而DREB2A受干旱、高鹽和高溫誘導［108］。Dubouzet 等［109］從水稻中分離了5 個DREB 同源基因，OsDREB1A、OsDREB1B、OsDREB1C、OsDREB1D和OsDREB2A，其中，OsDREB1A和OsDREB1B被寒冷誘導表達，而OsDREB2A的表達受干旱和高鹽的誘導，過表達OsDREB1A提高轉基因植物對干旱、高鹽和冷凍脅迫更高的耐受性。枸橘PI-B05和PIC10是被冷脅迫誘導的2 個AP2/ERF 家族轉錄因子，對冷脅迫具有重要作用［110］。

4.2.3 AP2/ERF 家族在抵抗鹽脅迫中的作用 鹽分會對植物造成離子滲透，AP2/ERF 是鹽脅迫信號響應通路中的一個重要調節因子［111］。異源表達GhERF13.12擬南芥表現出更高的鹽脅迫耐受性。該基因參與ABA 信號轉導、并使脯氨酸生物合成和ROS 清除基因的表達增強，此外，沉默GhERF13.12導致棉花對鹽脅迫的敏感性增加［112］。在擬南芥中，異源表達一個含有AP2 結構域的大豆轉錄因子基因GmSGR發現，在較高的ABA 和葡萄糖濃度下，轉基因擬南芥種子的發芽率明顯高于野生型種子。在鹽脅迫下，轉基因擬南芥種子的發芽率低于對照。而且轉基因擬南芥的幼苗中，AtEm6和AtRD29B的表達高于野生型幼苗，表明GmSGR可通過調節AtEm6和AtRD29B的表達而降低轉基因種子的ABA敏感性，并增強鹽敏感性［113］。JcERF被鹽分、干旱、乙烯和機械傷害處理誘導，但不被ABA 脅迫誘導，擬南芥中異源表達JcERF增強了植物對鹽和寒冷的耐受性［114］。在逆境脅迫條件下，羊草（Leymus chinensis）LcDREB3a參與ABA 和非ABA 依賴的信號轉導途徑，擬南芥中異源表達該基因可以提高轉基因擬南芥的抗旱和抗鹽能力［115］。Zhang 等［116］研究表明煙草中異源表達GmERF3可以提高植物對高鹽和干旱的耐受性。GmERF4和GmERF7受到鹽、干旱和茉莉酸等多種脅迫處理的誘導，異源表達GmERF4或GmERF7轉基因煙草也表現出對鹽脅迫更高的耐受性［117-118］。GmDREB1可以通過與ERFlike 轉錄因子形成異二聚體來調節下游脅迫相關基因的表達，從而提高轉基因大豆的抗旱性［119］?；瘕埞℉ylocereus undatus）HuERF1被乙烯和高鹽誘導，在擬南芥中，異源表達HuERF1增強轉基因擬南芥對鹽脅迫的耐受性，減少超氧化物和過氧化氫的積累，并且提高抗氧化酶的活性。表明HuERF1參與調控乙烯介導的鹽脅迫耐受性［120］。水稻鹽敏感性ERF 基因SERF1在鹽脅迫的初始階段放大了活性氧激活的MAPK 級聯信號，并將鹽誘導的信號轉化為適當的表達反應，從而產生耐鹽性［121］。大麥HvDREB1在轉基因擬南芥中的異源表達增強了轉基因擬南芥對高鹽脅迫的耐受性［122］。IbRAP2-12是從甘薯的耐鹽品種中克隆出來的一個AP2/ERF 轉錄因子，Li 等［123］研究表明IbRAP2-12賦予轉基因植物對鹽脅迫更高的耐受性。ZmEREB102參與了玉米抗旱耐鹽的響應，并且通過參與ABA 生物合成途徑負調節植物在脅迫下的萌發［124］。JcDREB2主要在葉片中表達，可被脫落酸誘導，但被赤霉素（GA）和鹽脅迫抑制。異源表達JcDREB2的水稻植株表現出矮化和GA 缺乏表型，轉基因水稻中GA 生物合成基因的表達水平也顯著降低，此外，異源表達JcDREB2增加水稻對鹽脅迫的敏感性［125］。在水稻中，異源表達JcERF011增加了其對鹽脅迫的敏感性［126］。在擬南芥中，異源表達LcERF054增強了轉基因擬南芥對鹽脅迫的耐受性，轉基因擬南芥表現出更高的種子萌發率，并且在脅迫條件下具有更高水平的相對含水量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和更低水平的丙二醛［127］。在擬南芥中，異源表達甜橙CsERF36可以提高擬南芥的耐鹽性，在鹽脅迫下，異源表達CsERF36的擬南芥表現出比野生型更強的生命力［128］。

4.2.4 AP2/ERF 家族在抵抗其他非生物脅迫中的作用 擬南芥RAP2.2是一個對缺氧存活至關重要的乙烯反應轉錄因子基因，過表達RAP2.2在低氧脅迫下提高了植物的存活率，而含有該基因T-DNA 敲除株系的存活率低于野生型［129］。2 個擬南芥缺氧響應基因HRE1和HRE2對擬南芥缺氧反應具有重要作用，過表達HRE1的轉基因擬南芥植株表現出更好的耐缺氧性，且單基因敲除突變體與野生型無顯著差異，而雙敲除突變體hre1hre2比野生型更易受影響［130］（表4）。

表4 參與非生物脅迫的AP2/ERF 轉錄因子Table 4 AP2/ERF transcription factors involved in abiotic stress

4.3 AP2/ERF家族在生物合成中的作用

AP2/ERF 轉錄因子在生物合成方面也發揮著重要作用。丹參（Salvia miltiorrhiza）是一種中藥材，對治療心血管、腫瘤等疾病具有很高的藥用價值。有研究表明丹參的2 個AP2/ERF 轉錄因子基因Smoo8和Sm082對丹酚酸及丹參酮生物合成具有調控作用。過表達Smoo8和Sm082株系中丹酚酸B、二氫丹參酮Ⅰ和隱丹參酮的含量明顯上升，抑制表達Smoo8和Sm082株系中二氫丹參酮Ⅰ、隱丹參酮、丹參酮Ⅰ、丹參酮ⅡA、丹酚酸B 等含量明顯下降［131］。2021年，Yu 等［132］研究表明SmAP1、SmAP2和SmERF2對鹽脅迫下丹參根部丹參酮的生物合成具有正向調節作用，其相對表達水平的升高與丹參酮含量呈正相關。Zheng 等［133］研究表明SmERF73調節丹參酮生物合成基因的表達。該基因在丹參中的過表達協同上調了7 個丹參酮生物合成基因的轉錄，其中4 個位于丹參酮基因簇中，從而增加了丹參酮的積累，而SmERF73的沉默降低了相應基因的轉錄和丹參酮的積累。呋喃酮是草莓果實香氣的主要貢獻者，其生物合成的最后一步由草莓醌氧化還原酶（FaQR）催化，FaERF#9-FaMYB98轉錄復合物通過激活醌氧化還原酶在草莓中的表達來調節呋喃酮的生物合成，乙烯反應因子FaERF#9是FaQR 啟動子的正調節因子［134］。雙吲哚生物堿長春花堿和長春新堿是公認的具有抗腫瘤作用的生物堿，有研究表明AP2/ERF 轉錄因子CrERF5正調控長春花雙吲哚生物堿及其前體的生物合成，在過表達CrERF5花瓣中，雙吲哚生物堿、長春花堿以及單吲哚生物堿等含量顯著增加，而在沉默CrERF5植物中，它們的含量下降［135］。Xu 等［136］通過轉錄組分析與qPCR 鑒定出2 個GpAP2/ERF與絞股藍皂苷生物合成基因表達水平以及對茉莉酸響應模式一致，推測它們是中草藥絞股藍皂甙生物合成的潛在調控基因。通過差異轉錄組分析等方法挖掘與三七皂苷生物合成相關的基因發現，PnERF2和PnERF3的表達模式與三七皂苷生物合成的關鍵基因表達模式呈正相關，證明這兩個轉錄因子可能參與了三七皂苷的生物合成［137］（表5）。

表5 參與生物合成的AP2/ERF 轉錄因子Table 5 AP2/ERF transcription factors involved in biosynthesis

5 展望

植物容易受到外界環境的干擾，為了應對這些干擾，植物已經進化出多種復雜的信號網絡，轉錄因子在植物生長發育和適應環境脅迫的信號通路以及網絡調節中起著至關重要的作用。AP2/ERF 轉錄因子是最重要的植物轉錄因子家族之一，AP2/ERF家族蛋白在植物生長發育、生物與非生物脅迫以及生物合成方面均有重要作用。AP2/ERF 家族轉錄因子功能復雜，能夠參與多種通路、調控多個基因，但目前研究大多只是功能驗證以及下游調控相關研究，對其被調控的內在機制了解不夠深入。因此，有必要對該家族轉錄因子進行更深入的研究，將該家族轉錄因子應用起來，為今后培育優良的作物品種奠定基礎，并加強其在實際生產中的應用研究。