植物锌指蛋白与研究进展
目录
中文摘要及关键词 (3)
英文摘要及关键词 (4)
引言 (5)
1.锌指蛋白 (5)
1.1锌指蛋白概念 (5)
1.2锌指蛋白结构 (6)
2.锌指蛋白分类 (6)
2.1 C2H2型锌指 (7)
2.2 C4型锌指 (9)
2.3 C6型锌指 (9)
3.锌指蛋白调控机理 (9)
3.1对DNA靶序列的识别 (10)
3.2与RNA相互作用 (10)
3.3与DNA-RNA杂交双分子特异性结合 (10)
3.4锌指之间的相互作用 (11)
4.逆境相关的植物锌指蛋白 (11)
4.1与盐胁迫有关的锌指蛋白 (11)
4.2与冷胁迫有关的锌指蛋白 (13)
4.3与干旱胁迫相关的锌指蛋白 (14)
4.4与氧胁迫有关的锌指蛋白 (14)
4.5强光胁迫下有关的锌指蛋白 (15)
5.锌指蛋白应用前景与展望 (15)
结束语 (16)
参考文献 (17)
致谢 (22)
摘要
锌指蛋白是一类对基因调控起重要作用的转录因子，具有手指状结构域，对基因调控起重要作用。根据其结构域的不同，可将锌指蛋白主要分为C2H2型、C4型和C6型。C2H2型是研究较多，较为明确的一种锌指蛋白。锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA的序列特异性结合，以及与自身或其他锌指蛋白结合，在转录和翻译水平上调控基因表达，参与许多生理过程。近年来国内外学者对其进行了广泛研究，利用转基因技术, 将一些与逆境胁迫相关的锌指蛋白基因在目标植物中过量表达后, 能对植物起到增强抗逆性的作用, 说明锌指蛋白在增强植物逆境抗性方面有着广阔的应用前景。这些研究成果对日后利用基因工程技术改良作物品质，提高作物抗逆性提供了有利条件。
关键词：转录因子；锌指蛋白；逆境胁迫
Abstract
Zinc finger protein is a transcription factor plays an important role in gene regulation, with finger-like domain, plays an important role in gene regulation. Depending on the domain, zinc finger protein is divided into C2H2, C4andC6. C2H2 type is a zinc finger protein that more research and more specific. Zinc finger protein in combination with the target molecules of DNA, RNA, DNA-RNA sequence- -specific binding, and refers to itself or other zinc on the level of transcription and translation, regulation of gene expression involved in many physiological processes. Foreign scholars in recent years on the extensive research, the use of transgenic technology, will some and adversity stress related zinc finger protein gene in target plants excessive expression, to an increase the role of plant resistance that zinc finger protein in the increase in resistance plant stress have broad application prospect. The results of this study in the future use of genetic engineering technology improve the art provides favorable conditions.
Key words：Transcription factor; Zinc finger protein; Adversity stress
引言
真核生物基因表达是一个十分复杂而有序的过程，它是众多反式因子和顺式作用元件之间相互作用的结果。基因的表达在各个层次上都受到精密的调控（包括染色体结构、转录、转录后、翻译和翻译后加工等水平的调控），发生在转录水平的调控是基因调控的重要环节。其中转录因子（Transcription Factor,TF）和转录因子结合位点（Transcription Factor Binding Site,TFBS）是转录调控的重要组成部分。锌指蛋白最初于1983年在非洲瓜蟾卵母细胞中的转录因子TF ⅢA中被发现[1-2]，是迄今在真核生物基因组中分布最广泛的一类蛋白。多年来研究发现，该蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，人类基因组中可能有进1%的序列编码含有结构的蛋白。[3-4]锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子，通过对特定下游基因的表达调控，在细胞分化、胚胎发育、增强植物抗逆性以及防御等生命过程中具有重要作用。[5]近年来已成功设计了特异性锌指蛋白元件用于调节与植物抗逆相关基因的表达，并不断地发现与基因调控相关的新的锌指蛋白，为提高农作物产量，改善作物品种提供了广阔前景。[6-8]本文简要综述了锌指蛋白的结构、分类、功能、调控机理以及逆境胁迫相关锌指的研究和锌指蛋白应用前景等方面的进展。
1 锌指蛋白概念及结构
1.1 锌指蛋白概念
锌是植物必须的营养元素，锌指蛋白（Zinc finger protein）是生物体内含有众多成员的一个转录因子家族，因其具有指状结构特征并且能结合Zn2+而得
名。1988年，Pabo等给出了对锌指结构的描述：在调节蛋白一小段氨基酸序列中含有几个Cys残基，这些区域是依赖锌的DNA结构域，它可以通过结合Zn2+自我折叠形成短的稳定的手指状结构[9]。锌指蛋白最早是在80年代初科学家在研究转录因子TFⅢA时发现的，是至今为止在真核生物中含量最丰富的一类蛋白，C2H2型锌指蛋白是锌指蛋白中最常见的一种。
1.2 锌指蛋白结构
锌指蛋白是基于它的结构特征而得名,常见的锌指结构中，锌多与半胱氨酸和（或）组氨酸结合，形成一个在蛋白质中相对独立的区域，排列组成稳定的四面体结构，通过疏水作用来稳定其结构（图1）。
图1.锌指结构示意图
GRAPH 1.Zinc finger structure diagram
在锌指蛋白中，锌离子的地位是不可替代的，它的存在是锌指蛋白发挥调控作用的关键。锌可以通过锌指结构，使激活子蛋白与增强子序列特异性结合而调节基因的表达。锌指结构的稳定性主要是由锌离子提供的链间的交叉连接，锌离子缺乏时不能形成折叠结构。当用Zn2+螯合剂去除Zn2+，或用Fe、Cu、Mu、Co、Ni 等重金属离子置换锌离子后[10]，锌指蛋白与DNA等结合特异性就会显著的被抑制，同时蛋白自身的结构稳定性也会遭到破坏，影响基因的表达。用半胱氨酸或组氨酸代替锌离子通常也会导致锌指功能的丧失。由此可见锌指结构的稳定性是保证锌指蛋白功能性的前提。
2 锌指蛋白分类
锌指存在于动物、植物和微生物中，但不同种属中典型锌指的数目和相邻锌
指间连接长度有很大不同。不同的蛋白结构对应不同的功能，根据锌指半胱氨酸（Cys）和组氨酸（His）残基围绕Zn2+所构成的空间位置和数目得不同，Krishna 等[11]把锌指蛋白分成8个不同的折叠群（foldgroup）：类C2H2型锌指（C2H2 like）、赛结状锌指（gagknuckle）、高音谱号锌指（treble clef）、带状锌指（zincribbon）、Zn2/Cys6型锌指（Zn2/Cys6）、类TAZ2型锌指（TAZ2 do-main like）、锌离子结合短环锌指（short zinc binding loops）和金属疏蛋白锌指（metallothionein）。前三个折叠群包含了目前发现的大多数锌指类型。
根据锌指蛋白结构域的差异，又可以将其分为C2H2型（Krüppel 相关型）、C4型和C6型等3个类群[12-13]。
2.1 C2H2型锌指
C2H2型即Cys2His2型锌指也被称为经典型锌指，即两个Cys和两个His结合一个锌离子，是最先在TFⅢA 中发现的，又称为TFⅢA型锌指蛋白(TFA因子为RNA聚合酶转录 5SrRNA 基因所必需)，是目前研究最多最广泛的一类锌指，在拟南芥植物中已发现有176种C2H2型锌指蛋白[14]。
2.1.1 C2H2型锌指蛋白的分类
C2H2型锌指蛋白中的锌指模体以线性重复的排列方式存在于蛋白质的C端。依据锌指蛋白的数量以及在蛋白中的分布情况，大多数C2H2锌指蛋白属于下列3类之一：（1）含3个C2H2型锌指的蛋白（tC2H2），小鼠转录因子Zif268就属于这类蛋白；（2）含多个锌指的C2H2型锌指蛋白（maC2H2），TFⅢA锌指就属于这种蛋白；（3）锌指成对间隔排列的C2H2型锌指蛋白（spC2H2），如 Tramtrack（TTK）便属于这类蛋白[15-16]。一些C2H2型锌指蛋白能识别并结合特异性RNA或DNA片段，另一些则只能与RNA结合。通常锌指蛋白含锌指数目越多，它选择结合的能力就越强。
2.1.2 C2H2型锌指蛋白的结构
C2H2型锌指蛋白包含的锌指数目从1个到30多个不等，研究发现具有以下同源保守序列[17]：
(Tyr,Phe)–X–Cys–X2–5–Cys–X3–(Tyr,Phe)–X5–Leu–X2–His–X3–5–His
（X为可变氨基酸）
这些序列在锌离子存在时能够紧密折叠形成ββα结构，其中锌离子夹叠在α螺旋和2股反向平行的β链中，锌与β链末端的两个半胱氨酸和α螺旋C端部
分的两个组氨酸形成四面体结构[18]。对锌指结构的详细分析显示α螺旋通常包含若干个片段，而每个片段由310个微螺旋构成，在含有HX3H序列的组氨酸间区域，这种结构尤为典型。锌指结构中有一些充分保守的区域，其结构稳定性主要是由锌存在及锌结合位点侧面的保守疏水核来维持。
(1) 含3个锌指的C2H2 型锌指结构蛋白(tC2H2)
Zif268锌指蛋白，它属于tC2H2型锌指蛋白，具有3个锌指，每一个锌指形成两个β折叠和一个α螺旋，锌指之间由接头连接，β折叠和α螺旋以及接头内的氨基酸具有保守性。3个锌指在蛋白内串联排列，并且具有相同的跨度与间隔每一个锌指相对于 DNA 的取向是相同的，与DNA 成反向平行，ZF1 位于正义链的 3＇端，ZF3 位于正义链的 5＇端[19-20]（图2）。
图2：Zif268锌指结构
GRAPH 2.Structures of Zif268 zinc finger
（2）含多个锌指的C2H2型锌指结构蛋白（maC2H2）
该组锌指蛋白含有4个或以上的锌指结构域，一些蛋白含有30个以上的锌指，各锌指间的间隔较均匀，TFⅢA是该类型锌指蛋白的代表，虽然该组锌指蛋白具有多个锌指结构，但并非每个锌指都可以与DNA结合。TFⅢA含有 9个串联排列的锌指，对非洲爪蟾TFⅢA序列的研究显示其锌指具有如下特征[21]：（1）各锌指之间除了亮氨酸与苯丙氨酸外，其余氨基酸无明显的同源性，这两个氨基酸对于维持锌指的构象是必需的，但对锌指的配体结合特性无影响；（2）在8个锌指接头中只有锌指1与2以及锌指2与3之间具有典型的保守序列，分别为TGEKP和
TGEKN；（3）锌指5与6以及锌指6与7之间的接头非常短（图3）。
(3) 锌指成对间隔排列的C2H2型锌指蛋白（spC2H2）
该类锌指蛋白的特征为锌指结构成对出现，各锌指对之间存在一定的间
隔 ,Tramtrack(TTK)是该类锌指蛋白的代表之一[22]，该蛋白是果蝇进化基因fushi-tarazu的转录调节基因，具有两个C2H2锌指，位于蛋白的羧基端。
图3：TFⅢA序列锌指特征
GRAPH 3.TFⅢA zinc finger characteristics
2.2 C4型锌指
C4型锌指（Cys2/Cys2型锌指），即4个Cys与一个锌离子结合，这类锌指常见于一些类固醇受体中，如雌激素受体，皮质唐受体中等。C4型锌指家族包括锌纽（2 Zn2/Cys4，zinc twist）和锌带（Zn/Cys4，zinc ribbon）两类。锌纽锌指由8个保守的Cys 残基与2 个Zn2＋分别组成2个四面体配位结构，形成了一个纽形的DNA识别位点。它主要包括GATA 蛋白[23]、LIM 蛋白[24]及核激素受体蛋白。6种GATA 结合蛋白GATA-1～GATA-6 以双锌指区域与它们靶基因调控区的保守序列（A/T）GATA（A/G）结合[25]。锌带锌指由3条反平行的β折叠组成，以TFⅡS为代表。与C2H2型锌指不同，C4型锌指以二聚体方式与DNA结合。通常，同源二聚体识别靶基因的反向重复序列，而异源二聚体结合正向重复序列。
2.3 C6型锌指
C6型锌指蛋白主要包括一些真菌转录调控因子，研究最多的是酵母转录激活因子GAL4。该蛋白包含一个由6个半胱氨酸围绕着2个锌离子而形成的DNA 结合区
[27]又称锌簇（Zn
2/Cys6，zinc cluster）。这类转录因子的特点在于其只有一个锌指区域，但是却可以结合2个锌离子。C6型锌指蛋白能够以单体、二聚体的方式与DNA结合[28-30]。
3 锌指蛋白调控机理
锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA杂交分子的序列特异性结合以及自身或其他锌指蛋白结合而在转录和翻译水平上调控基因的表达[31]。
3.1 对DNA靶序列的识别
锌指蛋白能特异性的识别DNA，主要是由其DNA结合域具有与DNA爽螺旋互补的特殊表面结构，依靠其指型空间结构深入到DNA双螺旋的大沟内，通过α螺旋与DNA碱基发生特异性接触。
锌指与DNA结合时必须满足如下条件：（1）锌指蛋白的α螺旋位于大沟；（2）锌指蛋白携带正电荷的区域接近磷酸骨架；（3）锌指间的接头结构相对固定[32]。大多数C2H2型锌指蛋白都含有一个连接相邻锌指的高度保守的接头（linker）序列TG(Q/E)KP。接头序列通过氢键与相邻锌指的α螺旋羧基末端结合，称为“羧基端加帽”（C-capping）。SWISSPROT数据库中显示[33]，70%以上的接头序列可以形成这样的“帽子”结构，说明DNA结合诱导的α螺旋加帽在锌指蛋白的功能上起着重要的作用。锌指DNA结合模型假设接头序列的稳定性促进了锌指蛋白结合DNA时的移动。一旦锌指蛋白在寻找其结合的同源位点时遇到正确的DNA序列，接头结构就会随之发生变化，形成“弹簧锁”结构，使处于正确位置的锌指能够与DNA双螺旋表面的大沟发生最佳结合[34]。
3.2 与RNA相互作用
锌指不仅能与DNA发生相互作用，也能识别RNA，如TFⅢA 既可以与5SrDNA
结合，也可以与该基因的转录产物5SrRNA结合形成7SrRNA 复合物[35]。
TFⅢA有9个串联排列的锌指，锌指4-6识别结合5SrRNA，而锌指1-3负责结合DNA。TFⅢA中α螺旋主要参与DNA发生相互作用，而对于RNA的识别，磷酸骨架接触起主导作用。噬菌体显示试验证明[36]，在TFⅢA中，锌指4-6使用与DNA结合相似的α螺旋识别RNA，但是对于与RNA结合,α螺旋的-1、+2位更为重要。
3.3 与DNA-RNA杂交双链分子特异性结合
转录激活因子SP1 是tC2H2型锌指蛋白，主要通过调控富含GC启动子的基因
表达，参与调节细胞功能，如细胞增生、凋亡、分化和肿瘤形成[37]。SP1可以和 19 bp 的DNA双链分子在一定的条件下结合，DNA-RNA 杂交双链分子（DNA 链富含 G）与SP1有相似稳定的结合。但是，DNA-RNA杂交分子（RNA 链富含G）和 RNA-RNA 双链分子的结合强度分别只有前者的1/10 和1/100。
用人为设计的锌指蛋白ZF-QQR和核酸结合，发现ZF-QQR和DNA-RNA杂交双链分子的结合强度是它与双链 DNA 分子结合强度的 5 倍，是与相应的SP1位点结合强度的100倍。以上结果说明锌指蛋白与杂交双链 DNA-RNA分子的作用是序列特异性的，并且是链特异性的[38]。
3.4 锌指之间的相互作用
锌指也可与其他蛋白发生蛋白-蛋白的相互作用，通过这种相互作用，进而影响锌指结合 DNA 的性质。如GAL4正是通过其两分子的GAL4蛋白结合发生二聚化作用而与DNA发生相互作用的[39]。Ikaros 是一类典型的maC2H2锌指蛋白[40]，在淋巴细胞的发育中起着重要作用。Ikaros 含有6个类Krüppel（属于tC2H2型锌指蛋白）锌指结构域，其中氨基端（N 端）4个可以结合序列特异性 DNA，而羧基端（C 端）的2个锌指可以形成同源二聚体。定点突变试验证明[41]，半胱氨酸和组氨酸是形成同源二聚体双锌指区域所必需的，并且该双锌指区域可以增强其N端4个锌指与靶序列GGGAA 的结合。Ikaros 还有2个同源蛋白Alios ,Helios，这3种蛋白既可以自身发生相互作用形成同源二聚体，也可以形成异源二聚体[42]。这类蛋白的寡聚化作用使它们可以与 DNA 结合，激活启动子中具有 GGGAA 序列的基因，进而激活该基因的表达。
4 逆境相关的锌指蛋白
近年来，真核生物基因的表达调控是分子生物学研究的热点和前沿，真核生物的基因调控主要在转录水平上进行的。调控DNA转录的转录因子蛋白类型有：螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix），亮氨酸拉链（leucine zipper），锌指蛋白（zinc finger protein）和β带（β-ribbon），其中锌指蛋白是真核生物中最普遍存在的一类DNA结合蛋白。许多转录因子具有“锌指”结构域，通过与特定的靶DNA或靶蛋白结合负责调控基因的表达[43]。这类转录因子是与DNA序列中的TATA盒/启动子结合的，故称为TATA结合蛋白。植物基因组中有相当一部分基因参与对环境变化的信号转到或转录调控，切往往是以家族的形式出现。如拟南
芥中约有1500种转录因子,分属于各种基因家族；其中有105种C2H2型锌指蛋白, 含锌转录因子占转录因子总22%[44]。迄今为止，锌指蛋白转录因子已被证明参与了一些重要的生理调控过程,在抵御干旱、盐渍、冷害等逆境胁迫方面具有重要作用(表1)。
4.1 与盐胁迫有关的锌指蛋白
Lippuner 等(1996) 利用酵母盐敏感突变体, 采用功能互补技术从拟南芥cDNA 文库中筛选到一个典型的C2H2型双锌指结构的转录因子STZ,该基因是真核生物中发现的第一个耐盐胁迫的锌指蛋白转录因子,STZ 的表达能够消除钙调磷酸酶缺失酵母的盐敏感性,并且它在调控下游与耐盐性有关基因的表达中可能起关键作用；在NaCl 处理时拟南芥根部的STZ 和STZ 的类似物表达量升高[45]。Sakamotod 等(2000) 研究STZ以及拟南芥其他3个C2H2双锌指蛋白AZF1、AZF2、AZF3, 发现在高盐胁迫下, 这4个锌指蛋白基因的表达量都增加, 而AZF2 的表达延迟, ABA 处理后发现只有AZF2 表达量增加。因此,认为AZF2 可能是参与依赖与ABA的信号途径中的调节因子, 而其他3个可能不参与依赖于ABA 的信号途径[47]。
表1.一些与逆境相关的植物锌指蛋白
TABLE 1.Zinc finger protein associated with adversity
●蛋白名称●基因号●锌指
数
●功能描述●植物
●AZF3
●STZ/ZAT
●ZAT12/RHL41 ●OSZFP1
●OSISAP1
●ZPT2-2
●ZPT2-3
●SCOF1
●ZFOC5
●BFL1-2
●TOBA1 ● A t5g43170
● A t1g27730
● A t5g59820
● A F171223
● A F140722
●D26083
●D26086
●U68763
● B Q739875
●AL749962
●CO267871
● 2
● 2
● 2
● 2
●-
● 2
● 2
● 2
●-
●-
●-
●盐、冷诱导
●盐、冷诱导
●光、氧胁迫
●盐诱导
●盐、干旱、冷抗性
●胁迫相关
●干旱胁迫相关
●耐冷
●干旱、盐诱导
●干旱诱导、耐盐
●渗透胁迫诱导
●拟南芥
●拟南芥
●拟南芥
●水稻
●水稻
●矮牵牛
●矮牵牛
●大豆
●大麦
●松树
●烟草
●NATTO3 ●DUR1-2 ●BEET2-2 ●BEET2-3 ●CF369279
●CB074315
●BI543265
●BI543239
● 2
●-
● 2
● 2
●渗透胁迫诱导
●伤病诱导
●非生物胁迫诱导
●非生物胁迫诱导
●马铃薯
●无梗花栎
●甜菜
●甜菜
注：“-”表示未知或没有
王东等(2002)从棉花( Gossypium hirsutum) 花瓣cDNA文库中随机挑选部分克隆, 经测序发现一个与拟南芥耐盐锌指蛋白基因同源的cDNA(CSTZ) ,含典型的植物双锌指(Cys2/His2) 结构区。Northern杂交证实, CSTZ的表达随棉花幼苗钠盐处理浓度的升高而增强。在棉花花龄期, CSTZ基因在叶片、根、花瓣和花药组织中大量表达, 在柱头组织中表达相对较弱[48]。黄骥等( 2002) 分离了水稻(Oryza sativa) 的C2H2型锌指蛋白基因, 序列分析表明它们与STZ的锌指区有高度的同源性, 盐诱导下表达量显著增强[49]。Mukhopadhyay等( 2004)通过水稻cDNA克隆得到一个编码锌指蛋白基因OSISAP1, 它编码含Cx2-4Cx9-12 Cx2Cx4Cx2 Hx5 HxC序列的共164个氨基酸的锌指蛋白。过量表达OSISAP1,可使转基因烟草耐盐性、耐旱性和耐冷性提高[50]。Li等( 2001) 从盐胁迫诱导下分离得到了下调的OSZFP1基因编码一个145氨基酸的有3个可能的C2C2型锌指结构域,OSZFP1在水稻芽的表达量要比在根部高,对芽6小时的盐胁迫处理后OSZFP 1表达量下降。在根部3小时的盐胁迫处理后OSZFP 1表达量下降；另外，外源ABA可明显降低OSZFP 1在芽部的表达[51]。孔瑾(2004) 构建了35S启动子的OSZFP 1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥和水稻愈伤组织中以过量表达OS-ZFP 1基因。转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高。这一结果表明OSZFP 1基因可能编码一种负调控蛋白, 它可能抑制某些盐诱导基因的表达。在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OSZFP 1基因的作用可能受ABA调节[52]。
4.2 与冷胁迫有关的锌指蛋白
低温能够诱导植物体内一些锌指蛋白基因发挥作用, 使植物耐受低温胁迫。Alexander 等(1999) 发现在冷胁迫下,转ZPT2-2：LUC 基因的矮牵(Petunia hybrida Vilm) 叶片中该基因受冷诱导[53],ZPT2-3亦受冷诱导表达[54],但是没有报道转基因植物是否更加耐受低温胁迫。
Sakamoto 等(2000)研究冷诱导下STZ 及拟南芥其他3个C2H2双锌指蛋白基因A ZF1、A ZF2、A ZF3 的表达情况, A ZF1、A ZF3 和STZ 的表达获得增强, 而AZF2的表达没有显著变化[47]。Kim 等(2001)从大豆(Glycine max)中通过cDNA 克隆得到一个编码C2H2型锌指蛋白基因SCOF-1，SCOF-1 是由低温和ABA诱导的核定位的锌指蛋白基因, SCOF-1 组成型过量表达诱导COR 基因的表达并且增强未经抗寒锻炼的转基因拟南芥和烟草( Nicotiana tabacum)的抗寒能力, 冷害后的SCOF-1 转基因植株比对照恢复的快, 并且发现T2代的SCOF-1转基因拟南芥仍能稳定诱导表达冷调节基因如COR15a, COR47和RD29B 在非低温下表达。有趣的是, SCOF-1 显著增强SGBF-1 体外绑定ABRE 序列的活性, 酵母双杂交系统实验证明SCOF-1 和SGBF-1 之间能相互作用,蛋白与蛋白之间的作用对于ABRE 参与冷调节基因的表达以增强抗寒能力是非常重要[55]。Mukhopadhyay 等( 2004) 研究表明转OSI-SAP1基因的烟草在低温条件下, 明显表现出较强的抗寒能力如叶片较深绿, 而且转入正常条件下转基因植株恢复较快[50]。
4.3 与干旱胁迫有关的锌指蛋白
干旱能诱导矮牵牛ZPT2-2的表达[53]，于ZPT2-2(后重新命名为EPF2-5)的同源性, Sugano等(2003)分离到干旱上调基因ZPT2-3( 后重新命名EPF2-7)；ZPT 2-3 由冷、干旱、茉莉酸和重金属诱导而不是由ABA诱导。在干旱胁迫下过量表达ZPT 2-3的转基因矮牵牛表现出明显的抗旱性[54]。Mukhopadhyay 等( 2004) 验证了OSI SAP1的转基因烟草较野生型抗旱性明显增强。Sakamoto 等( 2004) 利用绿色荧光蛋白融合基因的瞬时表达显示了AZF1、AZF2、AZF3 和STZ 的核定位区,
以RNA 凝胶电泳技术分析这些基因在逆境下的诱导表达情况, 发现A ZF2 和STZ 由干旱、高盐、冷和ABA 诱导显著, 而且这两个基因在叶中的表达量比在根部高, 转STZ 基因的拟南芥表现出较强的抗干旱能力, 并且转基因植株有矮化现象[56]。
4.4 与氧胁迫有关的锌指蛋白
抗坏血酸过氧化物酶1(Apx1)是植物体内H2O2的一个重要的清除剂。在活性氧类( reactive oxygen species,ROS)存在时,有一些转录因子如MYB、WRKY、热激因子和多种类型锌指蛋白的含量增加,它们共同参与维持ROS的稳定含量[57]。
Rizhsky等( 2004) 发现拟南芥Apx1 缺失突变体中, H2O2含量升高后,转录因子ZA T12、ZA T7和WRK Y25 的表达量同时增加；ZAT12 和ZAT7 转基因植物增强
了耐氧胁迫能力,而WRKY25 转基因植物耐氧胁迫能力并没有增强；验表明:虽然转ZA T12、ZA T7 或WRK Y25 的转基因植物并不能使Apx1表达量增加, 但是缺乏ZA T12 的植物对高H2O2含量反应比野生植物更敏感[58]。Epple 等( 2003) 研究发现, 拟南芥的两个锌指蛋白Lsd1,Lol1 参与ROS的信号传导和控制细胞程序性死亡[59]。
4.5 强光胁迫下有关的锌指蛋白
正常生长的野生拟南芥对强光的耐受能力是很弱的, 植物能够耐受强光的能力与光照时间、光质有一定关系。Lida 等( 2000) 在拟南芥中通过cDNA 克隆得到一个编码C2H2型锌指蛋白基因RH L41,ZA T12 和RH L41是具有相同结构的同一基因。过量表达RHL41的转基因植物，耐强光能力明显增强,表现为形态上的剧烈变化如栅栏薄壁组织增加、花青素和叶绿素含量的增加[60]。与强光胁迫有关的锌指蛋白研究还较少,该领域工作有待加强。
5 锌指蛋白应用前景与展望
逆境条件能诱导许多逆境相关的转录因子的表达，这些转录因子能激活许多抗逆功能基因同时表达,提高植物的抗逆性。在改良植物的抗逆性方面,人们利用多类转录因子做了很多的尝试[61-63]。锌指是识别特定碱基序列的一种普遍性的转录因子结构,通过基因工程技术过量表达一些锌指蛋白可以提高植物的耐非生物胁迫能力,如Kim 等( 2001) 把大豆锌指蛋白基因SCOF-1 转入拟南芥和烟草,转基因植株的抗寒能力显著增强[52]；sugano等( 2003)获得锌指蛋白ZPT 2-3 的转基因矮牵牛表现了对干旱胁迫能力的增强[48]；Mukhopadhyay 等( 2004) 将水稻锌指蛋白基因OSISAP1 转入烟草表现出对高盐、干旱和低温的抗性增强[49]。纵观这些与抗逆有关植物锌指蛋白的作用, 我们不难发现通过导入一个抗逆植物锌指蛋白基因, 可以促使多个抗逆功能基因发挥作用, 从而为人们提供了一个利用植物锌指蛋白基因进行分子育种的途径。目前人们已经发现许多植物锌指蛋白基因, 但是尚有很多的植物锌指蛋白基因功能并不很清楚, 需要进一步的深入研究。Guan 等( 2002) 设计了一个人造锌指蛋白, 它拥有6个C2H2锌指基序, 该锌指蛋白能特异调控花发育基因AP3的表达, 此锌指蛋白的过量表达导致植株不育[64]。试想未来人们搞清更多植物锌指蛋白基因的奥秘之后, 可以根据需要设计预想的人工锌指蛋白基因; 那么锌指蛋白基因将在植物抗逆基因工程改良方面
显示出巨大潜能。
结束语
目前对锌指类蛋白的研究主要集中在进一步确定与基因表达和调控密切相关的锌指蛋白，并对其结构进行分析，建立其与DNA 相互作用的模型。随着对锌指蛋白结构和功能研究的不断深入，有望通过设计更多人工锌指蛋白来研究目的基因的表达调控与核酸以及蛋白质的相互作用。现如今，随着全球对各种植物锌指蛋白研究的深入、植物基因组数据库不断完善、生物信息学不断发展，根据不同植物的锌指蛋白的氨基酸保守序列，再结合cDNA 文库技术可以分离出更多具有抗非生物胁迫相关的锌指蛋白基因。通过成熟的基因工程技术，将相应的锌指蛋白转入经济作物中，对提高经济植物各种非生物胁迫抗性、稳定性、生长以及产量有非常重要的意义，对农业生产和经济发展都会做出巨大贡献。
参考文献
[1] Miller J.McLachlan AD Klug .A.Repetitive zinc-binding domainsin the protein
transcription factor ⅢA from Xenopus oocytes [J].EMBO J,1985,(4):1609~1614.
[2] Lee M S,Gippert G P,Soman K V,etal. Three-dimensional solution structure of a
single zinc finger DNA－binding domain [J].Science, 1989,(2):635~637.
[3] Hoovers J M, Mannens M, John R, etal. High－resolution localization of 69
potential human zinc finger protein genes: a number areclustered[J]. Genomics, 1992,(2):254.
[4] Nagaoka M, Sugiura Y.Artificial zinc finger peptides: creation,DNA recognition,
and gene regulation[J].Inorg Biochem, 2011,82(1-4):57~63.
[5] Jamieson A C, Miller J C, Pabo C O.Drug discovery with engineered zinc-finger
proteins[J].Nature Rev Drug Discovery, 2008,(2):361~368.
[6] 罗赛男,杨国顺,石雪辉.转录因子在植物逆境上的研究[J].湖南农业大学学
报,2005,31(2):219~223.
[7] 桑新华,吴忠义,黄丛林.植物逆境抗性相关转录因子的研究进展[J].植物学
通报,2004,21（6）:700~709.
[8] 黄骥,张红生,曹雅君,等.一个新水稻C2H2型锌指蛋白cDNA的克隆与序列分析
[J].南京农业大学学报,2002,25（2）:110~112.
[9] Frankel A D, Pabo C O.Fingering too many proteins [J].Cell,1988,53(5):675.
[10] Miller J, McLachlan A D, Klug A.Repetitive zinc－binding domains in the
protein transcription factor ⅢA from Xenopus[J].EMBOJ, 1985,(4):1609~1614.
[11] LINDAHL G.Surface proteins of Streptococcus agalactiae and related proteins in
other bacterial pathogens[J].Clin Microbiol Rev,2010, 18(1)：102~127.
[12] Bradley A.Bovine mastitis:an evolving disease [J]. Vet J 2002, 164(2): 116~128.
[13] Brown RS. Zinc finger proteins: getting a grip on RNA[J]. Curr Opin Struct Biol
2005, (15): 94~98.
[14] Zhang ZL,XieZ,ZouX,etal. AriceWRKY gene encodes a transcriptional repressor
of the gibberellin signaling path way in aleurone cells[J].Plant Physioly, 2004,
(4):1500~1513.
[15] Krishna1 S, Majumdar1 I, Grishin N V.Structural classify cation of zinc
fingers[J].Nucleic Acids Res, 2003,31(2):532~550.
[16] 刘强,张贵友,陈受.植物转录因子的结构与调控作用[J].科学通报,2000，
45(14):1465~1474
[17] Li L, He SH, Sun J M, etal.Gene regulation by Sp1 and Sp3[J].Biochem Cell
Biology, 2004,(8):460~471.
[18]余小丹,沈晓明.锌指蛋白结构和功能研究进展[J].国外医学卫生学分
册,2004,31(3):171~175.
[19] Yu D, Chen C, Chen Z. Evidence for an important role of WRKY DNA binding
proteins in there gulation of NPR1 gene expression[J]. Plant Cell, 2001,
(13):1527~1540.
[20] Dong J, Chen C, Chen Z. Expression profiles of the Arabidopsis WRKY gene
superfamily duringplant defense response[J]. Plant Mol Bio, 2003, (51):21~37.
[21] QiuYP, Jing SJ, Fu J,etal. Cloning and analysis of expression profile of 13
WRKY genes inrice[J]. Chinese Sci Bull, 2011, (49):2159~2168.
[22] Yamasaki K, Kigawa T, Inoue M, et al. Solutions structure of an Arabidopsis
WRKY DNA binding domain[J]. Plant Cell, 2005, (17):944~956.
[23] Vonderfecht TR, Schroyer DC, Schenck BL, etal．Substitutionof DNA－
contacting amino acids with functional variants in the Gata-1 zinc finger: A structurally and phylo genetically guided mutagenesis[J]．Biochem Biophys Res Commun, 2008,(39):1052~1056.
[24] Sanchez-garcia I, Rabbitts TH．The LIM domain: a new structuralmot if found in
zinc-finger-like proteins[J].Trends Genet, 1994,10(9):315~320.
[25] Urnov F D.A feel for the template: zinc finger protein transcription factors and
chromatin[J]．Biochem Cell Bio, 2002,(80):321~333.
[26] SekiM,Narusaka M,Kamiya.A functional an notation of a full-length Arabidopsis
Cdna collection[J]. Science, 2002, (26):141~145.
[27] RenB,Robert F,WyrickJJ,.Genome-wide location and function of DNA binding
proteins[J].Science, 2000,290(5500):2306~2309.
[28] Lohr D,Venkov P,Zlatanova J.Transcriptional regulation in theyeast GAL gene
family-a complex genetic network [J].FASEB J,1995, (9):777~787.
[29] Schjerling P,Holmberg https://www.doczj.com/doc/d02164345.html,parative amino acid sequence analysis of the C6
zinc cluster family of transcriptional regulators [J].Nucleic Acids Res, 1996,(24):4599~4607.
[30] Todd R B, Andrianopoulos A.Evolution of a fungal regulatory gene family: the
Zn(Ⅱ)2/Cys6 binuclear cluster DNA binding motif[J]．Fungal Genet Biol, 1997,(21):388~405.
[31] 刘萌萌.大豆C2H2型锌指蛋白转录因子基因的克隆与鉴定[D].中国农业科学
院学位论文,2007(5):26~28.
[32] Berg JM, Shi Y. The galvanization of biology: a growing appreciation for the
roles of zinc[J]. Science,1996, (271):1081~1085.
[33] Hall T M. Multiple modes of RNA recognition by zinc finger proteins[J]. Currop
in Struct Biology 2005, (15): 367~373.
[34] Frankel A D, Pabo C O．Fingering too many proteins [J]．Cell,1988,53(5):675．
[35]黄骥,王建飞,张红生.C2H2型锌指蛋白的结构与功能[J].遗传,2004,
26:414~418.
[36] Huang Ji, Wang Jian-Fei, Zhang Hong-Sheng. Structure and function of plant
C2H2 typezinc finer protein[J]. Herediatas C BeiJin:2004, 26(3): 414~418. [37] Haake V, Riechmann JL, etal. Transcription factor CARBF4 is a regulation
ofdrought adaptation in Arabidopsis[J]. Plant Physiol,2002,(130): 639~648. [38] Lohr D, Venkov P, Zlatanova J. Transcriptional regulation in the yeast GAL gene
family-a complex genetic network[J]. FASEB J, 1995, (9):777~787.
[39] Nagaoka M, Sugiura Y Artificial zinc forger peptides: creation, DNA recognition,
and gene regulation[J]. Inorg Biochem, 2000, 82(1-4):57~63.
[40] Hoovers J M. Mannens M, John R, etal. High-resolution localization of 69
potential human zinc finer protein genes[J]. Plant Physiol,1992, 12(2):254.
[41] Lee M S, Gippert G P, Soman K V, etal. Three-dimensional solution structure of
a single zinc finger DNA binding domain[J]. Science, 1989, (45):635~637.
[42] Koipally J,Renold A, Kim J, etal. Repression Ikaros and Aiolos is mediated
through histone deacetylase complexes[J]. EMBOJ,1999, 18(11):3090~3100. [43] Herve′, P. & Kayano, T. Japonica rice varieties (Oryza sativa, Nipponbare, and
others) [J]. Methods Mol. Biol.,2006,(34), 213–222.
[44] Riechmann JL, H eardJ , Martin G. Agrobacterium-mediated transformation of
Javanica rice cv[J]. Science, 2000, (29): 2105~2110.
[45] Xiong L, Schlumaker KS, Zhu JK. Cell signaling during cold, drought, and salt
stress.Plant[J]. Cell, 2002, (13): 165~183.
[46] LippunerV, MarthaS, CharlesS. The Journal of Biological Chemistry[J].Cell
1996, (271): 12859~ 12866.
[47] Sakamoto H, Araki T, Meshi T, etal. Improvement of rice transformation using
bombardment of scutellum-derived call[J]. Gene, 2000, (48): 23 ~32.
[48] 王东,杨金水.棉花类耐盐锌指蛋白基因的克隆与结构分析[J].复旦学报
(自然科学版),2002,(41):42~45.
[49] 牟少亮,曹蕾,官德义,等.水稻PHD锌指蛋白cDNA克隆及其表达分析[J].福
建农林大学学报,2011(3):23~32
[50] Mukhopadhyay A, Vij S, Tyagi AK. Isozymes and classification of Asian rice
varieties[J]. Proc Natiacad Sci USA,2004, (101): 6309~ 6314.
[51] Li ZY, Chen SY. The oretical and Applied Genetics[J], Cell,2001, (12):63~ 68.
[52] Kong Jie,CaoWH, Zhang JS, et al. Acta Botanica Sinica[J], Nature,2004,(46):
573~ 577.
[53] Alexander R, Van Poecke RM,Vorst OF,etal. A revised medium for rapid growth
and bio assays with to bacco tissue cultures[J].Plant Physiology,1999,(11): 1153 ~1162.
[54] Sugano, KaminakaH , Rybka Z, etal. Cell suspension and protoplast culture in
rice[J]. Plant Journal,2003,(36): 830~ 841.
[55] Kim JC ,Lee SH , Cheong YH. Agrobacterium-mediated Japonica rice[J]. Plant
Journal ,2001,(25): 247~259.
[56]SakamotoH, Maruyama K, SakumaY, etal. Transformation of indica rice through
particle bombardmen[J]. Plant Physiology, 2004, (136): 2734~ 2746.
[57] Rizhsky L, Liang H, Mittler R. Particle bombardment and the genetic enhance-
-ment of crops[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2003, (278): 38921~
38925.
[58] Rizhsky L,Davletova S, Liang H, etal. An efficient method for theproduction of
marker-free transgenic plants of peanut[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2004, (279): 11736~1743.
[59] Epple P,Mack AA, Morris VR, etal. Anthocyanin expression in marker free[J].
ZNF395的生物信息学分析 2006级本硕四班 叶俊华 指导老师：吴炳礼，许丽艳，李恩民 ZNF395, 全称为Zinc Finger Protein395, 又被称为PBF ，PRF1，DBP2，PRF-1，Si-1-8-14或DKFZp434K1210。其氨基酸序列为 该基因包含了一个锌指motif 。如下图所示： 280-305 YK C LWPN C GKVLRSIVGIKR H VKAL H 一个锌指motif 的三维结构如下： ZNF395在染色体中的定位为：chr8p21.1 （图MASVLSRRLGKRSLLGARVLGPSASEGPSAAPPSEPLLEGAAPQPFTTSDDTP CQEQPKEVLKAPSTSGLQQV AFQPGQKVYVWYGGQECTGLVEQHSWMEGQ VTVWLLEQKLQVCCRVEEVWLAELQGPCPQAPPLEPGAQALAYRPVSRNID VPKRKSDA VEMDEMMAAMVLTSLSCSPVVQSPPGTEANFSASRAACDPWKE SGDISDSGSSTTSGHWSGSSGVSTPSPPHPQASPKYLGDAFGSPQTDHGFETDP DPFLLDEPAPRKRKNSVKVMYKCLWPNCGKVLRSIVGIKRHVKALHLGDTV DSDQFKREEDFYYTEVQLKEESAAAAAAAAAGTPVPGTPTSEPAPTPSMTGL PLSALPPPLHKAQSSGPEHPGPESSLPSGALSKSAPGSFWHIQADHAYQALPSF QIPVSPHIYTSVSW AAAPSAACSLSPVRSRSLSFSEPQQPAPAMKSHLIVTSPPR AQSGARKARGEAKKCRKVYGIEHRDQWCTACRWKKACQRFLD
第四章植物细胞跨膜离子运输 第一节生物膜的化学组成与生物膜的主要理化特性 第二节细胞膜结构中的跨膜运输蛋白 第三节植物细胞的离子跨膜运输机制 第四节高等植物K+、Ca+的跨膜运输机制研究进展 [主要内容]：介绍植物细胞膜的化学组成和理化特性，膜上运输蛋白的类型、离子跨膜运输机制及K+、Ca+跨膜运输机制研究进展。 [教学要求]：要求学生了解细胞离子跨膜运输的意义，生物膜的理化特性，掌握膜上运输蛋白的类型、特性及离子跨膜运输的机理，了解K+、Ca+的跨膜运输机制研究 进展。 [教学重点]：离子跨膜运输蛋白的种类、特性，离子跨膜运输机理。 [教学难点]： [授课时数]：3学时 引言(3 min） 高等植物的生长发育有赖于构成植物个体的活细胞不断从土壤、大气、水体等环境中吸收利用各种矿质元素。在植物细胞水平上对营养元素的吸收利用过程是植物不断吸收营养元素的基础。植物细胞质膜是细胞与环境之间的空间界限，活细胞对各种营养元素的吸收就是这些元素的跨膜运输过程。植物所必需的各种矿质元素大部分是以带电离子的形式被吸收的，因此本章的主要内容是“植物细胞跨膜离子运输”。 植物细胞与动物微生物细胞跨膜离子运输机制有许多相似之处，也有不同之处，但作为物质运动的一种形式，都遵循物理化学的基本规律。以下先介绍离子跨膜运输的基本知识，在此基础上讨论各种离子的运输过程。 第一节生物膜的化学组成和物理化学性质（8分） 细胞最外层是质膜，它是外界物质进入的屏障，质膜控制着细胞与环境的物质交流，维持了细胞内环境的相对稳定。质膜是由双磷脂层与蛋白质构成。磷脂结构：胆碱、磷酸、甘油、脂肪酸（饱和，不饱和）。 与磷脂相联的蛋白质分两类：内在蛋白（Integral）、外在蛋白（Peripheral） 内在蛋白插入双层脂中，常常是跨膜的。 外在蛋白通过非共价键，如氢键，附着在膜上。 所以磷脂表现出亲水和亲脂的性质。 为研究生物膜对溶质的通透性，常用人工双层脂膜和生物膜进行比较研究： 结果表明： 对于非极性（O2）和极性小分子（如H2O、CO2、甘油）二者的通透性类似。 对于离子和大的极性分子（如糖）二者表现出较大差异。天然生物膜比人工膜通透性大
MCPIP 1蛋白质结构、功能的研究进展 摘要 ZC3H12A是免疫系统中的一个重要基因，其编码的蛋白质ZC3H12A/MCPIP 1在免疫相关疾病，尤其是自身免疫病和炎症反应中发挥重要的抑制效应。ZC3H12A的表达能够被多种炎症相关细胞因子所诱导。近来的研究报道，MCPIP 1具有转录因子、RNA酶、去泛素化酶等作用，其在调控基因转录、mRNA降解、多聚泛素链的去除、细胞凋亡、细胞自噬、炎症抑制、细胞分化、血管生成等方面都有重要作用。基因敲除小鼠患有严重的高免疫球蛋白血症、淋巴结肿大、浆细胞和记忆细胞的积聚及自身抗体的大量产生等免疫功能紊乱疾病。 本文较为系统地阐述了ZC3H12A基因的克隆、MCPIP 1蛋白的结构及功能，从时间的维度观其主要研究历程，以及对免疫系统的重要影响。大体上浅析了MCPIP 1从其发现至今的探索情况。 【关键词】ZC3H12A Zc3h12a MCPIP 1 RNA酶凋亡去泛素化酶
1 简介 ZC3H12A/MCPIP是一种锌指蛋白。它的全名是具有CCCH锌指结构域的蛋白质12A（Zinc finger CCCH domain-containing protein 12A），简称ZC3H12A[1]，又称MCP-1诱导蛋白（MCP1-induced protein，MCPIP 1）[2]。MPCIP的编码基因是ZC3H12A，它属于ZC3H12基因家族，该家族中共有4个成员，分别编号为ZC3H12A、ZC3H12B、ZC3H12C、ZC3H12D[1]。此家族保守性很强，在很多物种（包括果蝇、秀丽线虫、小鼠和大鼠等）中都有发现其同源序列[1]。MCPIP 1最初被发现于经MCP-1处理的人外周血单核细胞中[2]，而后又在经IL-1β刺激的人单核细胞来源的巨噬细胞中被发现[3]。在TNF、MCP-1、IL-1β或LPS等细胞因子的作用下，该基因的转录水平被显著激活[1, 2, 3, 4, 5, 6]。同时，具有CCCH锌指结构的蛋白质在巨噬细胞相关的器官（如胸腺、脾脏、肺、小肠和脂肪组织等）中表达水平很高[6]。对于Zc3h12a基因敲除小鼠的表型分析表明[4, 7]，该基因的缺陷与自身免疫疾病的发生相关，在炎症相关的生理和病理过程中具有重要意义。 克隆发现 该基因的发现 单核细胞趋化蛋白质1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)，它能够招募并激活单核/巨噬细胞，是使单核/巨噬细胞迁移的主要趋化因子。MCP-1与靶细胞膜上的CCR2结合，启动了一系列的信号通路，导致单核/巨噬细胞向MCP1高浓度处趋化性迁移[8，9]。用MCP-1刺激人外周血单核细胞后，提取细胞内的总mRNA。将测序结果与基因注释数据库中的数据进行序列比对后发现了一些未被注释的基因。其中表达差异最显著的一个基因是目前未知功能的基因，在EST数据库中查找到了与之相对应的序列，同时在GeneBank 数据库中查找到了对应的人cDNA克隆。（GeneBank序列号AW206332）研究者将它命名为人MCP1诱导蛋白（MCP-induced protein，MCPIP 1）[2]。 对蛋白质序列分析发现，MCPIP 1有599个氨基酸，分子质量约为65.8kD，有两个脯氨酸富集区，一个核定位序列，和一个CCCH锌指结构域[2]。而后发现其序列中还存在一个PIN结构域[4]和一个泛素结合结构域[7]。由于该蛋白质具有CCCH锌指结构域，因而被命名为具有CCCH锌指结构域的蛋白质12a（ZC3H12A）[1]。序列比对发现，人MCPIP 1与小鼠中的同源蛋白质的氨基酸组成有82%的相似度，cDNA的核苷酸序列组成有80%的相似度[2]。 该基因家族的发现
粗面内质网的功能——蛋白质转运 粗面内质网的主要功能是帮助膜结合核糖体合成的蛋白质转运。膜结合核糖体上合成的蛋白质与游离核糖体上合成的蛋白质去向是不同的，表9-5列出了这两类核糖体合成的某 些蛋白。 表9-5 真核细胞中膜结合核糖体和游离核糖体合成的某些蛋白 由于粗面内质网上合成的蛋白质包括膜蛋白、内膜结构的腔池蛋白和分泌到细胞外的蛋白，所以必须有极好的运输机制进行分选定位，这就是信号肽假说。 ■信号序列的发现和证实 ● 微粒体实验 在George Palade用离心技术分离到有核糖体结合的微粒体，即发现膜结合核糖体（membrane-bounded ribosome）之后，科学家推测：膜结合核糖体合成的蛋白质首先要进入内质网的腔，然后通过选择性的分泌过程输出到细胞外，而游离核糖体上合成的蛋 白质则留在细胞内使用。 为了研究内质网上合成的蛋白质是否进入了内质网的腔，Colvin Redman 和David Sabatini用分离的RER小泡（微粒体）进行无细胞系统的蛋白质合成，证明了膜结合核 糖体上合成的蛋白质进入了微粒体的腔。
如何利用微粒体在无细胞蛋白质合成系统中的合成实验证明膜结合核糖体合成的蛋白 质进入了微粒体的腔 ● Günter Blobel等的建议 为什么有些核糖体合成蛋白质时不同内质网结合，有些正在合成蛋白质的核糖体要同内质网结合，并将合成的蛋白质插入内质网？对此，美国洛克菲勒大学的Günter Blobel、David Sabatini 和Bernhard Dobberstein 等于1971年提出两点建议： ①分泌蛋白的N-端含有一段特别的信号序列（signal sequence），可将多肽和核糖体引导到ER膜上；②多肽通过ER膜上的水性通道进入ER的腔中，并推测多肽是在合成 的同时转移的。 ● 信号序列存在的直接证据 1972年，César Milstein和他的同事用无细胞系统研究免疫球蛋白（IgG）轻链合成时获得了信号序列存在的直接证据，证明Blobel等的建议是正确的。他们用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码免疫球蛋白轻链的mRNA指导合成多肽，发现合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋白在N端有一段多出的肽链，它有20个氨基酸，他们推测，这段肽具有信号作用，使IgG得以通过粗面内质网并继而分泌到细胞外。 ● 信号序列的进一步证实 G.Blobel、B.Dobberstein、P.Walter和他们的同事在上述发现的基础上用分离的微 粒体和无细胞体系进行了大量的实验，进一步证实了信号序列的存在及其作用。 加与不加RER小泡，产物不同当将分泌蛋白的mRNA在无细胞体系中进行翻译时，如果不加粗面内质网（微粒体），获得的翻译产物比从细胞中分泌出来的蛋白要长，若添加RER小泡，翻译的产物长度与从活细胞分泌的蛋白相同。因此推测信号序列在引导蛋白进入内质网后被切除了，所以成熟的蛋白的N-端没有信号序列（图9-16）。
分子植物育种，２００６年，第４卷，第１期，第８８－９４页 ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＢｒｅｅｄｉｎｇ，２００６，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，８８－９４ 专题介绍 Ｒｅｖｉｅｗ 植物热激转录因子在非生物逆境中的作用 翁锦周洪月云＊ 福建省农业科学院闽台园艺研究中心，漳州，３６３００５ ＊通讯作者，ｈｏｎｇｙｈｋ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 摘要非生物逆境通常导致生物体内蛋白变性。热激蛋白（Ｈｓｐ）作为分子伴侣协助蛋白的重新折叠、稳定、胞内运输和降解，以阻止受损蛋白的累积，维护细胞内环境的稳定。而热激蛋白的表达是通过热激转录因子（Ｈｓｆｓ）结合于热激蛋白基因的启动子的热激元件上（ｈｅａｔｓｈｏｃｋｅｌｅｍｅｎｔ，ＨＳＥ），以募集其它转录因子而形成转录复合体，促进热激蛋白基因的表达。植物热激转录因子比动物系统更为多样性。根据其基本的结构域，植物热激转录因子可分为三类：ＨｓｆＡ、ＨｓｆＢ、ＨｓｆＣ。Ａ类Ｈｓｆｓ已有大量深入的研究和报道，特别是在番茄方面。ＨｓｆＢ和ＨｓｆＣ的作用尚不清楚。在其复杂的网络中，每一热激转录因子均有其独特的作用，取决于其表达模式、亚细胞定位、聚合化、活性及与其他蛋白的相互作用。在非生物逆境，尤其是热激逆境下，Ａ类热激转录因子在调节热激蛋白的表达起着重要作用。番茄的ＨｓｆＡ１起着主导作用，其缺失无法被其他相近的Ｈｓｆｓ所取代，但在持续热逆境下，在ＨｓｆＡ１的配合下，ＨｓｆＡ２可成为主要调节因子。Ｂ类热激转录因子可作为Ａ类Ｈｓｆｓ的阻抑蛋白。然而，基于对不同的单个突变体的研究，以及对酵母Ｈｓｆ１致死突变体的拯救恢复，一些热激转录因子的作用又是丰余的。此外，热激蛋白也对热激转录因子起负反馈调节作用。 关键词热激转录因子（Ｈｓｆｓ），热激蛋白（Ｈｓｐｓ），热胁迫，非生物逆境 ＴｈｅＲｏｌｅｓｏｆＰｌａｎｔＨｅａｔＳｈｏｃｋＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎＦａｃｔｏｒｓｉｎＡｂｉｏｔｉｃＳｔｒｅｓｓ ＷｅｎｇＪｉｎｚｈｏｕＨｏｎｇＹｕｅｙｕｎ＊ Ｆｕｊｉａｎ－ＴａｉｗａｎＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＦｕｊｉａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ，３６３００５ ＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，ｈｏｎｇｙｈｋ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓｒｅｓｕｌｔｓｉｎｐｒｏｔｅｉｎｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ．Ｈｅａｔｓｈｏｃｋｐｒｏｔｅｉｎｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｐｅｒｏｎｅｓｉｎｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄａｍａｇｅｄｐｒｏｔｅｉｎｓｔｏｍａｉｎｔａｉｎｃｅｌｌｕｌａｒｈｏｍｅｏｓｔａｓｉｓｂｙｒｅｆｏｌｄｉｎｇ，ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｉｎ－ｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｔｅｉｎｓ．Ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｈｅａｔｓｈｏｃｋｐｒｏｔｅｉｎｓ（Ｈｓｐｓ）ｉｓｒｅｇｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｈｅａｔｓｈｏｃｋｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓ（Ｈｓｆｓ）ｖｉａｂｉｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｈｅａｔｓｈｏｃｋｅｌｅｍｅｎｔ（ＨＳＥ）ｏｆＨｓｐｓｇｅｎｅｓｔｏｒｅｃｒｕｉｔｏｔｈｅｒｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓ，ｃａｕｓｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｓｐｓ．ＴｈｅｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｔｈｅＨｓｆｓｙｓｔｅｍｉｎｐｌａｎｔｓｉｓｅｖｉｄｅｎｔｌｙｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆａｎｉｍａｌｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｐｌａｎｔＨｓｆｓｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｃｌａｓｓｅｓ，ＨｓｆＡ，ＨｓｆＢ，ａｎｄＨｓｆＣ．ＣｌａｓｓＡＨｓｆｓａｒｅｗｅｌｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｏｍａｔｏ．ＴｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｃｌａｓｓＢａｎｄＣａｒｅｓｔｉｌｌｎｏｔｃｌｅａｒ．ＩｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋｏｆＨｓｆｓ，ｅａｃｈｏｆＨｓｆｓｈａｓｉｔｓｕｎｉｑｕｅｒｏｌｅ，ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅｅｘ－ｐｒｅｓｓｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ，ｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｏｌｉｇｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｏｔｈｅｒｐｒｏｔｅｉｎｓ．ＣｌａｓｓＡＨｓｆｓｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｔｈｅＨｓｐｇｅｎｅｓｉｎａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ．ＨｓｆＡ１ｉｎｔｏｍａｔｏａｃｔａｓａｍａｓｔｅｒｒｅｇｕｌａｔｏｒ．ＴｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｏｍａｔｏＨｓｆＡ１ｃａｎｎｏｔｂｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙａｎｙｏｆｏｔｈｅｒｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄＨｓｆｓ．ＨｓｆＡ２ｍｉｇｈｔｂｅｃｏｍｅｄｏｍｉｎａｎｔｒｅｇｕｌａｔｏｒｕｎｄｅｒｐｒｏｌｏｎｇｅｄｈｅａｔｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｌｔｈｏｕｇｈｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅ－ｑｕｉｒｅｓｃｏｏｐｅｒａｔｅｗｉｔｈＨｓｆＡ１．ＣｌａｓｓＢＨｓｆｓｍｉｇｈｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｓｒｅｐｒｅｓｓｏｒｏｆｃｌａｓｓＡｏｆＨｓｆｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｏｍｅＨｓｆｓａｒｅａｌｓｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｒｅｄｕｎｄａｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｓｉｎｇｌｅｍｕｔａｎｔｏｆｉｎｄｉｖｉｄｕａｌＨｓｆａｎｄｒｅｓｃｕｅｏｆｙｅａｓｔＨｓｆ１ｌｅｔｈａｌｍｕｔａｎｔ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ＨｓｐｓａｌｓｏａｃｔａｓｎｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｓｆｓ． ＫｅｙｗｏｒｄｓＨｅａｔｓｈｏｃｋｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓ（Ｈｓｆｓ），Ｈｅａｔｓｈｏｃｋｐｒｏｔｅｉｎｓ（Ｈｓｐｓ），Ｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ，Ａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓ
钙参与植物对热激的反应与适应Ξ 宰学明1,吴国荣2 (1.金陵科技学院园艺系,江苏 南京 210038;2.南京师范大学生命科学学院,江苏 南京 210097) 摘 要:从Ca2+参与热激,调控热激(钙调素、Ca2+2CaM信号系统、Ca2+2A TPase应激反应)等方面综述了植物对热激的适应与Ca2+之间的关系。 关键词:植物;热激;反应;适应;Ca2+ 中图分类号:Q945.3 文献标识码:A 文章编号:1672-755X(2005)02-0082-03 C a2+and Plant R esponding and Adapting to H eat Shock ZA I Xue2Ming1,WU Guo2rong2 (1.Jinling Institute of Technology,Nanjing210038,China; 2.Nanjing Normal University,Nanjing210097,China) Abstract:The relations of Ca2+and plant responding and adapting to heat shock are reviewed from the facts such as Ca2+taking part in heat shock and regulating it(CaM,the signal system of Ca2+ 2CaM,the response of Ca2+2A TPase). K ey w ords:plant;heat shock;responding;adapt;Ca2+ 温室效应,干旱高温直接威胁着21世纪农业生产的发展。近年来对植物热胁迫适应机理的研究引起了广泛关注。生理学研究表明,Ca2+在植物抗逆性中具有重要作用,它可以作为耦联胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使。现将近年来国内外Ca2+与植物对热激适应关系的研究进展综述如下。 1 C a2+参与植物的热激反应 80年代,在动物的研究中己发现热激使果蝇、大鼠细胞中[Ca2+]显著升高,随后在植物方面也证明这一点。K1ein等发现对悬浮培养的梨细胞热激处理能使细胞中的[Ca2+]显著提高[1];G ong 等用转水母发光蛋白基因的烟草进行实验时发现热激时细胞质中[Ca2+]有短暂升高而叶绿体中[Ca2+]却无变化,用质膜的Ca2+通道阻断剂和细胞内Ca2+通道阻断剂或磷脂酶(PLC)抑制剂均可抑制热激后[Ca2+]的升高,所以热激既动员胞内Ca2+又动员胞外[Ca2+][2]。在蓝藻中热激同样既动员胞内[Ca2+]又动员胞外[Ca2+][3]。这给Ca2+参予热激反应提供了更为确切的证据。 2 C a2+参与热激蛋白基因的表达和调节 当前有关热胁迫信号通过何种途径激活热激蛋白的基因表达是热激蛋白研究领域中的热点。在植物中用Ca2+载体A23187或Ca2+整合剂EG2 TA预处理白菜下胚轴或种子,可分别促进或抑制 第21卷 第2期2005年6月 金陵科技学院学报 JOURNAL OF J INL IN G INSTITU TE OF TECHNOLO GY Vol.21,No.2 J un.,2005 Ξ收稿日期:2004-04-10;修回日期:2005-04-22 作者简介:宰学明(1968-),男,江苏仪征人,硕士,金陵科技学院讲师,主要从事植物生理生化教学和科研。
植物膜蛋白提取试剂盒（2D电泳用） 货号：BB-31841 V2.16 试剂盒组成： 产品组成 BB-31841-1 BB-31841-2 组份编号 规格 50T 100T 试剂A：植物膜蛋白提取液A 25ml 50ml 31841A 试剂B：植物膜蛋白提取液B 250ul 500ul 31841B 试剂C：膜蛋白溶解液C 10ml 20ml 31841C 试剂D：蛋白酶抑制剂混合物 100ul 200ul 31841D 使用说明书 1 1 知识产权： 贝博TM BBproExtra TM试剂盒及其使用方法包含专有技术。 产品简介： 膜蛋白承担各种生物功能，扮演重要角色。膜蛋白样品的制备需要充分考虑到与下游的胶分析及质谱分析等应用配套，因此膜蛋白样本制备成为一个难以逾越的挑战。传统制备膜蛋白样品的方法是使用去污剂和表面活性剂增溶。去污剂处理会使膜蛋白丧失其天然结构，因而妨碍了膜蛋白的功能研究。 贝博TM BBproExtra TM植物膜蛋白提取试剂盒（二维电泳用）是一种基于化学方法的高产膜蛋白提取试剂盒。植物膜蛋白提取试剂盒可以从各种植物中提取膜蛋白，可用于纯化膜蛋白的粗品制备及膜蛋白制备。提取过程简单方便。该试剂盒含有蛋白酶抑制剂混合物和磷酸酶抑制剂混合物，阻止了蛋白酶对蛋白的降解，为提取高质量的蛋白提供了保证。 本试剂盒提取的蛋白用于双向电泳。如需要用于报告基因检测、SDS-PAGE电泳检测、Western blotting、凝胶阻滞实验、免疫共沉淀、酶活分析等下游实验的试剂盒，请联系贝博，选用其它产品号的产品。 使用方法： 1、试剂准备： 每500ul膜提取液A中加入2ul蛋白酶抑制剂混合物，充分混匀后置冰上备用。 2、取洗净擦干后并去除叶梗和粗脉的200mg植物组织样本用手术剪刀尽可能剪碎，加 入500ul提取液A，用组织匀浆机/匀浆器充分匀浆。 3、匀浆或研磨后加入500ul提取液A，混匀后于一个干净离心管中在2-8℃振荡1小时。 4、将提取液在2-8℃条件下12000g离心5分钟，取上清。 5、在上清中加入5ul提取液B，充分混匀。 6、在37℃水浴10分钟。 7、在37℃ 1000g离心3分钟。 8、此时液体分为2层，小心移除上层部分，吸取下层管底部大约50ul液体。 9、用50-150μl冷的膜蛋白溶解液C溶解下层溶液，即得膜蛋白样品。
04 M cIntosh JC,M ervi n Blake S ,Conner E,e t al .Surfactant pro tein A protects grow i ng cells and reduces T NF alpha activity from L PS s timulated macrophages [J].Am J Physiol,1996,271(2Pt 1):L 310 319. 05 Kumar AR,Snyder JM.Differential regulati on of S P A1and SP A2gen es by cAM P,glucocorti coids,an d insulin [J].Am J Physi ol,1998,275(6Pt 1):L1078 1088. 06 Yano T,M ason RJ,Pan T ,et al .KGF regulates pulmonary ep ithelial proliferation and surfactant protei n gene expression i n adult rat lung [J].Am J Physiol Lung Cell M ol Physiol,2000,279(6):L 1146 1158. 07 Vayrynen O,Glumoff V,Hal lman M .Regulation of surfactant proteins by LPS and proinflammatory cytok i nes i n fetal and new born lung [J].Am J Physiol Lung Cell M ol Physiol,2002,282(4):L803 810. 08 Korfhagen TR.S urfactant Protein A (SP A) M ediated Bacterial Clearance .SP A and Cys tic Fibrosis [J].Am J Respir C ell M ol Biol,2001,25(6):668 672. 09 Aw asth i S,Coalson JJ ,Crouch E,et al .Surfactant proteins A an d D i n premature baboons with chronic lung injury (Bronchopul monary dysplasia).Evidence for an inhibition of secretion[J].Am J Respir Crit Care M ed,1999,160(3):942 949. 10 T akahashi H,Kuroki Y,Tanaka H,et al .Serum levels of surfac tant proteins A an d D are useful biomarkers for interstitial lung disease in patients w ith progres sive systemic sclerosi s [J ].Am J Respir Crit Care M ed,2000,162(1):258 263. 11 Goss KL,Kumar AR,Snyder JM.S P A2gene expression in hu man fetal lung airw ays[J].Am J Respir Cell M ol Biol,1998,19(4):613 621. 12 Dutton JM ,Goss KL,Khubchandani KR ,et al .S urfactant pro tein A in rabbit sinus an d middle ear mucosa [J].Ann Otol Rhinol Laryngol,1999,108(10):915 924. 13 Eliakim R,Goetz GS ,Rubio S,e t al .Isol ation and characteriza tion of s urfactant like particles in rat and human colon [J].Am J Physiol,1997,272(3Pt 1):G425 434. 14 M adsen J,Tornoe I,Nielsen O,et al .Expression and Localiza tion of Lung Surfactant Protei n A in Human Tissues [J].Am J Respir Cell M ol Biol,2003,29(5):591 597. 15 Alcorn JL,Hammer RE,Graves KR,et al .Analysis of genomic regi ons involved in regulation of the rabbi t surfactant protein A gene in transgenic m i ce [J].Am J Physiol,1999,277(2Pt 1):L349 361. 16 Hills BA,M onds M K.Deficiency of lubricating surfactant lini ng the articular surfaces of replaced hips and knees [J].Br J Rheuma tol,1998,37(2):143 147. 17 M acNeill C,Umstead TM ,Phelps DS,et al .Surfactant protein A,an innate immune factor,is expressed in the vaginal mucosa and is present in vagi nal lavage fluid [J].Immunol ogy,2004,111(1):91 99. 一种跨膜蛋白 闭锁蛋白的研究现状 邵立健 综述 朱清仙 审校 (江西医学院人体解剖学教研室,江西南昌330006) 摘要:紧密连接存在于上皮细胞的连接复合体中,有屏障功能和保持细胞极性的作用,已证实闭锁蛋白、Claudin 和JA M 位于紧密连接处,其中闭锁蛋白在维持紧密连接的功能方面有重要作用。闭锁蛋白与质膜下蛋白有密切的联系,其功能受到多方面因素的调控。 关键词:紧密连接; 闭锁蛋白; 上皮细胞; ZO 1; ZO 2 中图分类号:R318.04 文献标识码:A 文章编号:1001 1773(2004)03 0263 04 紧密连接主要存在于上皮细胞、内皮细胞间的连接复合体中,使相邻细胞膜紧靠在一起,形成环绕细胞的物理屏障结构,具有封闭上皮细胞间隙,防止可溶性物质从细胞一侧扩散到另一侧的屏障功能,同时它把上皮细胞分成顶侧的脂质成分和基侧的蛋白质 成分两个不同的功能区。紧密连接形成的屏障在不同上皮细胞间通透性不一,且这种屏障功能受到多种方式的调控,这与紧密连接的分子结构密切相关。近年来,几种紧密连接蛋白成分相继被证实,如闭锁蛋白、Claudin 和紧密连接粘附分子(JAM )等,但对于它 收稿日期:2003 11 18 修回日期:2004 02 25 作者简介:邵立健(1974 )男,汉族,都昌县人,江西医学院在读博士,主要从事肠粘膜屏障结构和功能的研究。 第24卷第3期2004年6月 国外医学 生理、病理科学与临床分册 Foreign M edical Sciences Section of Pathophysiology and Clinical M edicine Vol.24 No.3 Jun. 2004
植物干旱诱导蛋白研究进展 张宏一,朱志华 (中国农业科学院作物品种资源研究所/农业部作物品种资源监督检验测试中心,北京 100081) 摘要:植物在干旱环境下会产生干旱诱导蛋白。干旱诱导蛋白与干旱诱导基因是当前植物逆境生理学研究的热点之一。 根据近年的研究进展,本文就干旱诱导蛋白的类型、特性、功能作了简要综述。 关键词:植物;干旱诱导蛋白 收稿日期:2004204220 修回日期:2004206201 作者简介:张宏一(19782),男,山东青州市人,在读硕士,主要从事作物抗逆性研究 通信作者:朱志华(19522),研究员,Tel :010********* R esearch Progress in Drought 2induced Proteins in Plants ZHAN G Hong 2yi ,ZHU Zhi 2hua (The S upervision and Testing Center f or Crop Germ plasm Resources ,Minist ry of A griculture/Institute of Crop Germ plasm Resources ,Chinese Academy of A gricultural Sciences ,Beijing 100081) Abstract :Drought 2induced proteins are produced in plants on response to drought stress.Drought 2induced proteins and drought 2induced genes were one of the hot fields in plant stress physiology.The present paper de 2scribed characteristics 、classification and function of drought 2induced protein in plants. K ey w ords :Plant ;Drought 2induced protein 植物在生长发育过程中,会受到干旱、低温、盐渍等多种逆境环境的影响。为了抵御或适应各种逆境胁迫,植物体内会发生一系列的生理生化变化。植物在受到逆境胁迫时,原来一些蛋白的合成受到抑制,体内总蛋白的合成速率下降,与此同时,又合成一些新的蛋白质,这就是干旱诱导蛋白。干旱诱导蛋白在植物对逆境的适应过程中起重要的保护作用,可以提高植物对干旱的耐胁迫能力。随着分子生物学理论与技术的进一步发展,干旱诱导蛋白的研究已有了很大进展,一些编码干旱蛋白的基因以及与逆境抗性相关的蛋白激酶基因已被分离测序。研究表明,在水分亏缺造成植物的各种损伤出现之前,植物就对水分胁迫做出包括基因表达在内的适应性调节反应,这是植物自身的保护性选择。因此对干旱诱导蛋白的研究也成为解释植物适应干旱逆境基因表达机制的热点。本文即对干旱诱导蛋白的研究进展进行简要的综述。 1 植物干旱诱导蛋白的类型 干旱诱导蛋白是指植物在受到干旱胁迫时新合 成或合成量增加的一类蛋白质。根据干旱诱导蛋白基因表达的信号途径与脱落酸(ABA )的关系,可将其分为3类:第一类是只能被干旱诱导;第二类是既能被干旱诱导,又能被ABA 诱导;第三类是只能被ABA 诱导[1]。按其功能可分为两大类:第一大类是功能蛋白,其在细胞内直接发挥保护作用,主要包括离子通道蛋白、L EA (Late 2embryenesis abundant )蛋白、渗调蛋白、代谢酶类等;另一大类是调节蛋白,其参与水分胁迫的信号转导或基因的表达调控,间接起保护作用,主要包括蛋白激酶、磷脂酶C 、磷脂酶D 、G 蛋白、钙调素、转录因子和一些信号因子等[2]。111 L EA 蛋白 L EA (胚胎发育晚期丰富)蛋白是种子发育后期产生的一类小分子特异多肽,它是伴随着种子成熟过程而产生的。后来研究认为这类蛋白与植物耐脱水性密切相关,受植物的发育阶段、ABA 和脱水信号等调节,在植物的许多组织器官中都有表达[3]。L EA 蛋白相对分子质量较小,约10000～30000。L EA 蛋白富含甘氨酸、赖氨酸等亲水氨基酸,而疏水氨基酸含量很少,具有很高的亲水性和热稳定性, 植物遗传资源学报2004,5(3):268～270Journal of Plant G enetic Resources
植物水分胁迫诱导蛋白研究进展 施俊凤1,孙常青2 (1.山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所,山西太原030031;2.山西省农业科学院作物遗传研究所,山西太原030031) 摘要 干旱是影响植物正常生长发育的一种最主要的逆境因子,研究发现了大量的植物应答水分胁迫的蛋白。笔者综述了这些蛋白的特性和功能,以提高人们对于植物抗旱机理的认识。关键词 水分胁迫;功能蛋白;调节蛋白;植物中图分类号 S311 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)12-05355-03P rogress in P roteins R esponding to W ater Stress in P lants SHI Jun 2feng et al (Institute of Farm Products S torage ,Shanxi Academ y of Agricultural Sciences ,T aiyuan ,Shanxi 030031)Abstract Drought is an im portant stress factor ,which im pacts the grow th and developm ent of plants.At present ,a series of proteins responding to water -stress in plants have been reported.T he study summ arizes the characters and functions of these proteins for enhancing integrated understanding to the m echanism of proteins inv olved in the tolerance to water stress in plants.K ey w ords W ater stress ;Functional protein ;Regulatory protein ;Plant 作者简介 施俊凤(1977-),女,山西代县人,助理研究员,从事抗旱 分子研究。 收稿日期 2009202206 干旱在我国是影响区域最广、发生最频繁的气象灾害。植物在遭受干旱胁迫时,会做出各种反应来避免或减轻缺水对其细胞的伤害。随着分子生物学技术和理论的发展,抗旱相关基因不断被克隆,现已证明一些基因表达产物可增强植物的抗逆性。根据其功能,可分为调节蛋白和功能蛋白两大类。 1 调节蛋白 调节蛋白在逆境胁迫信号转导和功能基因表达过程中起调节作用。目前,已发现的主要有转录因子、蛋白激酶、磷脂酶C 、磷脂酶D 、G 蛋白、钙调素和一些信号因子等。 1.1 转录因子 转录因子对水分胁迫的响应非常迅速,一 般数分种即可达最高水平,转录因子C BF1、C BF2、C BF3、C BF4和DRE B1a 、DRE B1b 、DRE B1c 、DRE B2通过与顺式作用元件 CRT/DRE 结合,引起一组含顺式作用元件CRT/DRE 的抗旱 功能基因表达。在拟南芥等多种植物中,DRE 顺式作用元件普遍存在于干旱胁迫应答基因的启动子中,对干旱胁迫诱导基因的表达起调控作用。 转录因子A BF 和bZIP 可与顺式作用元件A BRE 特异结合,通过依赖A BA 的信号转导途径调控植物对冷害、干旱和高盐碱等环境胁迫的反应 [1] ;MY B 和MY C 可与MY BR 和 MY CR 特异结合,引起相应抗旱功能基因的表达;WRKY 调控 的目标基因启动子是具有W 框的顺式元件,在拟南芥中约有100个WRKY 成员,存在于根、叶、花序、脱落层、种子和维管组织中,参与植物胁迫反应的很多生理过程 [2] 。 1.2 蛋白激酶 目前已知的植物干旱应答有关的蛋白激酶 主要有受体蛋白激酶(RPK )、促分裂原活化蛋白激酶 (M APK )、转录调控蛋白激酶(TRPK )等。RPK 与感受发育和 环境胁迫信号相关;M APK 与植物对干旱、高盐、低温等反应的信号传递有关;TRPK 主要参与细胞周期、染色体正常结构维持等的基因表达[3]。 M AP 激酶级联信号转导途径由M AP 激酶(M APK )与M AP 激酶激酶(M APKK )和M AP 激酶激酶激酶(M APKKK )组 成。植物细胞感受环境胁迫(如损伤、干旱、低温等)后,通过受体蛋白激酶、M APK 4、蛋白激酶C 和G 蛋白等上游激活子顺次激活M APKKK 、M APKK 和M APK 。M APK 被激活后进入细胞核,通过激活特定转录因子引起功能基因的表达或停留在胞质中激活其他酶类如蛋白激酶磷酸酶、脂酶等,最终引起植物细胞对内外刺激的生理生化反应。目前已经在植物中鉴定出多个由干旱胁迫所诱导的与M APK 信号通路有关的蛋白激酶,如A T MPK3、A T MEKK1和RSK 等。利用酵母双杂交系统,M iz oguchi 等证明A T MEKK1参与拟南芥对干旱、高盐、低温和触伤胁迫信号传递的M APK 级联途径[4]。 最近,T aishi 等报道,在拟南芥中有一种蛋白激酶SRK 2C 可响应干旱胁迫诱导,将该基因敲除后的突变体srk2c 对干旱极敏感[5]。另外,用花椰菜病毒的35S 强启动子构建超表达SRK 2C 的转基因植株,其抗旱性也明显增强。 1.3 与第二信使生成有关的蛋白酶 P LC 是主要的磷酸二 酯酶,水解磷酸二酯键,根据水解的磷脂不同,可产生IP3、 DAG 、PA 等。IP3可提高细胞质溶质中的C a 2+浓度,诱导抗 性相关基因的表达[6]。DAG 和PA 可通过诱导活性氧(ROS )的产生,引起相关抗性基因的表达,从而增强植物抗旱性。 C a 2+是最受关注的第二信使,在保卫细胞中,干旱信号 导致C a 2+浓度增加,引起气孔关闭。C a 2+与其受体蛋白钙调素结合发生构象变化,通过C a 2+/C aM 依赖性蛋白激酶 (C DPK )起作用,使蛋白质的S er 或Thr 磷酸化,引起下游信号 传递,使抗旱相关基因表达。 2 功能蛋白 功能蛋白往往是整个水分胁迫调控通路的终 端产物,直接在植物的各种抗旱机制中起作用。当植物遭受水分胁迫时,其本身作为一个有机整体能从各方面进行防御。K azuk o 等将植物水分胁迫功能蛋白分为渗透调节相关蛋白、膜蛋白、毒性降解酶、大分子保护因子和蛋白酶5大类[7]。 2.1 渗透调节相关蛋白 当植物遭受渗透胁迫时,会积累 大量渗透调节物质,如脯氨酸、甘露醇、甜菜碱、可溶性糖和一些无机离子等。这些物质可使植物在胁迫条件下保持吸收水分或降低水分散失,维持一定的细胞膨压,保持细胞生长、气孔开放和光合作用等正常生理过程。现已发现很多渗 安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2009,37(12):5355-5357,5385 责任编辑 胡剑胜 责任校对 况玲玲
植物锌指蛋白与研究进展 目录 中文摘要及关键词 (3) 英文摘要及关键词 (4) 引言 (5) 1.锌指蛋白 (5) 1.1锌指蛋白概念 (5) 1.2锌指蛋白结构 (6) 2.锌指蛋白分类 (6) 2.1 C2H2型锌指 (7) 2.2 C4型锌指 (9) 2.3 C6型锌指 (9) 3.锌指蛋白调控机理 (9) 3.1对DNA靶序列的识别 (10) 3.2与RNA相互作用 (10) 3.3与DNA-RNA杂交双分子特异性结合 (10) 3.4锌指之间的相互作用 (11)
4.逆境相关的植物锌指蛋白 (11) 4.1与盐胁迫有关的锌指蛋白 (11) 4.2与冷胁迫有关的锌指蛋白 (13) 4.3与干旱胁迫相关的锌指蛋白 (14) 4.4与氧胁迫有关的锌指蛋白 (14) 4.5强光胁迫下有关的锌指蛋白 (15) 5.锌指蛋白应用前景与展望 (15) 结束语 (16) 参考文献 (17) 致谢 (22)
摘要 锌指蛋白是一类对基因调控起重要作用的转录因子，具有手指状结构域，对基因调控起重要作用。根据其结构域的不同，可将锌指蛋白主要分为C2H2型、C4型和C6型。C2H2型是研究较多，较为明确的一种锌指蛋白。锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA的序列特异性结合，以及与自身或其他锌指蛋白结合，在转录和翻译水平上调控基因表达，参与许多生理过程。近年来国内外学者对其进行了广泛研究，利用转基因技术, 将一些与逆境胁迫相关的锌指蛋白基因在目标植物中过量表达后, 能对植物起到增强抗逆性的作用, 说明锌指蛋白在增强植物逆境抗性方面有着广阔的应用前景。这些研究成果对日后利用基因工程技术改良作物品质，提高作物抗逆性提供了有利条件。 关键词：转录因子；锌指蛋白；逆境胁迫