ERF（ethylene responsive factor）是植物所特有的一類轉錄因子。ERF家族成員在結構上有共同的特點：每個成員都含有一個大約由60個胺基酸組成的非常保守的DNA結合域，含有ERF結合域的轉錄因子在植物中廣泛存在，並且參與植物的生長發育及生理生化反應的信號轉導。
基本介紹
- 中文名：ERF轉錄因子
- 外文名：ethylene responsive factor
- 別名：乙烯回響因子
分類,主要結構,DNA結合域,轉錄調控域,與目標DNA的結合,作用,
分類
根據ERF轉錄因子所結合的順式作用元件，可將它們分為兩大類。第一類與GCC盒結合，GCC盒曾稱之AGC盒、PR盒，保守序列為AGCCGCC，主要存在於大量鹼性PR基因的啟動子中，起著乙烯應答元件的作用。不過，一些非生物脅迫應答基因的啟動子中也含有GCC盒。第二類與DRE/CRT（DRE：dehydration—responsive element，乾旱應答元件；CRT：C repeat）結合，DRE/CRT的保守序列為CCGAC，存在於許多低溫應答或乾旱誘導的基因中。屬於第一類的有擬南芥的AtEBP、ERF1、AtERFs、番茄的Ptis、菸草的ERFs、水稻的OsEBP-89等。屬於第二類的有擬南芥的CBF1、DREB1、玉米的DlBFj/2、大麥的Cbf3、小麥的TaDREB1、水稻的OsDREB等。不過還有一些ERF轉錄因子比較特殊，如菸草的Tsil既能與DRE/CRT特異性結合，又能與GCC盒特異性結合，長春花的ORCA1/2能與類似GCC盒的順式作用元件特異性結合。
主要結構
DNA結合域
DNA結合域是指轉錄因子識別順式作用元件並與之結合的一段胺基酸序列，相同類型的轉錄因子DNA結合域胺基酸序列較為保守。植物轉錄因子中比較典型的DNA結合域有bZIP（鹼性亮氨酸拉鏈）結構域、鋅指結構域、MADS結構域、MYC（鹼性螺旋-環-螺旋）結構域、MYB結構域、Hemeo結構域、AP2/EREBP結構域、WRKY結構域等。乙烯應答元件結合因子ERF最先是Ohme-Takagi等從菸草中作為GCC-box結合蛋白分離出來的。ERF蛋白具有一個高度保守的含58或59個胺基酸的DNA結合域。ERF轉錄因子DNA結合域的特定胺基酸序列決定它們與順式作用元件識別及結合的特異性。
通過核磁共振對ERF三維空間結構的研究表明，其N端部分含有3個β摺疊，對識別各類順式作用元件起著關鍵的作用，其中位於第2個β摺疊中的第14、19位的2個胺基酸殘基的差異，決定這類轉錄因子與不同的順式作用元件的特異結合。羧基末端還包含1個由18個胺基酸殘基組成的核心序列，該序列形成雙親性的α-螺旋，該螺旋可能參與同其它轉錄因子或DNA間的相互作用。
轉錄調控域
同一家族轉錄因子的主要區別在於它們的轉錄調控結構域各不相同，轉錄調控結構域包括轉錄激活域（transcription activation domain）和轉錄抑制域（transcription repression domain）兩種，它們決定轉錄因子功能的差異。近年來，對轉錄激活域進行了廣泛深入的研究，對轉錄抑制區的研究相對較少。典型的植物轉錄激活域是與DNA結合域分開的，一般由30-100個胺基酸組成，該結構域常見有4種特徵：富含酸性胺基酸，富含脯氨酸，富含谷氨醯胺和富含絲氨酸/蘇氨酸。有的轉錄因子可同時具有幾個激活結構域。這些結構域可能是轉錄因子與其他蛋白質接觸作用的區域。利用植物細胞瞬間轉化分析、酵母瞬間轉化分析和轉基因植株分析，證明大部分ERF轉錄因子是轉錄激活因子。而被歸類於第Ⅱ類ERFs的AtERF3和AtERF4則是轉錄的主動阻抑蛋白（active repressors）。主動阻抑蛋白含有特異的阻抑結構域，通過這些阻抑結構域干擾其它轉錄激活因子的激活能力或直接影響基本轉錄複合物（basal transcriptional machinery）的成分，從而阻抑轉錄的起始。
與目標DNA的結合
ERF類蛋白能特異性地結合於GCC盒順式作用元件上。GCC盒存在於GCC很多編碼與致病有關蛋白質基因的啟動子區域，乙烯常常誘導這些基因的表達。植物受到病原體侵襲後，乙烯生物合成量迅速增加，然後乙烯通過GCC 盒激活一系列下游的PR基因（如1.3葡聚糖酶，幾丁質酶）。GCC盒由11個鹼基組成，其核心序列為GCCGCC因此而得名。系統的DNA突變分析證明GCC盒是ERF蛋白最佳結合序列，特異的氨基端接觸限制在GCC盒的GCCGCC 區段，而且第1個G、第4個G和第6個C的特異性最高。G1、G4、C6這三個位點的鹼基發生替換可引起結合親和性大幅降低，而GCC盒中其他的鹼基對於不同的蛋白其結合特性也下降，但降低幅度相對小一些。
作用
乙烯在果實中受兩條途徑調節：生物合成途徑和信號轉導途徑。乙烯生物合成包括兩個關鍵步驟：ACC合成酶（ACS，ACC synthase）將S-腺苷甲硫氨酸（SAM，S-adenosylmethionine）轉化為1-氨基環丙烷羧酸（ACC，1-aminocyclopropanecarboxylic acid），然後通過ACC氧化酶（ACO，ACC oxidase）從ACC中形成乙烯。在乙烯信號轉導途徑中，乙烯首先與受體結合，使乙烯信號途徑的負調控因子CTR1（Constitutive triple response 1）失活，導致CTR1無法磷酸化下游的正調控因子EIN2（Ethylene insensitive 2），去磷酸化的EIN2可以穩定下游乙烯信號途徑的初級轉錄因子EIN3/EIL（Ethylene insensitive 3-like/ethylene insensitive 3）並促進其積累。在EIN3/EIL下游，ERF作為觸發乙烯信號傳遞的二級轉錄因子，可以專一地與乙烯反應基因啟動子的脫水反應元件（DRE，dehydration responsive element）基序或GCC-box結合，最終誘導乙烯反應。
除了正反饋基因外，有少部分ERF轉錄因子還表現為ACS和ACO活性的阻遏物，以阻止乙烯生物合成，包括AtERF11和MaERF11。因此，ERF不僅回響乙烯信號轉導，還可以反饋調節植物組織中乙烯的合成。
