擬南芥R2R3-MYB家族第22亞族的結(jié)構(gòu)與功能

樊錦濤，蔣琛茜，邢繼紅，董金皋

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)真菌毒素與植物分子病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，保定 071001

擬南芥R2R3-MYB家族第22亞族的結(jié)構(gòu)與功能

樊錦濤，蔣琛茜，邢繼紅，董金皋

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)真菌毒素與植物分子病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，保定 071001

擬南芥 R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥生長(zhǎng)發(fā)育、代謝及響應(yīng)生物和非生物脅迫的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中具有重要作用。根據(jù)保守的氨基酸序列，R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子被分為25個(gè)亞族，其中第22亞族包含AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70 4個(gè)基因，主要響應(yīng)生物和非生物脅迫。文章從基因功能的相似性、基因表達(dá)的一致性和基因結(jié)構(gòu)的保守性3方面綜述了第22亞族的4個(gè)基因，并綜合討論了其在結(jié)構(gòu)與功能上的冗余性和多樣性。

擬南芥；R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子；22亞族；結(jié)構(gòu)與功能

擬南芥MYB轉(zhuǎn)錄因子以含有保守的MYB結(jié)構(gòu)域?yàn)楣餐卣?，包括?jīng)典的 MYB轉(zhuǎn)錄因子和MYB-related轉(zhuǎn)錄因子，共199個(gè)成員。MYB結(jié)構(gòu)域是一段約含 51～52個(gè)氨基酸的肽段，一般含有 3個(gè)保守的色氨酸殘基，間隔18～19個(gè)氨基酸規(guī)則排列，參與空間結(jié)構(gòu)中疏水核心的形成。根據(jù) MYB蛋白含MYB結(jié)構(gòu)域不完全重復(fù)子的個(gè)數(shù)，可將其分為4類(lèi)：(1) 單一的MYB結(jié)構(gòu)域蛋白(R1/R2)；(2) R2R3蛋白；(3) 3R蛋白；(4) 擬南芥中新發(fā)現(xiàn)的4R蛋白。其中，R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥MYB家族中數(shù)量最多，其蛋白結(jié)構(gòu)的N端含有非常保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，C端含有不保守的轉(zhuǎn)錄激活/抑制結(jié)構(gòu)域[1]。

R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子廣泛參與擬南芥的初生和次生代謝、生長(zhǎng)發(fā)育，響應(yīng)生物和非生物脅迫等過(guò)程。根據(jù)R2R3-MYB蛋白的氨基酸序列的保守性不同，將其進(jìn)一步分成25個(gè)亞族(圖1)。其中，第22亞族包含AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70 4個(gè)基因，主要參與擬南芥抵抗生物和非生物脅迫過(guò)程。該亞族基因結(jié)構(gòu)保守、功能相近、表達(dá)規(guī)律相似，表明該亞族基因在功能上可能存在冗余性，但是該亞族基因在功能和結(jié)構(gòu)上又各具特點(diǎn)。由此我們推測(cè)，該亞族基因的相似性和各自的獨(dú)特性是該亞族基因功能上呈現(xiàn)冗余性和多樣性的重要原因。因此，本文從基因功能的相似性、基因表達(dá)的一致性和基因結(jié)構(gòu)的保守性等方面對(duì)擬南芥R2R3-MYB家族22亞族基因的冗余性和多樣性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步明確R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 R2R3-MYB家族基因功能的多樣性

R2R3-MYB家族中第 1、2、11、18、20、22亞族參與調(diào)控?cái)M南芥抵抗生物、非生物脅迫反應(yīng)。擬南芥AtMYB30基因通過(guò)正調(diào)控HR反應(yīng)，刺激長(zhǎng)鏈脂肪酸的合成，從而增強(qiáng)擬南芥對(duì)病原菌的抗性[2]。AtMYB30可與磷酸酶AtsPLA2-α相互作用，促進(jìn)磷酸酶 AtsPLA2-α從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，使AtMYB30的轉(zhuǎn)錄活性受到抑制。AtsPLA2-α突變體增強(qiáng)了對(duì)病原菌的抗性，表明AtsPLA2-α是AtMYB30調(diào)控?cái)M南芥抗病反應(yīng)過(guò)程的負(fù)調(diào)節(jié)因子[3]；AtMYB96基因可以激活植物的脫落酸(ABA)和生長(zhǎng)素(Auxin)的信號(hào)途徑，其超表達(dá)突變體通過(guò)減少側(cè)根的生長(zhǎng)，增強(qiáng)對(duì)干旱脅迫的耐受性[4]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MYB轉(zhuǎn)錄因子具有冷脅迫因子 CBF啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)；AtMYB15可與CBF家族的多個(gè)基因的啟動(dòng)子結(jié)合，AtMYB15的功能缺失導(dǎo)致CBF家族的多個(gè)基因的表達(dá)水平增強(qiáng)，同時(shí)myb15突變體對(duì)冷脅迫的耐受性增強(qiáng)，表明 AtMYB15是調(diào)控?cái)M南芥冷脅迫相關(guān)基因表達(dá)的重要成員[5]。

R2R3-MYB家族中第3、4、5、6、7、12亞族參與調(diào)控?cái)M南芥的初生和次生代謝過(guò)程。擬南芥中AtMYB12參與調(diào)控?cái)M南芥根部類(lèi)黃酮的合成[6]，而AtMYB111參與調(diào)控子葉中類(lèi)黃酮的合成[7]。擬南芥AtMYB75基因參與調(diào)控植物體內(nèi)花青素的生物合成，其異位表達(dá)能夠促進(jìn)類(lèi)黃酮類(lèi)物質(zhì)生物合成相關(guān)基因的表達(dá)，使植物的大多數(shù)器官表現(xiàn)為紫色[8,10]。部分 MYB轉(zhuǎn)錄因子控制植物細(xì)胞壁的合成，如第 3亞族的AtMYB58和AtMYB63參與擬南芥苯丙烷和木質(zhì)素的代謝；AtMYB58和AtMYB63在次生壁加厚的纖維和導(dǎo)管中特異性表達(dá)，是木質(zhì)素合成的特異調(diào)控基因；抑制AtMYB58和AtMYB63的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致次生壁缺陷、木質(zhì)素含量降低；而兩者過(guò)量表達(dá)會(huì)激活木質(zhì)素合成基因的表達(dá)，并伴隨木質(zhì)素的異位沉積[11]。

R2R3-MYB家族中第 9、14、15、18、19、21亞族影響擬南芥的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程。其中，第 9亞族和第 15亞族均參與調(diào)控表皮毛的發(fā)育[12]；第 14亞族的AtMYB37、AtMYB38、AtMYB68和第21亞族的AtMYB105和AtMYB117參與調(diào)控?cái)M南芥腋生分生組織和橫向器官的形成[13,16]；AtMYB23和AtMYB66參與調(diào)控?cái)M南芥根毛的發(fā)育[17,18]；第 18亞族的AtMYB33和AtMYB65參與調(diào)控?cái)M南芥雌蕊和花藥的發(fā)育[19]；第19亞族的AtMYB21和AtMYB24參與調(diào)控?cái)M南芥雌蕊發(fā)育和纖維的長(zhǎng)度[20,21]。

R2R3-MYB家族中第13、16、23、24、25亞族基因的功能尚未完全解析，暫時(shí)歸為功能待定一類(lèi)。

例如：第25亞族中包含AtMYB22、AtMYB64、AtMYB100、AtMYB115、AtMYB118和AtMYB119 6個(gè)基因，只有AtMYB115和AtMYB118的功能初步確定為參與擬南芥的種子萌發(fā)和胚的形成。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AtMYB72可以和乙烯信號(hào)途徑中的抗病因子 EIL3互作，初步確定 AtMYB72是擬南芥抗病的早期信號(hào)因子[22,23]。AtMYB26突變體植株能夠產(chǎn)生形態(tài)和大小均正常的花粉，但是花藥的藥室內(nèi)壁次生加厚內(nèi)壁木質(zhì)化異常，以至于花藥不能正常開(kāi)裂[24]，推測(cè)AtMYB26與擬南芥花藥的發(fā)育相關(guān)，但其具體功能還有待進(jìn)一步的證實(shí)。

圖1 根據(jù)氨基酸序列的保守性對(duì)R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子家族的分類(lèi)[1]

圖2 共表達(dá)的22亞族基因

2 R2R3-MYB家族22亞族基因功能的相似性

利用GENEMANIA數(shù)據(jù)庫(kù)(http://pages.genemania. org/)對(duì)R2R3-MYB家族基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一些亞族基因不僅功能相似，而且存在一些共表達(dá)的現(xiàn)象。其中，參與抗逆反應(yīng)的第22亞族基因的共表達(dá)現(xiàn)象最為明顯，推測(cè)該亞族基因在功能上可能存在一定的冗余性，本文從該亞族 4個(gè)基因抗逆功能的相似性、基因表達(dá)的一致性和基因結(jié)構(gòu)的保守性等方面進(jìn)行分析，探討4個(gè)基因在結(jié)構(gòu)和功能上的冗余性和多樣性，為明確22亞族各基因間的關(guān)系及其調(diào)控?cái)M南芥抗逆的機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

2.1 R2R3-MYB家族22亞族基因參與抵抗非生物脅迫反應(yīng)

R2R3-MYB家族 22亞族基因參與擬南芥響應(yīng)高鹽、干旱、低溫等非生物脅迫反應(yīng)。sos2-1(salt overly sensitive)突變體經(jīng)250 mmol/L NaCl處理后，AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70的表達(dá)水平均出現(xiàn)明顯的上調(diào)[25]；用300 mmol/L NaCl處理擬南芥野生型，AtMYB73的表達(dá)水平隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)，處理 6 h達(dá)到最大值；同時(shí)鹽脅迫過(guò)程中，AtMYB73突變體中SOS1和SOS3基因的表達(dá)水平明顯增強(qiáng)，表明AtMYB73可能負(fù)調(diào)控SOS反應(yīng)，影響擬南芥抵抗高鹽脅迫反應(yīng)[26]。

ABA處理擬南芥野生型 30 min后，AtMYB44的轉(zhuǎn)錄水平明顯增強(qiáng)，且在導(dǎo)管和葉片氣孔中高效表達(dá)，表明AtMYB44可能參與調(diào)控?cái)M南芥對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)；AtMYB44超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株較野生型和敲除突變體對(duì)ABA的敏感性增強(qiáng)，并能更為迅速的調(diào)控氣孔的開(kāi)合，同時(shí)對(duì)鈉鹽脅迫和干旱脅迫的耐受程度明顯增強(qiáng)；進(jìn)一步的研究表明，AtMYB44通過(guò)抑制ABA的負(fù)調(diào)控因子PP2Cs(絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2Cs)對(duì)ABA進(jìn)行正調(diào)控[27]。AtMYB73在擬南芥脫水過(guò)程中的表達(dá)水平?jīng)]有明顯變化，而在復(fù)水過(guò)程中被顯著的誘導(dǎo)，表明AtMYB73也參與調(diào)控?cái)M南芥對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[28]。另外，低溫處理能夠誘導(dǎo)AtMYB73、AtMYB44和AtMYB77的表達(dá)，且AtMYB73可以持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間上調(diào)表達(dá)，推測(cè)AtMYB73在擬南芥抵抗低溫脅迫過(guò)程中具有重要功能[29]。

2.2 R2R3-MYB家族22亞族基因參與擬南芥抵抗生物脅迫反應(yīng)

R2R3-MYB家族 22亞族基因參與調(diào)控?cái)M南芥對(duì)生物脅迫的響應(yīng)。AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70均能響應(yīng)沙雷氏菌(Serratia plymuthica)和嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)的脅迫刺激[30]。AtMYB44和AtMYB73能夠響應(yīng)Pst DC3000和激素SA、MeJA、ACC的刺激[31,32]。例如：接種Pst DC3000后，AtMYB44超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株的病斑面積較野生型和敲除突變體明顯減小，H2O2、胼胝質(zhì)和PR1的積累明顯增多[31]；茉莉酸甲酯(MeJA)處理擬南芥野生型10 min后AtMYB44被誘導(dǎo)表達(dá)，但是AtMYB44不影響茉莉酸的信號(hào)通路，卻影響茉莉酸信號(hào)通路下游基因JR2、SP、OXII和AOS的表達(dá)[33]。另外，AtMYB44能夠響應(yīng)蚜蟲(chóng)刺激。過(guò)敏致病性蛋白(Harpin)可以誘導(dǎo)植物抵抗病原菌的侵染和蚜蟲(chóng)的危害[34]，在植物響應(yīng) Harpin后乙烯信號(hào)調(diào)控因子 EIN2受AtMYB44的調(diào)控，進(jìn)而影響植物防御蚜蟲(chóng)的重要元件PP2-A和GSL的表達(dá)[35]；在研究確定根癌農(nóng)桿菌毒蛋白的互作蛋白VirE2-interacting protein 1 (VIP1)可以與 AtMYB44的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，增強(qiáng) AtMYB44的表達(dá)[36]。亞精胺在植物抗逆和防御反應(yīng)中具有核心地位，在亞精胺合成酶 SPDS的超表達(dá)轉(zhuǎn)基因擬南芥中，AtMYB73表達(dá)水平明顯高于野生型[37]。

本課題組研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸、茉莉酸和乙烯均可以不同程度的誘導(dǎo)AtMYB73的表達(dá)，同時(shí)在水楊酸途徑關(guān)鍵基因突變體eds5和sid2、茉莉酸途徑關(guān)鍵基因突變體jar1及水楊酸和茉莉酸共同調(diào)控的節(jié)點(diǎn)基因npr1突變體中，AtMYB73表達(dá)均受到明顯的抑制，表明AtMYB73響應(yīng)水楊酸和茉莉酸信號(hào)途徑；當(dāng)接種水稻胡麻斑病菌(Bipolaris Oryzae)后，AtMYB73的表達(dá)水平明顯上調(diào)，且 Atmyb73突變體中 H2O2含量明顯降低，PR1、NPR1和PDF1.2的表達(dá)水平均較野生型明顯增強(qiáng)，表明AtMYB73通過(guò)水楊酸和茉莉酸途徑調(diào)控?cái)M南芥抵抗B. Oryzae的侵染[38]。

2.3 R2R3-MYB家族22亞族基因參與調(diào)控?cái)M南芥的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程

AtMYB77敲除突變體中，生長(zhǎng)素相關(guān)基因的表達(dá)水平明顯減弱；低濃度的IAA處理或營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，AtMYB77敲除突變體的側(cè)根密度明顯減少；AtMYB77的 C端可以和生長(zhǎng)素響應(yīng)因子 ARFs互作，表明AtMYB77可以響應(yīng)生長(zhǎng)素的刺激[39]；在雌蕊衰老的不同階段，AtMYB73的表達(dá)水平發(fā)生明顯的變化，推測(cè)AtMYB73參與調(diào)控胚珠的發(fā)育[40]；在莖形成過(guò)程中，AtMYB73、AtMYB77和AtMYB44同時(shí)上調(diào)表達(dá)，表明AtMYB73、AtMYB77和AtMYB44可能參與次生生長(zhǎng)過(guò)程[41]。此外，AtMYB73和AtMYB77還能夠響應(yīng)光的刺激，當(dāng)黑暗處理 30 min后，AtMYB73和AtMYB77的表達(dá)水平均發(fā)生明顯的變化[42]。

3 R2R3-MYB家族22亞族基因表達(dá)的一致性

3.1 22亞族基因的共表達(dá)現(xiàn)象

在擬南芥防御反應(yīng)過(guò)程中，R2R3-MYB家族22亞族基因AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70表現(xiàn)出明顯的共表達(dá)現(xiàn)象[30,43,44]。早在1998年，研究報(bào)道了在胚發(fā)育的晚期AtMYB44和AtMYB77表達(dá)水平均明顯增強(qiáng)[45]；在fus3、lec1和abi3突變體中，AtMYB44和AtMYB77的表達(dá)均受到明顯的抑制。AtMYB44、AtMYB77和AtMYB73在擬南芥機(jī)械損傷后均有不同程度的上調(diào)表達(dá)[46]。2004年，Guan等[47]發(fā)現(xiàn)AtMYB77和AtMYB73均可以響應(yīng)損傷刺激。在sos2-1(salt overly sensitive)突變體中，AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70在NaCl處理后均明顯的上調(diào)[25]。在編碼碳酸酐酶基因 βCA1的敲除突變體中，AtMYB73和AtMYB77的表達(dá)水平均明顯下調(diào)[48]。2010年，Liu等[44]發(fā)現(xiàn)，AtMYB44和AtMYB73均能響應(yīng)Harpin蛋白的刺激；同時(shí)在研究油菜素內(nèi)酯時(shí)，發(fā)現(xiàn)bri1(brassinosteroid-insensitive 1)突變體中AtMYB44、AtMYB77和AtMYB73均明顯下調(diào)[43]。2012年，Wenke等[30]發(fā)現(xiàn)AtMYB77、AtMYB73和 AtMYB70均能響應(yīng)根際細(xì)菌沙雷氏菌(Serratia plymuthica)和嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)的脅迫。2013年，Han等[49]發(fā)現(xiàn)了AtMYB44和AtMYB73共同響應(yīng)茉莉酸誘導(dǎo)的抗性反應(yīng)。

3.2 22亞族基因的時(shí)空表達(dá)規(guī)律的一致性

利用AtGenExpress Visualization Tool(http://www. weigelworld.org/resources/microarray/AtGenExpress/)[50]，本文獲得了22亞族4個(gè)基因在不同時(shí)期、不同部位(根、莖、葉、整個(gè)植株、分生部位、花、雄蕊、雌蕊和種子)的表達(dá)數(shù)據(jù)(圖 3)。通過(guò)對(duì)比分析 4個(gè)基因在不同的組織部位、不同時(shí)間的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70的時(shí)空表達(dá)規(guī)律表現(xiàn)出明顯的一致性。尤其是在17 d的根部、7 d的子葉、15 d的葉片、21 d的幼苗和8周齡的長(zhǎng)角果等部位，4個(gè)基因的表達(dá)均處于較高的水平；在1 cm長(zhǎng)的葉片上、莖的第2個(gè)節(jié)間處、幼苗第7 d的幼苗綠色部位、6周齡成熟的花粉中和早期心形胚中，4個(gè)基因的表達(dá)均處于較低的水平。

圖3 22亞族基因的表達(dá)規(guī)律

4 R2R3-MYB家族22亞族基因結(jié)構(gòu)的保守性

4.1 22亞族基因啟動(dòng)子元件的相似性

22亞族基因存在明顯的共表達(dá)現(xiàn)象，本文推測(cè)AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和AtMYB70的啟動(dòng)子區(qū)可能存在著相似的順式作用元件。利用plantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/ plantcare/html/)軟件[51]，本文對(duì)22亞族4個(gè)基因的啟動(dòng)子區(qū)(ATG前 1500 bp區(qū)域)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn) 4個(gè)基因共同含有的元件有11個(gè)，除了包括轉(zhuǎn)錄必備元件CAAT-box和TATA-box之外，還含有能夠響應(yīng)ABA的元件ABRE，響應(yīng)熱脅迫的元件HSE，MYB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的區(qū)域MBS，參與防御反應(yīng)的TC-rich repeats，響應(yīng)生長(zhǎng)素的TGA-element，4個(gè)光響應(yīng)元件Box4、G-BOX、G-box和GAG-motif (表1 A)。這些結(jié)果說(shuō)明，22亞族4個(gè)基因均能夠響應(yīng)植物激素(脫落酸、生長(zhǎng)素)，逆境脅迫(干旱、熱和防御反應(yīng))和光信號(hào)(表1 A)。

AtMYB73、AtMYB44和AtMYB77均含有赤霉素響應(yīng)元件 P-box和參與胚乳早期形成的元件 Skn-1_motif。而AtMYB44、AtMYB77和AtMYB70均含有響應(yīng)光的MYB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)域MRE(表1 B)。此外，AtMYB44和AtMYB70均含有2個(gè)響應(yīng)參與抵抗壞死型病原菌的茉莉酸元件 TGACG-motif和CGTCA-motif，AtMYB44和AtMYB77含有響應(yīng)水楊酸的元件 TCA-element和響應(yīng)真菌激發(fā)子的Box-W1元件，而AtMYB73和AtMYB77含有2個(gè)響應(yīng)赤霉素的元件GARE-motif和TATC-box，AtMYB73和AtMYB70均含有響應(yīng)低溫脅迫的LTR元件。

另外，通過(guò)分析每個(gè)順式作用元件在不同基因啟動(dòng)子中數(shù)量和位置，結(jié)果顯示這些與抗逆有關(guān)的順式作用元件的數(shù)量和位置呈現(xiàn)多樣性，并沒(méi)有表現(xiàn)出我們預(yù)期的相似性。這表明每個(gè)基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控被開(kāi)啟的模式是需要多種轉(zhuǎn)錄因子的進(jìn)行不同形式的組合來(lái)完成的。

4.2 22亞族蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的保守性

利用SOPMA網(wǎng)站[52]，進(jìn)一步對(duì)22亞族4個(gè)基因編碼蛋白質(zhì)的保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，22亞族的4個(gè)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)域在1～100個(gè)氨基酸內(nèi)均含有2個(gè)典型的SANT結(jié)構(gòu)域，構(gòu)成了經(jīng)典的R2R3-MYB結(jié)構(gòu)(圖4)，在具有轉(zhuǎn)錄激活或抑制的C端均含有若干個(gè)短的重復(fù)序列。利用 Jpred3和SOPMA軟件，對(duì)AtMYB44、AtMYB77、AtMYB73和 AtMYB70蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4個(gè)蛋白中α-螺旋、β轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲所占比例也表現(xiàn)出明顯的一致性；其中，AtMYB77和AtMYB44相似程度較高，AtMYB73和AtMYB70相似度較高(表2)。該結(jié)果與亞族分類(lèi)的結(jié)果相一致(圖1)。

表1 22亞族4個(gè)基因的啟動(dòng)子元件分析

圖4 22亞族4個(gè)蛋白的SANT保守結(jié)構(gòu)域

表2 22亞族4個(gè)蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)分析

5 展 望

擬南芥R2R3-MYB家族22亞族主要參與擬南芥抵抗生物和非生物脅迫過(guò)程，但是該亞族中 4個(gè)基因AtMYB44、AtMYB73、AtMYB77和AtMYB70功能并未完全明確。研究較為深入的是AtMYB44，目前已確定AtMYB44位于表達(dá)調(diào)控的上游區(qū)域，影響擬南芥的多種代謝過(guò)程。AtMYB44參與調(diào)控?cái)M南芥對(duì)生物和非生物脅迫的響應(yīng)及其生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程。在R2R3-MYB家族22亞族中，AtMYB77和AtMYB44相似程度最高(圖 1)，分別被稱(chēng)為 AtMYBR2和AtMYBR1，表明它們可能存在相同的功能。但是，目前僅發(fā)現(xiàn)AtMYB77在生長(zhǎng)素刺激的根部發(fā)育過(guò)程中起調(diào)控作用。而AtMYB73的功能與AtMYB44較為相似，AtMYB73不僅參與擬南芥抵抗生物和非生物脅迫過(guò)程，在擬南芥的發(fā)育過(guò)程中也起著重要作用。AtMYB70的相關(guān)研究相對(duì)較少，目前僅知AtMYB70可能參與Ca2+信號(hào)的調(diào)控。事實(shí)上，22亞族4個(gè)基因在其介導(dǎo)的植物響應(yīng)逆境脅迫過(guò)程中的具體功能及其相互關(guān)系尚不清楚，比如22亞族4個(gè)基因的上、下游結(jié)合因子仍未確定，4個(gè)基因在各種抗逆信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的交叉調(diào)節(jié)的機(jī)制(冗余性和多樣性)還有待進(jìn)一步深入研究。隨著各種基因功能研究方法的不斷發(fā)展及酵母雙雜交、染色質(zhì)免疫沉淀等技術(shù)體系的應(yīng)用，22亞族及R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子所調(diào)控的植物重要生理生化活動(dòng)的機(jī)制將會(huì)進(jìn)一步得到闡明。

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，經(jīng)常受到各種環(huán)境(低溫、干旱、土壤鹽漬化及病原物侵染等)的脅迫。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，植物形成了抵抗逆境脅迫的多種防御機(jī)制。當(dāng)受到逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)產(chǎn)生一系列的信號(hào)傳遞，激發(fā)植物自身的防御體系，提高抵抗脅迫的能力。植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)是一個(gè)涉及多基因、多信號(hào)途徑、多基因產(chǎn)物的復(fù)雜過(guò)程。轉(zhuǎn)錄因子作為一種具有特殊結(jié)構(gòu)的蛋白分子在植物抗逆過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控功能，它直接或間接的調(diào)控多個(gè)抗逆相關(guān)的功能基因的表達(dá)。闡明抗逆相關(guān)各轉(zhuǎn)錄因子的功能以及調(diào)控機(jī)制是目前植物脅迫生物學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，在提高作物對(duì)逆境脅迫的分子育種中，增加或改良某個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控功能，可以激活或抑制多個(gè)功能基因的表達(dá)，從而提高植物的綜合抗逆性(抗凍、抗旱、抗鹽及抗病蟲(chóng)害等)，為培育具有廣譜、持久抗性的作物新品種具有重大意義，將在植物抗逆性改良方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編委: 張憲省)

Structure and function of the 22nd subfamily in Arabidopsis R2R3-MYB family

Jintao Fan, Chenxi Jiang, Jihong Xing, Jingao Dong

Mycotoxin and Molecular Plant Pathology Laboratory, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China

R2R3-MYB transcription factors of Arabidopsis play important roles in regulatory networks controlling development, metabolism and responses to biotic and abiotic stresses. R2R3-MYB transcription factors can be divided into 25 subfamilies based on the conserved amino acid sequences. In these subfamilies, the 22nd subfamily that responses to biotic and abiotic stresses includ AtMYB44, AtMYB77, AtMYB73 and AtMYB70. In this review, we summarize these 4 genes of the 22nd subfamily from three aspects, including the similarity of gene function, consistency of gene expression and conservation of the genetic structure. Then we discuss the redundancy and diversity about gene structure and function of these 4 genes.

Arabidopsis thaliana; R2R3-MYB transcription factors; 22 subfamily; structure and function

2014-05-16;

2014-08-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31200203)，河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：C2012204032)和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(編號(hào)：20121302120007)資助

樊錦濤，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)方向：分子生物學(xué)。E-mail: afanjintao@126.com

邢繼紅，教授，研究方向：分子生物學(xué)。Tel: 0312-7528142；E-mail: xingjihong2000@126.com；

董金皋，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：植物分子病理學(xué)。Tel: 0312-7528266；E-mail: dongjingao@126.com

10.3724/SP.J.1005.2014.0985

時(shí)間: 2014-9-24 10:17:09

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20140924.1017.001.html