植物BAG蛋白家族的結(jié)構(gòu)及其功能特征綜述

魏瑞敏，謝玲玲，歐陽嫻，張亞利，戴雄澤,，劉 峰,

（1.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西甜瓜研究所，湖南 長沙 410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，湖南 長沙 410125；4.湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，湖南 長沙 410208）

植物BAG蛋白家族的結(jié)構(gòu)及其功能特征綜述

魏瑞敏1，謝玲玲2，歐陽嫻3，張亞利4，戴雄澤1,3，劉 峰1,3

（1.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西甜瓜研究所，湖南 長沙 410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，湖南 長沙 410125；4.湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，湖南 長沙 410208）

在酵母、動(dòng)物和植物中，BAG（The Bcl-2-associated athanogene）蛋白家族是一類進(jìn)化上高度保守的分子伴侶輔助因子，其家族成員在植物逆境響應(yīng)、生長發(fā)育和程序化死亡等方面發(fā)揮了多種細(xì)胞功能。結(jié)合近年BAG蛋白家族的研究進(jìn)展，從該家族的基本結(jié)構(gòu)、細(xì)胞功能及作用機(jī)制3個(gè)方面進(jìn)行綜述。

植物；動(dòng)物；BAG蛋白；功能特征；綜述

BAG家族是一類在多種信號(hào)通路中發(fā)揮作用的多功能蛋白，第一個(gè)BAG基因（BAG1）是以重組的人類Bcl-2蛋白為誘餌于小鼠胚胎的cDNA文庫中發(fā)現(xiàn)的［1］，該基因作為互作蛋白能夠與Bcl-2協(xié)同促進(jìn)細(xì)胞存活，參與細(xì)胞程序化死亡（programmed cell death，PCD）的調(diào)控途徑。BAG蛋白的C端含有該蛋白家族特有的保守區(qū)域——BAG結(jié)構(gòu)域（BAG domain），可直接與分子伴侶Hsp70/Hsc70的ATPasc結(jié)構(gòu)域互作，進(jìn)而調(diào)控其與底物蛋白的結(jié)合［2］。

由于BAG蛋白參與了細(xì)胞程序性死亡，可能與人類癌癥、帕金森綜合征等疑難病癥的調(diào)控機(jī)制相關(guān)［3］，因此BAG蛋白的結(jié)構(gòu)及功能特征一直是動(dòng)物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。然而，由于BAG家族的一級(jí)結(jié)構(gòu)保守性很低，傳統(tǒng)的BLAST、FASTA等比對(duì)方法很難在植物中找到與動(dòng)物同源的該家族成員，這在很長一段時(shí)間里限制了人們對(duì)植物BAG家族的研究和認(rèn)識(shí)［4］。直到近些年，當(dāng)運(yùn)用更為復(fù)雜的隱馬爾可夫（HMM， Hidden Markov Model）蛋白搜尋工具，并結(jié)合輪廓對(duì)其算法（profile-profile algorithms）搜尋信息庫時(shí)，研究者在模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）中發(fā)現(xiàn)了7個(gè)可能與哺乳動(dòng)物凋亡控制因子BAG蛋白同源的蛋白［5］。在其他植物中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了BAG類蛋白，包括許多具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究意義的植物，如水稻、大豆、番茄、土豆、棉花、鷹嘴豆、楊樹等，這表明BAG蛋白家族在植物界的高度保守性［6］。

蛋白序列結(jié)構(gòu)的同源通常預(yù)示著功能的保守。在動(dòng)物中，BAG蛋白參與了細(xì)胞凋亡、腫瘤發(fā)生、神經(jīng)分化、逆境響應(yīng)和細(xì)胞周期等生理生化進(jìn)程的調(diào)控［5］；植物中的研究表明，BAG家族蛋白也在類似細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮了作用［7-8］。此外，植物BAG蛋白家族某些成員序列中含有動(dòng)物中不具有的功能區(qū)域，如鈣素結(jié)合域（IQ、calmodulin-binding motif），這些成員的亞細(xì)胞定位分別位于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和液泡等細(xì)胞器，相較動(dòng)物中大部分定位于胞質(zhì)更為多樣［9］，這也反映出植物BAG蛋白家族在行使功能時(shí)的多樣性和特異性。

1 BAG蛋白家族的基本結(jié)構(gòu)

目前，在人類和擬南芥中分別發(fā)現(xiàn)6個(gè)和7個(gè)BAG蛋白家族成員（圖1），該蛋白家族C端至少含有一個(gè)BAG結(jié)構(gòu)域，由70～80個(gè)氨基酸殘基組成［10］，結(jié)構(gòu)域內(nèi)部形成3個(gè)反向平行的α螺旋（圖2），其中第二個(gè)和第三個(gè)α螺旋含有高度保守的氨基酸殘基，負(fù)責(zé)與HSP70/HSC70的ATPasc結(jié)構(gòu)域識(shí)別與綁

定［11-12］。

圖1 人類（A）和擬南芥（B）BAG蛋白家族結(jié)構(gòu)圖

在哺乳動(dòng)物中，BAG1最先被發(fā)現(xiàn)，關(guān)于它的研究也最為系統(tǒng)。人類BAG1含有4個(gè)長度不同的異構(gòu)體——BAG1L、BAG1M、BAG1S和p29，其分子質(zhì)量分別為50、46、36和29 kDa［13］，這些異構(gòu)體的序列結(jié)構(gòu)極為相似，它們可能由同一個(gè)轉(zhuǎn)錄物通過不同的起始密碼子翻譯而來［14-15］，其中BAG1S在細(xì)胞中的表達(dá)量最高，通常情況下以它代表BAG1［16］。BAG1的BAG結(jié)構(gòu)域上游含有類泛素結(jié)構(gòu)域（UBL，ubiquitin-like domain）和多個(gè)“TRSEEX”六勝肽重復(fù)，UBL結(jié)構(gòu)域可與26S蛋白酶體互作，是BAG1參與應(yīng)激反應(yīng)不可缺少的組成部分，而“TRSEEX”則可能參與DNA結(jié)合與轉(zhuǎn)錄激活［17-18］。BAG1L的N端含有一個(gè)核定位信號(hào)（NLS，nuclear localization signal），實(shí)驗(yàn)證明其定位于細(xì)胞核，而其他異構(gòu)體則在細(xì)胞質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)。BAG3的WW結(jié)構(gòu)域可與自噬小體互作，在細(xì)胞自噬中發(fā)揮作用［19］；“PXXP”重復(fù)富含脯氨酸，可與Hsp22、磷脂酶C等信號(hào)因子互作［20］。

圖2 人類BAG5和擬南芥AtBAG1-4結(jié)構(gòu)域比對(duì)

植物中，BAG蛋白家族按照其結(jié)構(gòu)特征可被分為兩類，第一類N端含UBL結(jié)構(gòu)域，與哺乳動(dòng)物BAG1的結(jié)構(gòu)組成類似，第二類在BAG結(jié)構(gòu)域附近含有IQ基序，該結(jié)構(gòu)為植物特有［6］。擬南芥第一類包括AtBAG1、AtBAG2、AtBAG3和AtBAG4四個(gè)成員，它們可能是動(dòng)物BAG1的直系同源物，在結(jié)構(gòu)和功能上相似度較高。該類成員不僅含有BAG和UBL結(jié)構(gòu)域，在N端附近還存在保守的由12個(gè)氨基酸殘基組成的基序結(jié)構(gòu)“EXRPGGML/VVQXR”，該基序在水稻和苜蓿的BAG類蛋白中也被發(fā)現(xiàn)，預(yù)示其在植物BAG蛋白家族中發(fā)揮著重要作用［9］。第二類由AtBAG5、AtBAG6和AtBAG7組成。眾所周知，鈣調(diào)蛋白（calmodulin）是與很多激酶互作的主要感受器，并且可以轉(zhuǎn)換鈣離子攜帶的細(xì)胞信號(hào)，從而參與植物細(xì)胞的形態(tài)建成、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、逆境響應(yīng)等進(jìn)程［21-22］，而IQ基序可綁定鈣調(diào)蛋白，影響鈣調(diào)蛋白與靶向蛋白復(fù)合物的形成［23］。此外，AtBAG6和AtBAG7都含有核定位信號(hào)，但它們并不是單一地定位于細(xì)胞核，而是攜帶核信號(hào)在細(xì)胞質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器之間穿梭，行使特定的功能。AtBAG5則定位于線粒體，相對(duì)于人類和擬南芥中BAG家族其他成員，AtBAG5的細(xì)胞定位最為獨(dú)特，其可能在細(xì)胞能量代謝中發(fā)揮潛在功能［24］。一些植物的組織特異性表達(dá)以及生物和非生物脅迫下的表達(dá)序列標(biāo)簽（ESTs，expressed sequence tags）顯示，BAG蛋白家族在植物中的分布非常廣泛，并且參與了植株的發(fā)育和環(huán)境應(yīng)答［6］。

2 BAG蛋白的細(xì)胞功能

2.1 動(dòng)物BAG蛋白的細(xì)胞功能

BAG家族蛋白保守的C端Hsp70綁定結(jié)構(gòu)域和多樣的N端結(jié)構(gòu)域預(yù)示其可以靶向多種分子伴侶，進(jìn)而調(diào)控蛋白激酶活性、受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄因子活性，影響細(xì)胞分裂、死亡、遷移和分化等多種細(xì)胞活動(dòng)［25-26］。研究人員通過體外蛋白互作實(shí)驗(yàn)和免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了BAG蛋白家族的多個(gè)靶向蛋白。在一些試驗(yàn)中，受體蛋白先與BAG蛋白結(jié)合，促使BAG結(jié)構(gòu)域綁定Hsp70的N端ATPase結(jié)構(gòu)域，并激活其C端底物綁定結(jié)構(gòu)域與多種靶向變性蛋白暴露的疏水性補(bǔ)丁的結(jié)合互作，BAG蛋白在該互作通路中發(fā)揮了類似“分子橋梁”的作用。此外，BAG蛋白也可通過N端結(jié)構(gòu)域直接與某些特異蛋白結(jié)合［27］。

目前，哺乳動(dòng)物中只有BAG1、BAG3、BAG4和BAG6的細(xì)胞功能被較為系統(tǒng)地研究過。如圖3所示，BAG1能與多個(gè)蛋白互作，在細(xì)胞中發(fā)揮多種功能。

Bcl-2（抗凋亡蛋白）主要分布于線粒體內(nèi)膜，過表達(dá)Bcl-2可引起胞質(zhì)內(nèi)分散的BAG1向線粒體內(nèi)

圖3 BAG家族蛋白在細(xì)胞增殖和細(xì)胞死亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演的角色

膜聚集，一些研究中也發(fā)現(xiàn)BAG1與線粒體活動(dòng)有所關(guān)聯(lián)。BAG1與Bcl-2聯(lián)合過表達(dá)能明顯提高細(xì)胞的抗凋亡能力。這些研究結(jié)果表明BAG1能與Bcl-2形成復(fù)合物，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞凋亡途徑［1］。BAG1可通過BAG結(jié)構(gòu)域上游的重疊區(qū)與Raf1（絲氨酸/蘇氨酸激酶）的催化結(jié)構(gòu)域結(jié)合，在脅迫條件下，Hsp70表達(dá)量增加，BAG1/Raf1復(fù)合物被BAG1/Hsp70復(fù)合物取代，從而減弱Raf1信號(hào)傳導(dǎo)途徑，抑制DNA合成和細(xì)胞增長［28］。此外，BAG1還可與其他蛋白作用來影響細(xì)胞增殖。例如，Siah1可與泛素連接酶形成復(fù)合物來控制與細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)生相關(guān)蛋白（β-Catenin、c-Myb、DCC等）的代謝，BAG1可綁定Siah1并干擾其功能［29-30］。BAG3與胞內(nèi)無電壓門控（nonvoltage-gated）鈣離子流入抑制劑CAIR-1形成EGF（表皮生長因子），EGF能與Hsp70和惰性PLCγ（磷脂酶C-γ）形成三元復(fù)合物，BAG3通過富含脯氨酸的“PXXP”重復(fù)區(qū)域結(jié)合PLCγ的SH3結(jié)構(gòu)域，據(jù)報(bào)道該結(jié)構(gòu)可抑制蛋白激酶C的活性，而PLCγ從BAG3的釋放則伴隨著酪氨酸磷酸化。因此，BAG3可誘導(dǎo)磷脂酶作為第二信使，使其參與到鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和蛋白激酶C的激活，進(jìn)而調(diào)控生長因子信號(hào)的跨膜途徑［31-32］。TNF（腫瘤壞死因子）受體超家族可調(diào)控誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡（半胱天冬酶的激活）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，一些胞質(zhì)TNF受體家族中含有死亡結(jié)構(gòu)域（death domain），BAG4作為SODD（死亡結(jié)構(gòu)域沉默因子），能夠綁定TNFR1和DR3的死亡結(jié)構(gòu)域，通過抑制無配體的受體發(fā)生寡聚化來阻止細(xì)胞死亡信號(hào)傳導(dǎo)和NF-κB轉(zhuǎn)導(dǎo)［33］。BAG6定位于細(xì)胞核，可與Hsp70和未知的促凋亡因子形成三元復(fù)合物，而凋亡誘導(dǎo)蛋白R(shí)eaper與BAG6的結(jié)合則可以釋放Hsp70和促凋亡因子，促凋亡因子作用于線粒體后會(huì)促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［34］。

除BAG蛋白之外，目前在哺乳動(dòng)物發(fā)現(xiàn)了多個(gè)分子伴侶輔助因子，包括Hip、Hop和Chip蛋白［35-36］。在綁定Hsp70的ATPase時(shí)，Hip可與BAG1發(fā)生競爭，分別激活和抑制Hsp70的分子伴侶活性，在細(xì)胞中同時(shí)過表達(dá)Hip和BAG1，發(fā)現(xiàn)BAG1對(duì)Hsp70的抑制占主導(dǎo)地位［37-38］。而Chip能夠負(fù)向調(diào)控Hsp70和 Hsp90的分子伴侶活性，與BAG1綁定Hsp70的N端結(jié)構(gòu)域不同，Chip是通過與Hsp70的C端互作來發(fā)揮作用的。聯(lián)合過表達(dá)Chip和BAG1可促進(jìn)糖皮質(zhì)激素受體（GR，glucocorticoid receptor）的降解，進(jìn)而抑制某些特定基因的轉(zhuǎn)錄［39-40］。此外，Chip可作為泛素蛋白連接酶E3與BAG1和Hsp70形成三元復(fù)合物降解目標(biāo)蛋白，BAG1通過依賴于Chip的泛素化后可參與到蛋白酶體的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)之中［17-41］。

2.2 植物BAG蛋白的細(xì)胞功能

BAG蛋白在植物細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器的分布與Hsp70的廣泛分布相一致，表明植物Hsp70的細(xì)胞功能也受BAG蛋白的調(diào)控［4］，利用酵母雙雜等蛋白互作實(shí)驗(yàn)證實(shí)了擬南芥、水稻等多種植物的BAG家族蛋白普遍能與Hsp70互作，其作用機(jī)理也是通過BAG結(jié)構(gòu)域與Hsp70的ATPase結(jié)構(gòu)域綁定，發(fā)揮分子伴侶輔助因子的“橋梁作用”［42］。動(dòng)物BAG蛋白在調(diào)控細(xì)胞凋亡中扮演了重要角色，而細(xì)胞凋亡的重要標(biāo)志就是線粒體釋放細(xì)胞色素C，在植物細(xì)胞程序化死亡早期也檢測(cè)到了細(xì)胞色素C的釋放［43］，預(yù)示著植物BAG蛋白也可能參與了類似的調(diào)控途徑。其次，除BAG蛋白之外，動(dòng)物Hsp70的分子伴侶輔助因子直系物Chip、Hop、Hip和Hsp40也陸續(xù)在植物中被發(fā)現(xiàn)，在模式植物擬南芥中的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證了這些直系物都不同程度地與AtBAG蛋白有所關(guān)聯(lián)，例如：與動(dòng)物中一樣，AtChip也是泛素連接酶E3，過表達(dá)AtChip可提高植株對(duì)溫度脅迫的敏感性，這與某些AtBAG的細(xì)胞功能相似［44］，同時(shí)也說明了這些分子伴侶輔助因子在動(dòng)、植物中功能相對(duì)保守。在關(guān)于擬南芥AtBAG7的研究中發(fā)現(xiàn)：AtBAG7可直接綁定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶Bip來阻止未折疊蛋白的積累，提高細(xì)胞對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫（高溫、低溫）和程序化死亡的抵御能力［8］。此外，當(dāng)細(xì)胞遭受逆境脅迫時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)AtBAG7會(huì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，酵母雙雜和雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明AtBAG7可綁定核轉(zhuǎn)錄因子BTF3，進(jìn)而刺激逆境相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄［45］。

3 植物BAG家族的作用機(jī)制

3.1 逆境響應(yīng)

以AtBAG4作為擬南芥BAG家族第一類成員的代表，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植株遭受低溫（-20℃，10 min）時(shí)，AtBAG4的表達(dá)量顯著上調(diào)，而高溫（37℃）處理后植株該基因在轉(zhuǎn)錄水平上沒有顯著變化。過表達(dá)AtBAG4基因的煙草植株對(duì)紫外光、低溫脅迫、氧化脅迫、干旱和鹽脅迫都比野生型表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性；其中，低表達(dá)和中表達(dá)AtBAG4的植株分別對(duì)紫外和氧化脅迫表現(xiàn)出最強(qiáng)的抵御能力。這種現(xiàn)象說明：在對(duì)某些逆境的防御過程中，BAG蛋白的表達(dá)水平會(huì)影響其防御效果，高表達(dá)植株有時(shí)會(huì)出現(xiàn)自我抑制，從而只是顯現(xiàn)出與野生型相似的表型。同時(shí)，AtBAG4基因敲除的擬南芥幼苗在高鹽（100 mmol/L NaCl）脅迫下逐漸死亡，而野生型能夠正常地生長發(fā)育。

AtBAG6對(duì)低溫的響應(yīng)與AtBAG4相比較慢，但對(duì)高溫響應(yīng)迅速，而且表達(dá)量較高，因此該基因很可能參與植物對(duì)高溫脅迫的調(diào)控。植物ESTs數(shù)據(jù)顯示，BAG基因家族可能參與到生物脅迫的應(yīng)答機(jī)制［5］。為驗(yàn)證這一預(yù)測(cè)，研究人員以番茄灰霉菌（Botrytis cinerea，一種能夠?qū)е露喾N雙子葉植物發(fā)生灰霉病的病原真菌）侵染AtBAG4和AtBAG6的T-DNA插入突變體，發(fā)現(xiàn)AtBAG4突變體和野生型一樣只是被病原菌輕微地感染，而AtBAG6突變體的感病性和傳播程度則顯得尤其嚴(yán)重。水楊酸處理后，AtBAG6的轉(zhuǎn)錄水平提高，表明該基因參與了植株的防御相關(guān)機(jī)制［6］。敲除AtBAG7基因的擬南芥幼苗對(duì)低溫和高溫脅迫都較野生型表現(xiàn)更為劇烈，植株生長受到顯著抑制［23］。此外，以ABA處理擬南芥幼苗，AtBAG4、AtBAG5、AtBAG6和AtBAG7的表達(dá)量都顯著上調(diào)，而ABA為植物遭受逆境脅迫的負(fù)生長調(diào)節(jié)劑，參與到很多逆境脅迫下信號(hào)通路的調(diào)控［8］。這些研究結(jié)果都表明：擬南芥BAG蛋白家族在逆境響應(yīng)方面扮演了重要角色。

目前，在水稻中發(fā)現(xiàn)了6個(gè)BAG家族成員，高溫脅迫之后OsBAG1～OsBAG6轉(zhuǎn)錄水平都有明顯增加［46］?！癎enevestigator”表達(dá)數(shù)據(jù)顯示：在水稻遭受鹽、重金屬、低氧、高溫和稻瘟病等生物和非生物脅迫時(shí)，OsBAG5的表達(dá)量上調(diào)［47］。過表達(dá)OsBAG4的轉(zhuǎn)基因水稻植株表現(xiàn)出對(duì)NaCl脅迫的耐受性［43］。轉(zhuǎn)大豆GmBAG6A基因的擬南芥有抵御線蟲侵染的能力［48］，葡萄中BAG家族基因HSG1的過表達(dá)擬南芥植株則對(duì)高溫表現(xiàn)出明顯抗性。

3.2 生長發(fā)育

BAG蛋白家族在植物各個(gè)組織中廣泛分布，大量研究證明了該家族在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮了重要作用。在擬南芥的根、莖、葉和花中都檢測(cè)到AtBAG4和AtBAG6基因的表達(dá)，這兩個(gè)基因在早期葉組織和發(fā)育旺盛期的表達(dá)量較其他時(shí)期明顯升高。敲除AtBAG4或AtBAG6的擬南芥植株出現(xiàn)早花和花序多分枝的表型，其生命周期縮短，提早衰老，過表達(dá)AtBAG6的擬南芥植株較野生型矮小［5］。與微陣列數(shù)據(jù)相似，水稻組織特異性表達(dá)實(shí)驗(yàn)顯示：OsBAG1、OsBAG3和OsBAG4在根、莖和節(jié)間表達(dá)量最高，基因在這些組織的高表達(dá)預(yù)示其可能參與了細(xì)胞的伸長和擴(kuò)增［7］。此外，過表達(dá)葡萄HSG1基因的擬南芥花期轉(zhuǎn)變比對(duì)照快，植株也中檢測(cè)到CO（CONSTANS）基因的高表達(dá)［49］，而CO基因是光周期途徑中的關(guān)鍵基因，光周期又可驅(qū)動(dòng)植物花期的轉(zhuǎn)變［50］，這表明了植物BAG蛋白可能通過激活光周期途徑中CO基因的表達(dá)來調(diào)控花期轉(zhuǎn)變。

3.3 程序化死亡

程序化死亡是植物生命周期中一個(gè)基本過程［51-52］，在植物正常生長發(fā)育和遭受各種生物和非生物脅迫過程中，都會(huì)通過激活細(xì)胞自殺機(jī)制來清除不必要的細(xì)胞組織，或引發(fā)超敏反應(yīng)阻隔傷害的蔓延，使植株整體得以存活［53］。一系列研究表明BAG蛋白家族在動(dòng)物細(xì)胞程序化死亡中扮演了重要角色，而植物中也發(fā)現(xiàn)了該家族的類似功能［1］。

研究者以低溫脅迫野生型煙草2 h后，電泳結(jié)果顯示其葉片細(xì)胞DNA呈現(xiàn)出細(xì)胞凋亡所特有的DNA ladder狀條帶，TUNEL（TdT-mediated dUTP Nick-End Labeling）檢測(cè)呈陽性，說明DNA發(fā)生斷裂，此外，在葉片細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了凋亡小體，這些現(xiàn)象都顯示在可見的表型出現(xiàn)之前，低溫誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡。相反，相同處理的低表達(dá)擬南芥AtBAG4基因的煙草葉片DNA未出現(xiàn)DNA ladder狀，細(xì)胞中也沒有發(fā)現(xiàn)TUNEL陽性細(xì)胞核及細(xì)胞凋亡相關(guān)的結(jié)構(gòu)體［5］。以擬南芥AtBAG6轉(zhuǎn)化酵母細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)了大量形狀異常的細(xì)胞核和碎片，TUNEL試驗(yàn)也檢測(cè)到DNA鏈發(fā)生了斷裂，同時(shí)伴隨著細(xì)胞程序化死亡所引發(fā)的細(xì)胞皺縮、等離子體膜完整性喪失等形態(tài)特征。在動(dòng)、植物中，活性氧（ROS，Reactive oxygen species）被認(rèn)為是調(diào)控細(xì)胞程序化死亡的效應(yīng)器，也是超敏反應(yīng)引起細(xì)胞死亡的第二信使，在轉(zhuǎn)AtBAG6基因的酵母細(xì)胞中檢測(cè)到了活性氧的生成，而在轉(zhuǎn)該基因的擬南芥植株葉片細(xì)胞中出現(xiàn)了大量胼胝質(zhì)和芳香族聚合物的積累，這與超敏反應(yīng)的現(xiàn)象相吻合［23］。另外，高溫、低溫等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫則引發(fā)AtBAG7突變體的超敏反應(yīng)［8］。以上研究結(jié)果表明：當(dāng)植株感受到外界刺激時(shí)，擬南芥BAG家族的不同成員會(huì)以不同的方式來激活或抑制程序化死亡。

在轉(zhuǎn)大豆GmBAG6基因的擬南芥和轉(zhuǎn)AtBAG4基因的水稻植株中，都發(fā)現(xiàn)了超敏反應(yīng)的和程序化死亡現(xiàn)象［42-48］。此外，研究者以百里香醌（黑種草油的主要成分，能抑制動(dòng)物和植物的細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)程序化死亡。）處理番茄、大豆和小麥的種子和幼苗后，檢測(cè)到一系列BAG蛋白同系物的表達(dá)量明顯上調(diào)［54］。這些研究結(jié)果說明了BAG蛋白對(duì)程序化死亡的調(diào)控廣泛存在于植物界。

4 展 望

盡管BAG蛋白家族作為分子伴侶輔助因子在動(dòng)物中的功能已被廣泛認(rèn)識(shí)，與其互作的基因和蛋白不斷被發(fā)現(xiàn)，大量研究結(jié)果也證實(shí)該家族成員參與調(diào)控了各種逆境和疾病引發(fā)的細(xì)胞凋亡。然而，BAG蛋白家族在植物中的研究卻十分有限，近年來，針對(duì)擬南芥BAG蛋白的一系列轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)揭示了該家族在參與動(dòng)、植物的逆境響應(yīng)和程序化死亡之間具有一定的功能保守性，此外，研究者在探究動(dòng)物BAG家族功能時(shí)發(fā)現(xiàn)該家族某些成員能與熱激轉(zhuǎn)錄因子（heat shock transcriptional factor，HSF）互作，而在擬南芥BAG基因的啟動(dòng)子序列中也發(fā)現(xiàn)了多個(gè)結(jié)合HSF的作用元件HSE（heat-shock element），鑒于HSF在植物中廣泛的功能，BAG家族可能在植物的多種代謝通路中扮演著更為復(fù)雜多樣的角色。目前，關(guān)于BAG蛋白在植物細(xì)胞中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍所知甚少，在很多具有重要科研和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物中，涉及BAG蛋白家族的研究還停留在結(jié)構(gòu)比對(duì)的層面上。擬南芥中已經(jīng)建立了整個(gè)BAG家族的T-DNA插入突變體株系，更多的轉(zhuǎn)基因和體外互作實(shí)驗(yàn)也會(huì)逐漸全面揭示BAG蛋白家族的功能特征和分子機(jī)制。

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（責(zé)任編輯：成 平）

The Structure and Functional Characteristics of Plant BAG Protein Fam ily

WEI Rui-m in1，XIE Ling-ling2，OUYANG Xian3，ZHANG Ya-li4，DAI Xiong-ze1，3，LIU Feng1，3
（1. College of Longping， Graduate School of Hunan University， Changsha 410125， PRC； 2. Institute of Watermelon and Melon， Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， PRC； 3. Institute of Vegetable， Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， PRC； 4. College of Pharmaceutical， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， PRC）

BAG protein fam ily is an evolutionarily conserved kind of co-chaperone from yeast to animals and p lants. The fam ily members can perform several of cellular functions including stress response， Growth， and programmed cell death. This review summarized the basic structure， molecular mechanisms and functional characteristics of BAG protein family combining the research progress in recent years.

plant； animal； BAG protein； Functional characteristic； review

Q71

A

1006-060X（2016）09-0115-06

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.09.031

2016-06-24

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31470105）；湖南省自然科學(xué)基金（2015JJ2089）

魏瑞敏（1991-），女，河南內(nèi)黃縣人，碩士研究生，主要從事蔬菜轉(zhuǎn)基因研究。

戴雄澤，劉 峰