DELLA 蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用

蔣夢(mèng)婷，渠慎春

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，南京 210095)

赤霉素(gibberellin, GA)作為一種重要的植物激素，幾乎參與了高等植物生長(zhǎng)和發(fā)育的各個(gè)過(guò)程，如種子萌發(fā)、莖和葉片伸長(zhǎng)、下胚軸伸長(zhǎng)、花的形成、果實(shí)的發(fā)育等[1]。DELLA蛋白作為GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起抑制作用的轉(zhuǎn)錄因子，是一類(lèi)定位在核內(nèi)的生長(zhǎng)抑制蛋白，可以直接與植物體內(nèi)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的蛋白互作，進(jìn)而在許多植物信號(hào)活動(dòng)中發(fā)揮核心作用。研究表明，DELLA蛋白能被擬南芥O-型巖藻糖轉(zhuǎn)移酶SPINDLY(SPY)巖藻糖化，進(jìn)而促進(jìn)了DELLA蛋白與油菜素內(nèi)酯關(guān)鍵調(diào)控子BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1)以及光信號(hào)通路關(guān)鍵調(diào)控子包括PHYTOCHROME-INTERACTING-FACTOR3 (PIF3) 和PIF4的互作[2]。DELLA蛋白能夠特異地與GA信號(hào)通路下游靶基因結(jié)合，調(diào)控下游基因的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育[3]。擬南芥中GA不敏感型基因(GAI)的克隆實(shí)現(xiàn)了赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)途徑研究的突破。Peng等通過(guò)克隆擬南芥GAI和相關(guān)基因GRS，提出GAI是一種生長(zhǎng)阻遏因子，其對(duì)生長(zhǎng)的抑制作用可被GA信號(hào)解除，并證明了gai突變體在其N(xiāo)-末端區(qū)域含有17個(gè)氨基酸的缺失，gai突變體對(duì)GA不敏感，導(dǎo)致擬南芥表現(xiàn)出矮化表型[4]。此外，有研究表明RGA編碼蛋白與GAI具有82%的相似性且也被GA信號(hào)誘導(dǎo)降解，且與gai相同缺失的RGA突變體對(duì)GA誘導(dǎo)的降解有抗性[5]。由此可見(jiàn)，DELLA蛋白N端區(qū)域是GA存在下降解所必需的，而不是生長(zhǎng)抑制所必需的。擬南芥中，除了GAI和RGA，還有另外3種DELLA蛋白：RGL1、RGL2和RGL3[6]。除RGL3外，其余4個(gè)成員在抑制GA調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有部分重疊的功能[7-8]。其中，RGL3僅有部分抑制生長(zhǎng)功能。RGA和GAI是調(diào)控GA引發(fā)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和花芽分化的主要抑制因子，包括莖的伸長(zhǎng)和葉片的生長(zhǎng)；RGL2調(diào)控種子發(fā)芽，此外，RGA、RGL1和RGL2共同參與了花和果實(shí)的發(fā)育[9-10]。水稻和大麥只有一個(gè)DELLA蛋白基因，分別是SLR1和SLN1[11-12]。DELLA蛋白是植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，目前已在不同植物物種的基因組中被克隆鑒定，其中包括裸子植物、雙子葉植物和單子葉植物等。

近年來(lái), 隨著多個(gè)物種全基因組測(cè)序的完成, DELLA蛋白的鑒定和研究在不同物種間廣泛展開(kāi)，DELLA蛋白家族的鑒定起始于模式植物擬南芥，隨后水稻、玉米、油菜、小麥、大麥、葡萄，蘋(píng)果、棉花、枇杷、梨、大豆、黃瓜、梅花等物種中也相繼鑒定出了DELLA蛋白。DELLA蛋白家族成員的鑒定促進(jìn)了DELLA蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中功能和調(diào)控機(jī)制的研究。

黃先忠等[13]、張彤等[14]研究指出DELLA蛋白在種子萌發(fā)、花的發(fā)育、植物的形態(tài)建成等過(guò)程中扮演著重要角色[13-14]。植物對(duì)GA的特異反應(yīng)是由GA對(duì)DELLA蛋白的泛素化降解，解除DELLA蛋白的阻遏來(lái)完成的。此外，植物細(xì)胞可根據(jù)感知的GA濃度調(diào)控DELLA蛋白與GA受體(GID1)的結(jié)合進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)[15]。近年來(lái)，DELLA蛋白在GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的作用機(jī)制、DELLA蛋白參與植物激素信號(hào)途徑以及DELLA蛋白受光和逆境影響所引起的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用機(jī)制等得到了深入研究。DELLA 蛋白的功能以及DELLA蛋白與植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系成為植物信號(hào)傳導(dǎo)研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于DELLA蛋白家族的克隆及功能分析的報(bào)道時(shí)有出現(xiàn)。

故此，本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外近些年有關(guān)不同物種中DELLA蛋白編碼基因的克隆鑒定情況、蛋白結(jié)構(gòu)、激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制、在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用機(jī)制等方面的研究進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比、歸納和論述，旨在歸納完善近年來(lái)關(guān)于DELLA蛋白基因家族的最新研究進(jìn)展，以期為今后進(jìn)一步研究DELLA蛋白及其在植物中的功能提供理論依據(jù)。

1 DELLA蛋白基本特征

1.1 DELLA蛋白基因家族的鑒定及時(shí)空表達(dá)模式

在植物中，DELLAs主要以多基因的形式存在，少數(shù)以單基因形式存在(如水稻、小麥等)，且因物種差異常表現(xiàn)出基因家族數(shù)目上的差異。目前, 已有多個(gè)物種的DELLA基因家族成員得到鑒定(表1)。其中，模式植物擬南芥DELLA家族最早被鑒定出來(lái), 共5個(gè)成員；常見(jiàn)作物水稻、小麥、玉米中鑒定出來(lái)的DELLA基因家族成員均較少，都只有1個(gè)；果樹(shù)、蔬菜、花卉、油料作物、林木等不同類(lèi)別的植物，鑒定出來(lái)的DELLA基因家族成員也較少。關(guān)于DELLA蛋白的現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，DELLAs在植物所有的組織中都有表達(dá)，尤其在萌發(fā)的種子、幼葉、幼果等部位表達(dá)量較高[16]。但在有些植物中其表達(dá)部位有所差異，例如，棉花中DELLA蛋白在營(yíng)養(yǎng)器官及下胚軸、纖維、纖維起始期和延伸期的胚珠中表達(dá)較多，說(shuō)明DELLA蛋白參與了纖維的形成過(guò)程[17]；大豆中DELLA蛋白主要分布在胚組織中、葉和花等部位[18]；黃瓜中DELLA蛋白主要表達(dá)于莖、雄花芽[19]；葡萄中DELLA蛋白主要表達(dá)于莖尖、幼葉、幼果等部位[20]，蘋(píng)果中DELLA蛋白主要存在于幼果中[21]；在花卉中，梅花的DELLA蛋白主要分布在莖和種子中[22]，大巖桐DELLA蛋白主要集中在花萼中[23]，甜櫻桃的DELLA蛋白主要分布在韌皮部和花中[24]。

表1 植物DELLA基因家族的鑒定

1.2 DELLA蛋白的結(jié)構(gòu)

DELLA蛋白作為GA的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的核心元件，屬于植物特有的GRAS家族的一個(gè)亞族，對(duì)于DELLA蛋白結(jié)構(gòu)中多個(gè)保守結(jié)構(gòu)域的功能早前已有研究。DELLA蛋白N端包含DELLA和VHYNP兩個(gè)保守結(jié)構(gòu)域，C端具有GRAS家族特有的GRAS結(jié)構(gòu)域，包含2個(gè)亮氨酸七肽重復(fù)序列(LHRI和LHRII)以及VHIID、 PFYRE、SAW三個(gè)保守結(jié)構(gòu)域(圖1)。其中，位于N末端的DELLA和TVHYNP兩個(gè)結(jié)構(gòu)域是GA信號(hào)的感知結(jié)構(gòu)域，DELLA和TVHYNP結(jié)構(gòu)域的突變使植物不能正常感知GA信號(hào)，往往會(huì)引起植物的矮化生長(zhǎng)；C端的結(jié)構(gòu)域具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的功能，C端的結(jié)構(gòu)域?qū)τ诰S持DELLA蛋白的功能也至關(guān)重要。研究表明，DELLA蛋白的LHRI結(jié)構(gòu)域?qū)τ贒ELLA蛋白與 PIFs、FLC、JAZ1和 BZR1等轉(zhuǎn)錄因子之間的互作至關(guān)重要[25]。

1.3 DELLA蛋白參與的植物GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理

DELLA蛋白參與的最重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(圖2)。目前，對(duì)于GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模式，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是：GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括信號(hào)感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)兩部分，主要轉(zhuǎn)導(dǎo)元件有GA受體(GID1)、起阻遏作用的DELLA蛋白及其他介導(dǎo)DELLA蛋白降解的調(diào)控因子(F-box型蛋白)。當(dāng)細(xì)胞感知GA濃度較低時(shí)，此時(shí)受體GID1的N端會(huì)呈疏松結(jié)構(gòu)且不會(huì)與GA結(jié)合，從而使阻遏蛋白DELLA與靶基因結(jié)合并抑制其轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)。當(dāng)細(xì)胞感知GA水平較高時(shí)，首先受體GID1的C端構(gòu)象發(fā)生改變，N端N-Ex結(jié)構(gòu)會(huì)將GA封閉在受體內(nèi)；進(jìn)而與DELLA蛋白結(jié)合形成GA-GID1-DELLA，并促進(jìn)DELLA蛋白與F-box蛋白的E3泛素連接酶(SCF E3 ligase)結(jié)合；最終被26S蛋白酶體特異性識(shí)別并降解，降解后的DELLA蛋白以單體泛素和多肽的形式存在，其阻遏功能被解除，植株顯現(xiàn)出正常GA反應(yīng)[26]。

DELLA蛋白不僅在植物赤霉素信號(hào)途徑中發(fā)揮著重要的作用, 對(duì)植物其他激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也產(chǎn)生重要影響。研究表明，DELLA蛋白在生長(zhǎng)素對(duì)幼苗下胚軸彎鉤結(jié)構(gòu)的調(diào)控中起重要作用。植物DELLA蛋白在根部乙烯響應(yīng)中扮演重要角色，乙稀通過(guò)延緩GA誘導(dǎo)的DELLA蛋白的降解，進(jìn)而與DELLA蛋白協(xié)同抑制幼苗根的伸長(zhǎng)[27]。DELLA蛋白在脫落酸(ab-scisic acid,ABA)提高植物耐旱性方面起到了重要作用，DELLA蛋白可通過(guò)促進(jìn) XERICO(一種H2型E3蛋白)的表達(dá)來(lái)促進(jìn)ABA的積累，進(jìn)而提高其耐旱性。ABA與赤霉素間存在互作，ABA抑制植物生長(zhǎng)，該作用是由DELLA蛋白和ABA代謝途徑共同調(diào)節(jié)的。Cheng等發(fā)現(xiàn)茉莉酸(jasmonic acid, JA)能促進(jìn)擬南芥雄蕊的生長(zhǎng)發(fā)育，該過(guò)程是通過(guò)JA和DELLA蛋白的互作完成的[28]。且DELLA可以與茉莉酸途徑抑制因子(jasmonate ZIM-domain protein 1, JAZ1)結(jié)合，激活MYC與下游靶基因的表達(dá)，影響茉莉酸的累積[29]。

圖1 DELLA蛋白區(qū)域結(jié)構(gòu) [25]Fig.1 Regional structures of DELLA protein[25]

圖2 GA信號(hào)感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[26]Fig.2 GA signal perception and signal transduction pathway [26]

2 DELLA蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于植物DELLA 蛋白功能的研究時(shí)有報(bào)道。研究表明，DELLA蛋白除了抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育引起植株矮化外，在豆科植物根瘤菌的共生、植物開(kāi)花、下胚軸彎鉤結(jié)構(gòu)的形成、植物的避陰反應(yīng)、植物抗逆生理等方面都具有極其重要的作用(表2)。

2.1 DELLA蛋白參與植物的形態(tài)建成

研究發(fā)現(xiàn)，植物中的DELLA蛋白突變體往往會(huì)改變植物形態(tài)，即抑制植株莖的伸長(zhǎng)進(jìn)而引起植株出現(xiàn)矮化生長(zhǎng)，如油菜中的DS-3可編碼一種DELLA蛋白，負(fù)向調(diào)控油菜莖的伸長(zhǎng)[30]。同時(shí)，DELLA蛋白自身結(jié)構(gòu)的完整性對(duì)植物正常的生長(zhǎng)至關(guān)重要，據(jù)報(bào)道，擬南芥DELLA蛋白DELLA結(jié)構(gòu)域17個(gè)氨基酸的缺失導(dǎo)致擬南芥表現(xiàn)出矮化表型[4]；VHYNP結(jié)構(gòu)域的堿基錯(cuò)義突變(脯氨酸-亮氨酸)導(dǎo)致甘藍(lán)型油菜半矮化[31]，這類(lèi)突變常引起植株矮化等GA缺乏的表型，且此類(lèi)突變的抑制作用不會(huì)因GA的存在而消失，因此又稱(chēng)為功能獲得性突變或顯性突變。而DELLA 蛋白C端的突變往往使得植株表現(xiàn)出過(guò)度生長(zhǎng)的表型，稱(chēng)為隱形突變。例如擬南芥的rga和rgl、水稻的slr1、大麥的sln1c、小麥的Rht等突變體[32-34]。此外，最新研究發(fā)現(xiàn)，DELLA蛋白在番茄單個(gè)葉片的形成過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[35]。

2.2 DELLA蛋白參與豆科植物中固氮根瘤菌的共生

豆科植物與固氮菌、菌根真菌之間存在一種共生關(guān)系。豆科植物通過(guò)形成根瘤結(jié)構(gòu)為固氮菌提供生長(zhǎng)場(chǎng)所和所需養(yǎng)料，固氮菌將大氣中的氮還原為氨進(jìn)而被豆科植物吸收利用。研究表明，GA抑制豆科植物根瘤的形成，而DELLA蛋白正向調(diào)控豆科植物中與根瘤菌共生相關(guān)基因的表達(dá)[36]。有證據(jù)顯示，在豆科植物della突變體中，成熟的根瘤數(shù)量大大減少。Jin等指出[37]，DELLA蛋白通過(guò)與鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶(CCaMK)、IPD3形成CCaMK-IPD3-DELLA蛋白復(fù)合體，促進(jìn)豆科植物原生質(zhì)體中結(jié)核誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)豆科植物根瘤共生；且CCaMK可通過(guò)加強(qiáng)DELLA蛋白與IPD3之間的互作，促進(jìn)CCaMK-IPD3-DELLA復(fù)合物的形成；DELLA蛋白可與IPD3互作，促進(jìn)其磷酸化。此外，DELLA蛋白還可與結(jié)瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子(Nodulation signaling pathway)NSP2-NSP1形成蛋白復(fù)合物，并與結(jié)瘤誘導(dǎo)基因ERN1的啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)結(jié)瘤誘導(dǎo)基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)瘤器官的形成[38]；且DELLA可通過(guò)與IPD3以及NSP2形成蛋白復(fù)合體，共同調(diào)控結(jié)瘤誘導(dǎo)基因的表達(dá)。

表2 DELLA蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用

2.3 DELLA蛋白參與種子萌發(fā)

種子萌發(fā)不僅與光照、溫度、水分等外部環(huán)境因素有關(guān)，還與內(nèi)部激素的調(diào)控密切相關(guān)[7]。研究表明，DELLA蛋白在種子萌發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，而這一過(guò)程是由生長(zhǎng)素、赤霉素和脫落酸協(xié)同完成的，且PIFs在這一過(guò)程發(fā)揮著重要作用。種子成熟后, 胚停止生長(zhǎng),并進(jìn)入休眠狀態(tài), 直到出現(xiàn)適宜種子萌發(fā)的環(huán)境。在光下，光通過(guò)光敏色素將 PIL5 降解，并誘導(dǎo) GA 的積累，從而降解 DELLA蛋白，啟動(dòng)種子萌發(fā)。Lee在擬南芥中的研究發(fā)現(xiàn)，在黑暗中PIL5 通過(guò)與 DELLA 蛋白的啟動(dòng)子結(jié)合激活 DELLA蛋白的表達(dá)，RGL2 誘發(fā)XERICO基因表達(dá)RING-H2鋅指蛋白(一個(gè)種子萌發(fā)的負(fù)調(diào)控子)，促進(jìn)ABA合成，進(jìn)而抑制種子萌發(fā)[7]。

2.4 DELLA蛋白參與下胚軸生長(zhǎng)及彎鉤結(jié)構(gòu)的形成

在野生型擬南芥中過(guò)量表達(dá)擬南芥的rgaDELLA結(jié)構(gòu)域缺失突變體以及GFP融合蛋白，結(jié)果顯示rga能夠顯著抑制擬南芥下胚軸的伸長(zhǎng)，并且表現(xiàn)出對(duì)GA不敏感(施加GA不能促進(jìn)下胚軸的伸長(zhǎng))。幼苗在黑暗中萌發(fā)時(shí)，下胚軸上端會(huì)形成一個(gè)頂端鉤狀。彎鉤結(jié)構(gòu)對(duì)保護(hù)幼苗頂端分生組織以及確保子葉穿透土壤具有重要作用。此過(guò)程由乙烯(ET)、 生長(zhǎng)素(IAA)和GA共同調(diào)控。研究表明[27]，DELLA蛋白抑制黃化苗彎鉤結(jié)構(gòu)的形成，而這種抑制作用被GA反轉(zhuǎn),且僅對(duì)黃化幼苗彎鉤結(jié)構(gòu)的維持起作用；對(duì)GA反應(yīng)不敏感的GA缺陷型(ga1-3)黃化苗不出現(xiàn)彎鉤結(jié)構(gòu)，但在GAI和RGA功能缺陷型(ga1-3gai-t6rga-24)的黃化幼苗中卻表現(xiàn)出了彎鉤結(jié)構(gòu)。此外，ET 通過(guò)刺激EIN3(ETHYLENE INSENSITIVE3)和EIL(EIN3-like)的積累使得DELLA 蛋白與 EIN3 相互作用最終抑制幼苗彎鉤結(jié)構(gòu)的形成[28]。

2.5 DELLA蛋白參與避陰反應(yīng)

植物能通過(guò)光質(zhì)信號(hào)感知與周?chē)参锏母?jìng)爭(zhēng)，從而產(chǎn)生避陰反應(yīng)，表現(xiàn)為莖伸長(zhǎng)以增加捕獲光的量。避陰反應(yīng)受光敏色素 B 受體和赤霉素的嚴(yán)格調(diào)控，在較低的紅光與遠(yuǎn)紅光比例(R∶FR )和降低的藍(lán)光強(qiáng)度下被誘導(dǎo)。研究表明[39]，擬南芥葉柄的伸長(zhǎng)與DELLA蛋白的降解呈正相關(guān)。擬南芥群體在沒(méi)有光照的條件下，遠(yuǎn)紅外光照射增多，紅外光照射減弱，紅光與遠(yuǎn)紅光比例降低，促進(jìn)GA合成以及GA反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，并通過(guò)泛素化-蛋白酶體途徑降解DELLA蛋白，進(jìn)而引發(fā)葉柄的伸長(zhǎng)。在擬南芥gai突變體中(DELLA蛋白對(duì)GA表現(xiàn)不敏感)的研究發(fā)現(xiàn)，這種光敏色素誘導(dǎo)的避陰反應(yīng)強(qiáng)度降低，這表明DELLA蛋白抑制植物的避陰反應(yīng)。然而，DELLA 缺失的突變體并不具有組成型的避陰反應(yīng)，它們也呈現(xiàn)出受低紅光與遠(yuǎn)紅光誘導(dǎo)的葉柄伸長(zhǎng)反應(yīng)[40]。因此，DELLA蛋白的降解并不是影響植物的避陰反應(yīng)的唯一條件。

2.6 DELLA蛋白參與植物的繁殖發(fā)育

GA對(duì)于擬南芥無(wú)論在短日照、長(zhǎng)日照還是連續(xù)的光照條件下的開(kāi)花誘導(dǎo)都起著至關(guān)重要的作用。GA促進(jìn)開(kāi)花的作用是通過(guò)解除DELLA的抑制作用實(shí)現(xiàn)的[41]。研究表明，DELLA蛋白可與FLC(一種抑制開(kāi)花的轉(zhuǎn)錄因子)互作進(jìn)而加強(qiáng)FLC對(duì)植物開(kāi)花相關(guān)基因FT和SOC1表達(dá)的抑制；DELLA蛋白也能直接抑制FT和SOC1的表達(dá)，從而抑制開(kāi)花；而DELLA蛋白 LHRI 結(jié)構(gòu)域缺失的突變體則不能抑制植物開(kāi)花。有證據(jù)表明，DELLA蛋白還可通過(guò)負(fù)調(diào)控miRNA159進(jìn)而抑制開(kāi)花整合基因LEAFY (LFY)的表達(dá)[42]。另有研究報(bào)道，DELLA蛋白可通過(guò)與SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE (SPL)互作抑制SPL的表達(dá)進(jìn)而延緩開(kāi)花時(shí)間[25]。此外，DELLA蛋白可與CO互作，CO是一種可促進(jìn)開(kāi)花的F-box鋅指轉(zhuǎn)錄因子，且DELLA蛋白通過(guò)抑制CO與 NF-YB2的互作，進(jìn)而抑制其靶向基因FT和SOC1的表達(dá)，抑制植物開(kāi)花[42]；最新研究表明，DELLA蛋白可以控制草莓匍匐莖的形成，在草莓無(wú)性繁殖上起著重要作用[43-44]。

2.7 DELLA蛋白參與逆境反應(yīng)

植物體內(nèi)花青素的積累是判斷植物遭遇逆境的重要生理指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，植物在遭遇高溫、冷害等非生物脅迫時(shí)，DELLA蛋白積累，抑制植物生長(zhǎng)，并與MYBL2和JAZ蛋白形成JAZ-DELLA-MYBL2螯合物，促進(jìn)MYB /bHLH/WD40 的釋放及活性MBW復(fù)合物的形成，進(jìn)而使花青素快速積累，提高植物的抗逆能力[45]。此外，DELLA蛋白通過(guò)促進(jìn)根形態(tài)改變以及根毛的伸長(zhǎng)，使植物表現(xiàn)出磷饑餓表型特征，進(jìn)而適應(yīng)周?chē)h(huán)境。另有報(bào)道稱(chēng)，環(huán)境變化能改變 DELLA 蛋白活性，DELLA 蛋白可以通過(guò)調(diào)節(jié)活性氧 (ROS, reactive oxygen species) 水平來(lái)控制植物對(duì)脅迫的反應(yīng)和生長(zhǎng)。在生物和非生物脅迫下，DELLA蛋白積累，促進(jìn)過(guò)氧化氫酶的表達(dá)，進(jìn)而抑制ROS的積累，提高植物對(duì)逆境的忍耐力。最新研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥DELLA蛋白的缺失突變體可顯著提高植物對(duì)于干旱缺水的忍耐力[46]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)小麥DELLA蛋白結(jié)構(gòu)重組及類(lèi)囊體膜蛋白突變體可減輕其在鹽脅迫誘導(dǎo)下引起的光合機(jī)構(gòu)損傷，進(jìn)而改變光合反應(yīng)速率[47]。

2.8 DELLA蛋白促進(jìn)植物氣孔關(guān)閉

植物在干旱缺水的條件下，通過(guò)氣孔關(guān)閉并且生長(zhǎng)減緩來(lái)避免缺水帶來(lái)的傷害。研究發(fā)現(xiàn)，西紅柿保衛(wèi)細(xì)胞中的DELLA蛋白PROCERA (PRO)通過(guò)提高植物對(duì)脫落酸(ABA)的靈敏度，促進(jìn)氣孔關(guān)閉、減少水分缺失來(lái)應(yīng)對(duì)水缺乏，且pro缺失突變體表現(xiàn)出氣孔導(dǎo)度增加以及在水缺乏條件下更快的萎蔫[48]。這些結(jié)果表明DELLA蛋白能促進(jìn)氣孔關(guān)閉，且不受其對(duì)生長(zhǎng)抑制作用的影響。

2.9 DELLA蛋白減緩由年齡引起的葉片衰老

葉片的衰老可由多種因素引起，比如環(huán)境脅迫、生長(zhǎng)發(fā)育、內(nèi)源激素調(diào)控等。最新研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中的DELLA蛋白R(shí)GL1可延緩或抑制由年齡引起的葉片衰老，過(guò)表達(dá)RGL1顯著提高了由年齡引起的衰老中葉片的壽命，DELLA蛋白通過(guò)抑制WRKY45蛋白的活性來(lái)減緩衰老植物葉片中的衰老[49]?？梢?jiàn)，DELLA蛋白可正向調(diào)控由年齡引起的葉片衰老，提高衰老植物中葉片的存活壽命，進(jìn)而減緩由年齡引起的葉片衰老。

2.10 DELLA蛋白參與水稻病原體的免疫反應(yīng)

近年來(lái)，關(guān)于DELLA蛋白對(duì)于病原體攻擊的植物反應(yīng)的研究日益增加。最新研究表明[50]，水稻DELLA蛋白SLR1在抵抗活體而非死體水稻病原體的過(guò)程中發(fā)揮著先鋒作用，且這種對(duì)病原體的抵抗作用部分歸因于DELLA蛋白促進(jìn)了水楊酸(SA)和茉莉酸(JA)介導(dǎo)的水稻原型免疫的效果。而且水稻中的DELLA蛋白SLR1是通過(guò)同時(shí)促進(jìn)SA和JA介導(dǎo)的原型免疫發(fā)揮作用的，而擬南芥中DELLA蛋白對(duì)于病原體的攻擊則表現(xiàn)出對(duì)SA和JA不同的作用。上述研究結(jié)果表明，DELLA蛋白參與了水稻病原體的免疫反應(yīng)，并在抵抗水稻病原體中發(fā)揮著積極的作用。

3 DELLA 蛋白的互作研究

3.1 DELLA 蛋白與光敏色素互作因子PIF的互作

光敏色素互作因子PIF(PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR)作為bHLH(basic helix-loop-helix)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員，其主要特點(diǎn)是能與光敏色素(phytochrome, PHY)發(fā)生相互作用，且PIFs蛋白家族也參與了眾多激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。在光介導(dǎo)的幼苗下胚軸生長(zhǎng)中，光敏色素通過(guò)促進(jìn)PIF的降解抑制下胚軸的伸長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)DELLA蛋白的積累，DELLA蛋白與PIFs的bHLH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻止 PIF3/PIF4 與靶基因啟動(dòng)子結(jié)合，抑制植物下胚軸伸長(zhǎng)[51]。此外，PIF1/PIL5可通過(guò)抑制GA3ox的表達(dá)，引起GA2ox和GAI和RGA的表達(dá)來(lái)抑制種子發(fā)芽[52]。

3.2 DELLA 蛋白與F-box蛋白的互作

F-box蛋白是SCF(Skp, Cullin, F-box)復(fù)合體中一個(gè)重要的亞基。而SCF復(fù)合物是一類(lèi)重要的E3泛素連接酶(由于能夠識(shí)別特異靶蛋白而成為參與泛素化酶中的研究熱點(diǎn))，參與了植物細(xì)胞靶蛋白的泛素化。F-box 蛋白的C-端含有與蛋白互作相關(guān)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)介導(dǎo)了特異底物的泛素化[53]。研究表明[54]，擬南芥和水稻中的F-box蛋白SLEEPY1(SLY1)和GID2都參與了DELLA蛋白的泛素化降解，SLY1和GID2直接與 DELLA-GA-GID1復(fù)合體中的DELLA蛋白結(jié)合，快速將DELLA蛋白泛素化，最后通過(guò)26S蛋白酶體降解DELLA蛋白[9]。此外，研究表明，F(xiàn)-box蛋白也參與了植物逆境反應(yīng)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和花器官發(fā)育。

4 展 望

DELLA蛋白參與了許多植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和激素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。近年來(lái), DELLA蛋白的結(jié)構(gòu)、參與的激素轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及DELLA蛋白在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的功能在擬南芥、水稻等模式植物中研究的較為深入, 尤其以模式植物擬南芥中的研究居多，最新的關(guān)于DELLA蛋白的研究逐漸涉及到果樹(shù)、蔬菜、花卉、林木等類(lèi)別的植物，研究?jī)?nèi)容大多為DELLA蛋白的克隆鑒定、時(shí)空表達(dá)分析及DELLA蛋白相關(guān)功能的驗(yàn)證。目前的研究發(fā)現(xiàn)，DELLA蛋白對(duì)植物的形態(tài)、種子萌發(fā)、根形成、彎鉤結(jié)構(gòu)形成纖維發(fā)育、花器官發(fā)育以及植物的避陰反應(yīng)和抗逆反應(yīng)等方面均有重要作用。盡管近些年國(guó)內(nèi)外科研人員在不同物種DELLA家族的研究中作出了大量的努力, 不斷發(fā)掘出DELLA蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用, 證實(shí)了DELLA蛋白在多種激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的整合作用，但DELLA 結(jié)構(gòu)域怎樣感知 GA 信號(hào)，DELLA蛋白上游及下游基因，DELLA蛋白與環(huán)境及其他激素的互作機(jī)制等問(wèn)題仍需要進(jìn)一步研究，進(jìn)而揭示植物生長(zhǎng)發(fā)育以及激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)理，為作物育種和遺傳改良提供理論基礎(chǔ)。