植物J蛋白的生物學(xué)功能及其作用機(jī)制

張馳，劉丹丹，劉建中

（浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江金華321000）

1 植物J蛋白的結(jié)構(gòu)與分類

J蛋白，亦稱DnaJ/Hsp40s蛋白，是一類保守的Hsp70s輔助分子伴侶蛋白家族[1-2]。J蛋白包含一個(gè)標(biāo)志性的、高度保守的、大約70個(gè)氨基酸的J結(jié)構(gòu)域。J結(jié)構(gòu)域由4個(gè)α螺旋和1個(gè)HPD模塊（含保守的His、Pro、Asp序列）組成[2]。按所含結(jié)構(gòu)域劃分，J蛋白可分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3個(gè)亞型[2]（圖1）。Ⅰ型J蛋白具有4個(gè)結(jié)構(gòu)域：α螺旋狀的J結(jié)構(gòu)域、G/F（甘氨酸/苯丙氨酸）結(jié)構(gòu)域、CXXCXGXG鋅指結(jié)構(gòu)域及羧基末端區(qū)；Ⅱ型J蛋白沒(méi)有鋅指結(jié)構(gòu)域；Ⅲ型J蛋白只含J結(jié)構(gòu)域。另外，還發(fā)現(xiàn)Ⅳ型J蛋白，亦稱類J（J-like）蛋白（圖1），它的結(jié)構(gòu)和序列與J結(jié)構(gòu)域相似，但不包含HPD模塊，如擬南芥JLP2（J-like protein 2）的HPD模塊被His、Val、Asp序列（HVD）所取代。

圖1 J結(jié)構(gòu)域蛋白的4種類型[2]Fig.1 Four types of J-domain proteins[2]

在擬南芥中，共發(fā)現(xiàn)120個(gè)J結(jié)構(gòu)域蛋白，這些J蛋白具有不同的亞細(xì)胞定位，并參與不同的生物學(xué)過(guò)程[2]。根據(jù)生物信息學(xué)分析，在J蛋白所攜帶的信號(hào)肽中，預(yù)計(jì)有50個(gè)J蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)中，9個(gè)定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，19個(gè)定位于線粒體內(nèi)，12個(gè)定位在葉綠體中，3個(gè)定位于細(xì)胞骨架上，1個(gè)定位于質(zhì)膜上，24個(gè)定位在細(xì)胞核上，2個(gè)定位在液泡中[2]。J蛋白亞細(xì)胞定位的多樣性可以反映出其功能上的多樣性。然而迄今為止，只有為數(shù)不多的植物J蛋白的功能被確定。

2 植物J蛋白的基本作用機(jī)制

Hsp70s是生物體中最重要的分子伴侶蛋白之一，參與蛋白質(zhì)的折疊、跨膜運(yùn)輸及降解調(diào)控等生物學(xué)過(guò)程，在生物體對(duì)逆境脅迫的抵抗及適應(yīng)方面起著重要作用。Hsp70蛋白有2種結(jié)合狀態(tài)：ATP結(jié)合態(tài)（Hsp70-ATP）和 ADP結(jié)合態(tài)（Hsp70-ADP）。Hsp70蛋白有2個(gè)結(jié)構(gòu)域：ATP酶/核苷酸結(jié)合域（ATPase/nucleotide binding domain,NBD）和底物結(jié)合域（substrate binding domain,SBD）。在ATP結(jié)合態(tài)中，Hsp70以相對(duì)較弱的親和力通過(guò)SBD直接結(jié)合底物蛋白，但這種結(jié)合底物很容易脫落；通常，Hsp70與底物蛋白的結(jié)合是在J蛋白的幫助下完成的。J蛋白可通過(guò)其鋅指結(jié)構(gòu)域或C末端結(jié)構(gòu)域與非正常折疊的底物蛋白結(jié)合，并通過(guò)與Hsp70互作而將底物蛋白轉(zhuǎn)至ATP結(jié)合態(tài)的Hsp70中；還可通過(guò)其J結(jié)構(gòu)域與Hsp70蛋白互作激活Hsp70的ATP酶活性[3]；ATP水解成ADP后，造成Hsp70構(gòu)象的變化，即α-螺旋蓋關(guān)閉，使HSP70與底物蛋白緊密結(jié)合，J蛋白從Hsp70-ADP上脫離；與此同時(shí)，利用ATP水解釋放出的能量可幫助底物完成正確折疊；核苷酸交換因子（nucleotide exchange factor,NEF）與Hsp70結(jié)合，催化ADP的解離；ADP解離后，ATP重新結(jié)合在Hsp70的ATP水解酶結(jié)構(gòu)域上，誘導(dǎo)α-螺旋蓋打開(kāi)，從而釋放出正確折疊的底物，而結(jié)合ATP的Hsp70又可用于進(jìn)行下一輪的底物蛋白折疊過(guò)程（圖2）[4]。因此，在脅迫條件下，J蛋白在維持細(xì)胞內(nèi)蛋白的正確折疊與正常功能中起著重要作用。除了Hsp70蛋白輔助分子伴侶的功能外，J蛋白還具有蛋白二硫鍵異構(gòu)酶活性，催化二硫鍵的形成、還原或異構(gòu)化。

圖2 Hsp70:J蛋白互作模式圖[4]Fig.2 Diagram of Hsp70:J-protein chaperone cycle model[4]

3 J蛋白的生物學(xué)功能

3.1 J蛋白在調(diào)控葉綠體功能中的作用

玉米維管束鞘缺陷2（bundle sheath defective 2,BSD2）蛋白調(diào)控二磷酸核酮糖羧化酶（ribulose bisphosphate carboxylase,Rubisco）的積累。BSD2功能喪失突變體bsd2-m1不能積累Rubisco大、小亞基，嚴(yán)重影響其光合作用[5]。BSD2編碼一個(gè)定位于葉綠體的含鋅指結(jié)構(gòu)的類DnaJ蛋白，BSD2通過(guò)與Rubisco大亞基互作而促進(jìn)其翻譯和/或折疊[5]。另外，BSD2與新生大亞基和/或新輸入的小亞基及其他組裝成員（RAF1和RAF2）互作，一起組裝成Rubisco全酶[6-7]。最近，通過(guò)在大腸埃希菌中共表達(dá)5個(gè)擬南芥葉綠體分子伴侶蛋白實(shí)現(xiàn)了Rubisco的功能表達(dá)[8]，這5個(gè)葉綠體分子伴侶蛋白其中之一便是BSD2。結(jié)構(gòu)與功能分析表明，在Rubisco小亞基可供用于組裝成完整的Rubisco前，BSD2在保持由8個(gè)大亞基組成的組裝中間體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中起著關(guān)鍵作用[8]。該研究為通過(guò)基因工程手段提高光合效率、增加作物產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

PSA2是一個(gè)定位于類囊體內(nèi)腔中含鋅指結(jié)構(gòu)并具有蛋白二硫鍵還原酶活性的類DnaJ蛋白。PSA2功能喪失導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅰ（photosystemⅠ,PSⅠ）復(fù)合體中蛋白亞基特異性降低，說(shuō)明其在維持PSⅠ復(fù)合體中蛋白質(zhì)水平及對(duì)PSⅠ的組裝或維持中起著關(guān)鍵性作用。在擬南芥中，沉默PSA2后出現(xiàn)葉片斑駁和生長(zhǎng)延緩的表型，在psa2突變體中觀察到類囊體聚集異常的基粒和發(fā)育不良的基質(zhì)[9]。

在高光強(qiáng)下，植物必需高效保護(hù)PSⅡ免受損傷。定位于類囊體內(nèi)具二硫鍵異構(gòu)酶活性的DnaJ鋅指蛋白LQY1（low quantum yield of photosystemⅡ1）與PSⅡ核心復(fù)合體互作，在修復(fù)被光損傷的PSⅡ復(fù)合體中起著重要作用[10]。在強(qiáng)光下，lqy1突變體通過(guò)PSⅡ光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生量子的能力及PSⅡ電子傳遞速率降低，總的非光化學(xué)淬滅和光抑制淬滅較野生型高，導(dǎo)致在突變體中積累過(guò)量的活性氧；同時(shí)，在lqy1突變體中PSⅡ捕光復(fù)合體Ⅱ超級(jí)復(fù)合體的積累量及光合效率也顯著下降。PSⅡ修復(fù)與重新組裝涉及PSⅡ復(fù)合體中蛋白二硫鍵的斷裂及形成，LQY1蛋白二硫鍵異構(gòu)酶活性在此過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。這些結(jié)果表明，LQY1通過(guò)調(diào)控PSⅡ復(fù)合體的修復(fù)及重新組裝參與強(qiáng)光下PSⅡ活性的維持。

擬南芥sco2或cyo1突變體的表型為子葉白化；SCO2/CYO1僅對(duì)子葉中葉綠體發(fā)育至關(guān)重要，對(duì)真葉葉綠體發(fā)育無(wú)影響[11]。SCO2/CYO1編碼一個(gè)含保守鋅指結(jié)構(gòu)域的類DnaJ蛋白。研究認(rèn)為，SCO2/CYO1與PSⅠ中的A1和A2亞基及PSⅡ中的CP43和CP47亞基互作，可能是通過(guò)蛋白二硫鍵異構(gòu)酶活性不斷打破及產(chǎn)生新的二硫鍵，從而加速PSⅠ及PSⅡ亞基的折疊[12]。SCO2/CYO1定位在葉綠體類囊體膜上。核編碼的光合相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄一般不受sco2/cyo1突變的影響，但sco2/cyo1突變體中的光合相關(guān)蛋白水平則顯著下降，說(shuō)明CYO1可能參與葉綠體中光合相關(guān)蛋白的翻譯或翻譯后調(diào)控[11,13]。另外，SCO2/CYO1可與捕光葉綠素結(jié)合蛋白互作，是組裝或修復(fù)光系統(tǒng)中捕光色素蛋白復(fù)合物（light-harvesting complex,LHC）所必需的[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，LQY1是與SCO2/CYO1最近的同源蛋白，二者均具二硫鍵異構(gòu)酶活性[10,12-13]，也均參與PSⅡ復(fù)合體的組裝或修復(fù)[10,14-15]，但它們?cè)诒Ｊ匕腚装彼釘?shù)及互作蛋白上有差異[10,13]。在強(qiáng)光條件下，LQY1與PSⅡ核心單體RCC1和缺少CP43的PSⅡ單體RC47共遷移，表明LQY1在修復(fù)和重新組裝PSⅡ復(fù)合體中起作用[10]，而SCO2/CYO1則與PSⅠ-LHCⅡ和PSⅡ-LHCⅡ形成復(fù)合體[15]。另外，CYO1/SCO2功能喪失影響參與類囊體膜建成的轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡的形成、運(yùn)動(dòng)，以及這些囊泡與類囊體膜的融合，從而導(dǎo)致類囊體膜形成的缺陷[14]。說(shuō)明CYO1/SCO2不但參與PSⅡ的組裝或修復(fù)，還在類囊體膜的建成中起著重要作用。

HCF222（high chlorophyll fluorescence 222）編碼一個(gè)富含半胱氨酸的類DnaJ鋅指蛋白。HCF222對(duì)于Cytb6f復(fù)合體的成熟或組裝必不可少[16]。在hcf222突變體中Cytb6f復(fù)合體不同亞基的積累量與野生型相比顯著下降，同時(shí)在類囊體膜上PSⅡ、PSⅡ光捕獲復(fù)合體和PSⅠ不同亞基的積累水平也均顯著下降。該蛋白具有葉綠體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)雙重定位。含有質(zhì)體轉(zhuǎn)運(yùn)肽的HCF222融合載體能夠拯救hcf222突變體缺陷，說(shuō)明HCF222對(duì)于類囊體上蛋白復(fù)合體的成熟和/或組裝所必需[16]。

擬南芥ANU7編碼一個(gè)對(duì)植物葉片形狀發(fā)育和色素積累很重要的類DnaJ蛋白[17]。當(dāng)anu7突變時(shí)，葉片成鋸齒狀并且色素積累明顯減少。anu7-1突變可誘導(dǎo)逆行信號(hào)，導(dǎo)致許多葉綠體相關(guān)基因，包括一些葉綠體基因組編碼的基因表達(dá)發(fā)生改變，而這些基因的突變會(huì)導(dǎo)致葉綠體發(fā)育及類囊體膜結(jié)構(gòu)和排列發(fā)生嚴(yán)重缺陷[17-18]。

葉綠體的復(fù)制對(duì)維持植物細(xì)胞中最佳的葉綠體數(shù)目至關(guān)重要。ARC6（accumulation and replication of chloroplasts 6）在擬南芥中編碼一個(gè)定位于質(zhì)體膜上的類J蛋白，其在質(zhì)體分裂中起著重要作用[19]。arc6突變體的葉肉細(xì)胞僅含有1到2個(gè)體積劇增的葉綠體，其中參與質(zhì)體分裂的2個(gè)關(guān)鍵蛋白FtsZ1和FtsZ2表現(xiàn)出定位異常。在野生型中，F(xiàn)tsZ蛋白在質(zhì)體分裂處組裝成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，而在arc6突變體中FtsZ則形成由無(wú)數(shù)短而無(wú)序的絲狀片段組成的結(jié)構(gòu)。推測(cè)ARC6可能通過(guò)促進(jìn)葉綠體中FtsZ環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成從而影響葉綠體分裂[19]。

Hsp21是定位于葉綠體中的小熱激蛋白，參與依賴于質(zhì)體編碼的RNA聚合酶（plastid-encoded RNA polymerase,PEP）的轉(zhuǎn)錄。利用蛋白互作手段結(jié)合質(zhì)譜分析，鑒定出質(zhì)體類核中DnaJ結(jié)構(gòu)域蛋白pTAC5是Hsp21的互作蛋白。Hsp21-pTAC5是PEP復(fù)合體中的主要組分，Hsp21-pTAC5二聚體以光依賴方式與葉綠體DNA形成復(fù)合體。Hsp21-pTAC5在質(zhì)體RNA轉(zhuǎn)錄起始期、伸長(zhǎng)期及終止期均存在于PEP復(fù)合體中[20]。說(shuō)明Hsp21與pTAC5在熱激條件下通過(guò)維持PEP功能即葉綠體的轉(zhuǎn)錄而參與葉綠體發(fā)育。

3.2 J蛋白在植物發(fā)育中的作用

油菜素內(nèi)酯（brassinosteroids,BR）是植物生長(zhǎng)發(fā)育和應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫所必需的植物類固醇激素。通過(guò)BR合成抑制劑Brz篩選鑒定出擬南芥bil2-1D突變體并克隆到BIL2。BIL2編碼一個(gè)定位于線粒體、參與蛋白折疊的DnaJ蛋白[21]。BIL2作用于BR受體BRI1的下游，主要通過(guò)促進(jìn)線粒體中ATP的合成而誘導(dǎo)細(xì)胞伸長(zhǎng)。此外，BIL2還可增強(qiáng)擬南芥植株對(duì)鹽及強(qiáng)光的抗性。BIL2的J蛋白序列擁有一個(gè) TPR 2（tetratrico-peptide repeat 2）結(jié)構(gòu)域 ，TPR2可介導(dǎo)從Hsp90到Hsp70的底物逆行轉(zhuǎn)移[21]。

開(kāi)花是植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志，受到各種生長(zhǎng)和環(huán)境信號(hào)的復(fù)雜遺傳途徑網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格控制。這些調(diào)控集中于2個(gè)開(kāi)花通路整合因子FT和SOC1上[22]。J3是擬南芥在多種植物組織中表達(dá)的Ⅰ類DnaJ蛋白，可與抑制FT和SOC1表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子SVP互作[22]。J3功能喪失會(huì)降低開(kāi)花整合因子FT和SOC1的表達(dá)，從而造成晚花表型。J3蛋白通過(guò)直接與SVP結(jié)合可減弱其與SOC1和FT調(diào)控序列的結(jié)合，從而解除其對(duì)SOC1和FT表達(dá)的抑制[22]。EMF1（embryonic flower 1）是植物多梳蛋白復(fù)合體1（polycomb group complex 1,PRC1）的重要組分之一，在組蛋白甲基化修飾、維持及染色質(zhì)緊縮等過(guò)程中起著重要作用[23-24]。植物中與開(kāi)花相關(guān)基因的表達(dá)，如FLC及FT受組蛋白甲基化調(diào)控[25]。EMF1促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)而抑制開(kāi)花，emf1功能缺失突變體直接越過(guò)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)而進(jìn)入生殖生長(zhǎng)[26]。EIP9是一個(gè)與EMF1在細(xì)胞核中互作的DnaJ蛋白，EIP9的時(shí)空表達(dá)模式與EMF1相似[27]。eip9突變體表現(xiàn)出早花表型，而過(guò)表達(dá)EIP9則導(dǎo)致開(kāi)花延遲；突變體或過(guò)表達(dá)植株中開(kāi)花時(shí)間及花器官身份基因的表達(dá)與早花或晚花表現(xiàn)相一致[27]。這些結(jié)果說(shuō)明，J蛋白作為分子伴侶輔助蛋白通過(guò)影響EMF1的功能參與開(kāi)花調(diào)控，但其作用的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

擬南芥katamari2（kam2）突變體具有缺陷的內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，如內(nèi)涵體變形及與不同細(xì)胞器形成大的聚集體等。圖位克隆證明，KAM2/GRV2編碼一個(gè)含RME-8（receptor-mediated endocytosis-8）的DnaJ同源蛋白。在動(dòng)物細(xì)胞中，RME-8在質(zhì)膜到溶酶體的內(nèi)吞過(guò)程中起至關(guān)重要的作用。在kam2突變體中出現(xiàn)種子儲(chǔ)存蛋白錯(cuò)誤分揀現(xiàn)象，表明KAM2/GRV2參與蛋白質(zhì)向儲(chǔ)存液泡的轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，kam2突變體在拐狀型胚之前，其子葉在種子內(nèi)有向相反空間生長(zhǎng)的現(xiàn)象。這表明KAM2/GRV2是內(nèi)膜系統(tǒng)形成、種子儲(chǔ)存蛋白向液泡中運(yùn)輸及胚的生長(zhǎng)軸方向決定所必需的[28]。

3.3 J蛋白在抗非生物脅迫中的作用

煙草NtDnaJ1是一個(gè)Ⅰ型J蛋白，NtDnaJ1受干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。在擬南芥中，過(guò)表達(dá)NtDnaJ1可以顯著提高擬南芥的抗旱性[29]。AtDjA3編碼一個(gè)J蛋白，并受鹽、葡萄糖及脫落酸（abscisic acid,ABA）誘導(dǎo)表達(dá)。與野生型相比，atdja3突變體對(duì)鹽、葡萄糖及ABA的敏感性增強(qiáng)。Abi3基因的表達(dá)在atdja3突變體中升高，而在過(guò)表達(dá)植株中降低，說(shuō)明AtDJA3在鹽及ABA等參與的非生物脅迫中起著一定的作用[30]。AtDjB1是定位于葉綠體的擬南芥J蛋白家族成員之一。AtDjB1受高鹽、干旱等環(huán)境脅迫及ABA的誘導(dǎo)表達(dá)。AtDjB1的敲除改變了ABA途徑中相關(guān)基因的表達(dá)，暗示其可能通過(guò)參與ABA信號(hào)途徑而影響植物的滲透脅迫耐受性。atj1-1突變體與野生型相比耐熱性降低，并在熱激后出現(xiàn)抗壞血酸濃度降低及活性氧（reactive oxygen species,ROS）增加的現(xiàn)象，說(shuō)明AtDjB1不僅參與耐熱性，而且也參與細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的調(diào)控[31]。

植物的受粉與受精常發(fā)生在炎熱的夏季，因此，植物必須進(jìn)化出能夠確保在夏季高溫下花粉管可以正常生長(zhǎng)的機(jī)制。擬南芥的DnaJ蛋白TMS1（thermosensitive male sterile 1）在花粉管耐熱性中起著主要作用。tms1突變導(dǎo)致在30℃環(huán)境下生長(zhǎng)的擬南芥植株花粉管伸長(zhǎng)阻滯，因而造成嚴(yán)重的雄性不育[32]。另有報(bào)道顯示，在TMS1中DnaJ結(jié)構(gòu)域與BiP1和BiP3互作并激活其ATP酶活性。TMS1基因的表達(dá)在bzip28 bzip60雙突變體中下降，說(shuō)明TMS1可能作用于bZIP28和bZIP60的下游，通過(guò)參與非折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白的重新折疊或降解而調(diào)控植物在花粉中的抗熱性反應(yīng)[33]。

3.4 J蛋白在抗生物脅迫中的作用

煙草Tsi（tobacco stress-induced 1）是一個(gè)乙烯響應(yīng)原件結(jié)合蛋白AP型轉(zhuǎn)錄因子，在生物和非生物脅迫信號(hào)途徑中起著重要作用。HAM等[34]通過(guò)酵母雙雜交篩選出Tsi1的互作蛋白Tsip1。Tsip1是一個(gè)含DnaJ結(jié)構(gòu)域的鋅指蛋白，其基因受多種生物或非生物脅迫因子誘導(dǎo)表達(dá)。Tsip1在正常條件下定位于葉綠體上；而在水楊酸處理下，Tsip1先從葉綠體轉(zhuǎn)至細(xì)胞質(zhì)中，然后通過(guò)與Tsi1互作一起轉(zhuǎn)至核內(nèi)。Tsip1可增強(qiáng)Tsi1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活，還可協(xié)同Tsi1調(diào)控眾多與脅迫相關(guān)基因的表達(dá)。在煙草中，單獨(dú)過(guò)表達(dá)Tsip1或Tsi1均可提高煙草對(duì)鹽及細(xì)菌的抗性，同時(shí)過(guò)表達(dá)Tsip1和Tsi1對(duì)鹽及細(xì)菌抗性的增加更為顯著；相反，在煙草中沉默Tsip1或Tsi1可降低其對(duì)鹽及細(xì)菌的抗性[34]。

在本氏煙中瞬時(shí)過(guò)表達(dá)大豆Ⅲ型J蛋白編碼基因GmHsp40.1可誘導(dǎo)依賴于MAPKKKα和WIPK的類超敏性細(xì)胞死亡[35]。在擬南芥GmHsp40.1過(guò)表達(dá)株系中也出現(xiàn)了類似的細(xì)胞死亡或早衰及防御反應(yīng)激活現(xiàn)象[35]。而在大豆中沉默GmHsp40.1則增強(qiáng)了對(duì)大豆花葉病毒的易感性，說(shuō)明GmHsp40.1在大豆防御反應(yīng)中起正調(diào)控作用。GmHsp40.1的氨基酸序列里有一個(gè)核定位信號(hào)序列。亞細(xì)胞分析表明，GFP-GmHsp40.1定位于細(xì)胞核，出現(xiàn)在大小不一的核斑中。GmHsp40.1的核定位對(duì)其功能是必需的，當(dāng)刪除該核定位信號(hào)或者添加一個(gè)核排除信號(hào)時(shí)，GmHSP40.1便失去了誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的能力；進(jìn)一步研究表明，GmHsp40.1與SE（serrated）蛋白在核中有部分共定位，其中SE參與miRNA的加工成熟（從miRNA前體加工成miRNA的過(guò)程）及前體mRNA的選擇性剪切[35]。暗示GmHsp40.1可能通過(guò)參與以上2個(gè)生物學(xué)過(guò)程調(diào)控細(xì)胞死亡與免疫反應(yīng)。

Tm-22是一個(gè)對(duì)番茄花葉病毒（Tomato mosaic virus,ToMV）和煙草花葉病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）具極端抗性的CC-NBS-LRR抗病基因，可通過(guò)識(shí)別這2種病毒的運(yùn)動(dòng)蛋白（movement protein，MP）而引發(fā)抗性。DU等[36]通過(guò)酵母雙雜交篩選發(fā)現(xiàn)，Tm-22可直接與本氏煙Ⅰ類J結(jié)構(gòu)域蛋白NbMIP1、煙草屬病毒的MPs及SGT1互作。沉默NbMIP1可破除Tm-22介導(dǎo)的對(duì)ToMV及TMV的抗性，該抗性的破除是由于NbMIP1s沉默株中Tm-22蛋白水平降低所致。另外，沉默NbMIP1也可破除其他R基因介導(dǎo)的抗性及非寄主抗性，說(shuō)明NbMIP1s作為輔助分子伴侶在維持R蛋白及其他抗病相關(guān)蛋白穩(wěn)定性中起著至關(guān)重要的作用。

馬鈴薯病毒X（Potato virus X,PVX）基因組中的頸環(huán)1（stem loop 1,SL1）RNA對(duì)PVX的復(fù)制和運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。CHO等[37]發(fā)現(xiàn)，在本氏煙中NbDnaJ可專一性結(jié)合SL1負(fù)鏈RNA，并與PVX的外殼蛋白CP互作，過(guò)表達(dá)NbDnaJ可抑制PVX的復(fù)制與運(yùn)動(dòng)。說(shuō)明NbDnaJ通過(guò)與SL1（-）RNA及CP互作而抑制PVX的復(fù)制與運(yùn)動(dòng)。

HOFIUS等[38]利用酵母雙雜交從煙草中篩選到與馬鈴薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）外殼蛋白CP互作的類DnaJ蛋白NtCPIP2a。在煙草中過(guò)表達(dá)J結(jié)構(gòu)域刪除的NtCPIP2a可增強(qiáng)對(duì)PVY的抗性。這種抗性的增強(qiáng)是延緩了PVY病毒在煙草細(xì)胞至細(xì)胞間運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，說(shuō)明NtCPIPs是PVY病毒侵染的易感因子。PVY借助寄主分子伴侶系統(tǒng)完成病毒的組裝或在寄主細(xì)胞間的運(yùn)動(dòng)。同樣，HOFIUS等[38]利用酵母雙雜交從煙草中也篩選到了與煙草花葉病毒運(yùn)動(dòng)蛋白MP互作的類DnaJ蛋白NtMPIP1。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)沉默NtMPIP1能夠顯著抑制TMV的擴(kuò)散。因此，認(rèn)為T(mén)MV運(yùn)動(dòng)蛋白是通過(guò)與寄主因子NtMPIP1互作而促進(jìn)TMV在細(xì)胞間的運(yùn)動(dòng)[39]。

擬南芥BIR1是免疫反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子。bir1-1突變體具有依賴于SOBIR1的自發(fā)性細(xì)胞死亡及防御反應(yīng)持續(xù)激活表型。SUN等[40]研究表明：定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的一個(gè)類DnaJ蛋白Erdj3b的突變可抑制bir1-1中出現(xiàn)的自發(fā)性細(xì)胞死亡及持續(xù)激活的防御反應(yīng)；在erdj3b突變體中SOBIR1蛋白的積累下降。說(shuō)明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制在SOBIR1的積累及免疫反應(yīng)中起著重要作用。

在擬南芥及本氏煙中，Hsp70的功能對(duì)于細(xì)菌基礎(chǔ)抗性而言是必需的[41]。Hopl1是假單胞桿菌中含Ⅲ型J結(jié)構(gòu)域的一個(gè)毒性效應(yīng)子。HopI1定位于葉綠體，可導(dǎo)致葉綠體類囊體結(jié)構(gòu)重塑，抑制水楊酸的積累，從而達(dá)到增強(qiáng)細(xì)菌致病性的效果；J結(jié)構(gòu)域是HopI1介導(dǎo)的細(xì)菌毒性和類囊體重塑所必需的；且試驗(yàn)證明，植物Hsp70是致病性假單胞桿菌HopI1的主要靶標(biāo)，可通過(guò)C端J結(jié)構(gòu)域結(jié)合Hsp70并激活Hsp70的ATP水解酶活性；在被侵染的植物細(xì)胞中，HopI1與植物細(xì)胞質(zhì)中的Hsp70形成復(fù)合體，并將其運(yùn)至葉綠體內(nèi)[42-43]。總之，HopI1在促進(jìn)假單胞桿菌致病性中具雙重功效：一是在葉綠體中抑制水楊酸的積累而降低水楊酸介導(dǎo)的抗性；二是通過(guò)將細(xì)胞質(zhì)中的Hsp70運(yùn)輸至葉綠體而避開(kāi)由Hsp70在細(xì)胞質(zhì)中介導(dǎo)的防御反應(yīng)。

近年來(lái)，植物J蛋白功能研究進(jìn)展的簡(jiǎn)要總結(jié)見(jiàn)表1。

4 展望

J蛋白是近年來(lái)植物領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注的一類具有重要功能的蛋白質(zhì)。它們參與植物的葉綠體發(fā)育與功能維持、向地性與向光性、從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的過(guò)渡，以及對(duì)生物及非生物逆境脅迫的抗性等。從以前的研究中可以看出，J蛋白家族中的不同成員可單獨(dú)完成不同生物學(xué)過(guò)程中的不同任務(wù)，也可在相同生物學(xué)過(guò)程的不同步驟間通過(guò)不同底物蛋白協(xié)同完成同一任務(wù)。雖然J蛋白的新功能不斷被報(bào)道，但仍有很多尚未回答的問(wèn)題。比如，在擬南芥基因組中僅有120個(gè)J蛋白，但參與不同生物學(xué)過(guò)程的蛋白數(shù)遠(yuǎn)多于J蛋白數(shù)，那么J蛋白底物專一性如何確定，是否需要其他輔助因子共同決定底物專一性，以及J蛋白有些家族成員所擁有的質(zhì)體和細(xì)胞核雙定位，是通過(guò)協(xié)同完成同一生物學(xué)任務(wù)還是在不同亞細(xì)胞位置執(zhí)行完全不同的功能等，都亟待進(jìn)一步研究。J蛋白既可作為Hsp70的輔助分子伴侶，同時(shí)又具有蛋白二硫鍵異構(gòu)酶活性，因此，區(qū)分J蛋白在某一生物學(xué)過(guò)程中是通過(guò)輔助分子伴侶還是二硫鍵異構(gòu)酶發(fā)揮作用也是未來(lái)需要回答的問(wèn)題。J蛋白不同家族成員在抗病毒方面起著截然相反的作用，有的成員參與抗病毒反應(yīng)，而有些則被病毒利用來(lái)增強(qiáng)其侵染性，造成這種差異的分子及結(jié)構(gòu)機(jī)制仍不清楚。而闡明J蛋白在抗病毒方面差異的分子及結(jié)構(gòu)機(jī)制，便可以設(shè)計(jì)出只具抗病毒效應(yīng)而不具增強(qiáng)病毒致病性效應(yīng)的J蛋白，為通過(guò)基因工程手段創(chuàng)制出抗病毒農(nóng)作物品種奠定基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)測(cè)，隨著研究的不斷深入和研究手段的不斷更新，J蛋白在更多生物學(xué)過(guò)程中的作用將被揭示，而這些新的發(fā)現(xiàn)將有助于從新的視角改良農(nóng)作物的性狀。

表1 植物J蛋白功能研究總結(jié)Table1 Summary of J-domain protein functions in plants

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