調(diào)控植物種子發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子研究進展

吳玉 沈永寶，2 史鋒厚，2

（1. 南京林業(yè)大學林學院，南京 210037；2.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 國家林業(yè)局南方林木種子檢驗中心，南京 210037）

植物種子發(fā)育分為形態(tài)發(fā)育和種子成熟兩個階段［1］，每個階段都由相應的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控和監(jiān)管［2］。轉(zhuǎn)錄因子包含DNA結(jié)合區(qū)（DNA-binding domain，DBD）、寡聚化位點區(qū)（Oligomerization site，OS）、核定位信號區(qū)（Nuclear location signal，NLS）和轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)（Transcription regulation domain，TRD）4個功能結(jié)構(gòu)域［3］，通過這些結(jié)構(gòu)域與順式元件相互作用調(diào)控基因的表達。已知參與調(diào)控種子發(fā)育第一階段（形態(tài)發(fā)育）的轉(zhuǎn)錄因子有WOX（WUSCHEL-related homebox）、HAP3（Heme-activated protein3）等，參與調(diào)控種子發(fā)育第二階段（種子成熟）的轉(zhuǎn)錄因子有 B3（B3 superfamily）、bZIP（Basic region/leucine zipper motif）等，參與調(diào)控植物種子大小的轉(zhuǎn)錄因子 有 AP2/EREBP（APETALA2/ethylene-responsive element binding proteins）、bHLH（basic helix-loophelix protein）等。有的轉(zhuǎn)錄因子如HAP3（Hemeactivated protein3），全程參與種子發(fā)育的每個階段，而有的轉(zhuǎn)錄因子如MYB（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog），則是種子發(fā)育過程中某個特定階段所獨有的。本文對植物種子發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄因子的種類、結(jié)構(gòu)和功能進行概述，解析其作用順序和分子調(diào)控機理，以期為植物種子品質(zhì)改良研究提供相關理論支持和技術參考。

1 調(diào)控種子發(fā)育第一階段（形態(tài)發(fā)育）過程中的轉(zhuǎn)錄因子家族及其功能

種子發(fā)育第一階段主要是胚、胚乳和種皮的形態(tài)發(fā)育，胚的發(fā)育始于胚囊中的卵細胞和精細胞形成的受精卵（合子），經(jīng)過一系列變化形成原胚，原胚經(jīng)細胞分裂與分化后，發(fā)育成為具有子葉、胚芽、胚軸和胚根的完整胚。胚乳在細胞增殖、區(qū)域化和細胞分化后，發(fā)育成為胚胎提供營養(yǎng)的組織，胚乳的發(fā)育始終早于胚的發(fā)育。被子植物種子的胚乳由胚囊中的2個極核或次生核與1個精細胞受精發(fā)育而成，裸子植物種子的胚乳是由1個雌配子體細胞發(fā)育而成。種皮由胚珠的珠被發(fā)育而成，包圍在胚和胚乳外面起保護作用。已知調(diào)控胚和胚乳發(fā)育的的轉(zhuǎn)錄因子有WOX家族、HAP3家族、MADS-box、NAC家族和bHLH家族；調(diào)控種皮形態(tài)發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子有bHLH家族和MYB家族。

1.1 WOX家族

WOX轉(zhuǎn)錄因子包含65個氨基酸殘基組成的同源異型結(jié)構(gòu)域，根據(jù)系統(tǒng)進化關系分為遠古支、中間支和WUS支［4］。在雙子葉植物擬南芥中，中間支WOX2、WOX8和WOX9基因共同監(jiān)管早期胚的發(fā)育形成，第一次細胞分裂后，WOX2標記頂端細胞，WOX8和WOX9標記基底細胞。至典型八細胞期，WOX9和WOX2在形成下胚軸及部分根的中間區(qū)發(fā)揮作用，WOX8在胚柄細胞表達，WOX8和WOX9作用于產(chǎn)生根分生組織的胚根處。Zhu等［5］研究發(fā)現(xiàn)在裸子植物挪威云杉（Picea abies）中，WOX基因和生長素轉(zhuǎn)運基因參與胚胎的形成，中間支WOX2、WOX8和WOX9的同源基因PaWOX2和PaWOX8/9在原胚形成階段高度表達，并且在完整胚的形成中擁有相似表達模式。WUS支的WOX2、WOX3以及WOX4基因在胚體、邊緣分生組織以及維管束系統(tǒng)中表達。Palovaara等［6］研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥胚的發(fā)育過程中，WOX基因與激素互作，共同調(diào)控胚芽發(fā)育。此外，WOX轉(zhuǎn)錄因子還與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用，在胚的早期發(fā)育階段，WOX8和WOX9在受精卵、基部子細胞和下胚軸細胞中被WRKY2轉(zhuǎn)錄因子激活。由此可見，WOX轉(zhuǎn)錄因子家族在植物種子胚形期發(fā)揮重要作用，促進細胞分裂和阻止未成熟細胞的提前分化。

1.2 HAP3家族

HAP3轉(zhuǎn)錄因子包含不保守的A區(qū)、C區(qū)和保守的B區(qū)3個結(jié)構(gòu)域，根據(jù)B區(qū)氨基酸序列相似性將其分為LEC1（LEAFY COTYLEDON1）型和非LEC1型，Kwong等［7］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中LEC1是胚胎發(fā)生早期和晚期正常發(fā)育所需的關鍵調(diào)節(jié)因子，在營養(yǎng)細胞中誘導胚胎發(fā)育，編碼CCAAT結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子的HAP3亞基，是調(diào)控胚形成的必要因子。Jo等［8］研究表明LEC1在擬南芥種子發(fā)育中的胚細胞和胚乳組織中表達，是控制胚和胚乳發(fā)育的中心調(diào)節(jié)因子，可激活胚形態(tài)發(fā)生和細胞分化所需的基因轉(zhuǎn)錄。Pelletier等［9］研究發(fā)現(xiàn)LEC1在擬南芥和大豆種子不同的發(fā)育階段控制著不同的基因組，包括在種子發(fā)育早期和種子成熟過程中介導光合作用和葉綠體之間的基因組。Hu等［10］研究發(fā)現(xiàn) LEC1調(diào)節(jié)擬南芥和大豆胚形態(tài)發(fā)生基因的表達，以及胚發(fā)育早期生長素的合成。Boularda等［11］研究發(fā)現(xiàn)LEC1全程參與植物胚胎染色質(zhì)狀態(tài)的長期重編程。Orlowska等［12］研究發(fā)現(xiàn)LEC1在胚胎形態(tài)發(fā)生中誘導體細胞胚發(fā)育。Huang 等［13］通過比較擬南芥野生型和lec1突變體之間毛狀體發(fā)育相關的基因表達發(fā)現(xiàn)，LEC1在胚細胞發(fā)育后期起著決定性作用。由此可見，HAP3轉(zhuǎn)錄因子家族是植物種子胚發(fā)生發(fā)育過程中的關鍵調(diào)控因子，控制著胚胎發(fā)育過程中的多個方面。

1.3 MADS-box家族

MADS-box的名稱來自NCM1（釀酒酵母轉(zhuǎn)錄因子）、AGAMOUS（擬南芥花同源異型基因）、DEFICIENS（金魚草花同源異型基因）和SRF（人血清應答因子）這4類蛋白的首字母，均包含高度保守的由56-58個氨基酸組成的MADS-box結(jié)構(gòu)域［14］。A、B、C、D、E類MADS-box基因是經(jīng)典植物花器官發(fā)育模型的主要基因，D類基因主要負責調(diào)控胚珠的發(fā)育。Angenent等［15］研究發(fā)現(xiàn)矮牽牛的D類基因FBP7和FBP11對胚座以及胚珠的發(fā)育進行調(diào)控。Chen 等［16］研究發(fā)現(xiàn)蘭花中的D類MADS-box基因調(diào)控了胚珠發(fā)育的分子機制。Suárez Baron 等［17］研究發(fā)現(xiàn)馬兜鈴花中的D類同源基因AfimSTK是花藥和胚珠中孢子組織特性的關鍵因子。Ehlers 等［18］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥的D型同源基因SHP1、SHP2調(diào)控胚珠發(fā)育。由此可見，MADS-box家族的D類基因在調(diào)控胚珠發(fā)育中至關重要。

1.4 NAC家族

NAC的名稱來自矮牽牛NAM（NO APICAL MERISTEM）基因和擬南芥ATAF1/2和CUC（CUPSHAPED COTYLEDON）基因的首字母，各成員的N 端均含有高度保守的 NAC 結(jié)構(gòu)域［19-21］。Tadashi等［22］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中的NARSl和NARS2基因負責調(diào)控胚珠珠被的生長和退化，敲除掉突變體nars1和nars2后，出現(xiàn)珠被退化推遲和種子外形異常。野生型植株由雙突變體nars1和nars2授粉可生成具備正常外形的種子，反之種子外形出現(xiàn)異常。Christianson 等［23］從擬南芥中篩選出 NAC 轉(zhuǎn)錄因子ANAC102，qRT-PCR 試驗結(jié)果顯示ANAC102受低氧脅迫的誘導而表達，是水脅迫下參與種子萌發(fā)的重要調(diào)控因子。黃娟等［24］研究發(fā)現(xiàn)NAC轉(zhuǎn)錄因子負責調(diào)控水稻和小麥種子的發(fā)育、籽粒灌漿。朱娉等［25］研究發(fā)現(xiàn)小麥中的NAM基因能增加籽粒蛋白質(zhì)積累，并促進鋅、鐵等微量元素吸收。Waters 等［26］研究發(fā)現(xiàn)NAC轉(zhuǎn)錄因子NAM-B1基因影響小麥中營養(yǎng)物濃度的分配。Uauy等［27］研究發(fā)現(xiàn)NAC轉(zhuǎn)錄因子TtNAM-B1、TtNAM-A1和TtNAM-B2能不同程度地促進籽粒中蛋白和鋅、鐵等微量元素的積累。吳丹等［28］研究發(fā)現(xiàn)中國春小麥中的NAM轉(zhuǎn)錄因子Gpc-1及Gpc-2參與調(diào)控籽粒中礦物元素的轉(zhuǎn)運。胡喜貴等［29］研究發(fā)現(xiàn)野生二粒小麥中的NAM-B1基因可提高籽粒中蛋白質(zhì)、鐵、鋅等物質(zhì)的含量。由此可見，NAC轉(zhuǎn)錄因子家族調(diào)控珠被生長、蛋白質(zhì)和鐵、鋅等微量元素的積累。

1.5 bHLH家族

bHLH（basic helix loop helix）轉(zhuǎn)錄因子的名稱源于其含有保守的bHLH 結(jié)構(gòu)域，通常以二聚體形式發(fā)揮作用，bHLH結(jié)構(gòu)域含有堿性區(qū)域和HLH區(qū)域［30-31］。Kondou等［32］研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥的胚胎心形發(fā)育時期，胚乳中的bHLH轉(zhuǎn)錄因子RGE1基因在控制胚胎生長中起重要作用。Feng等［33］研究發(fā)現(xiàn)bHLH轉(zhuǎn)錄因子ZmbHLH44（OPAQUE11）控制玉米胚乳中的貯藏營養(yǎng)代謝。Tanabe等［34］研究發(fā)現(xiàn)玉米種子發(fā)育中ZmbHLH在胚乳和胚胎發(fā)育過程中高度表達，參與了它們的發(fā)育。此外，還發(fā)現(xiàn)ZmbHLH87和ZmbHLH185在轉(zhuǎn)移細胞中特異性表達，調(diào)節(jié)籽粒灌漿過程。Li等［35］研究發(fā)現(xiàn)蕓苔中的bHLH轉(zhuǎn)錄因子BrTT8主要負責調(diào)節(jié)種皮中原花色素（PA）的積累。Gonzalez等［36］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥種子的棕色由原花色素（PA或縮合單寧）在其內(nèi)部種皮層中的沉積引起，TT2、TT8和TTG1組成的轉(zhuǎn)錄因子復合物控制PA生物合成基因的表達，一起調(diào)控芽表皮中的毛狀體發(fā)育和外種皮層粘液產(chǎn)生細胞的分化。Padmaja等［37］研究發(fā)現(xiàn)TT8基因的突變是抑制芥菜黃種子突變體LBG轉(zhuǎn)錄所必需的，負責調(diào)控種皮顏色。由此可見，bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族在調(diào)控胚胎、胚乳及種皮的發(fā)育過程中不可或缺。

1.6 MYB家族

MYB（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）轉(zhuǎn)錄因子因含有Myb結(jié)構(gòu)域而得名，其N端由 1-3 個串聯(lián) R 結(jié)構(gòu)（R1、R2 和 R3）組成［38］。Matsui等［39］在擬南芥中通過嵌合AtMYB23阻遏物的表達發(fā)現(xiàn)MYB蛋白AtMYB23參與調(diào)控種皮發(fā)育。Luo等［40］研究發(fā)現(xiàn)將苦蕎中分離出的FtMYB15基因在擬南芥中異位過量表達后，種皮中色素沉著增加，且花青素積累水平提高。Herniter等［41］通過PCR標記豇豆中的MYB113基因Vigun05g039500，發(fā)現(xiàn)其是豇豆黑色種皮顏色的候選基因。由此可見，MYB轉(zhuǎn)錄因子家族主要調(diào)控種皮發(fā)育和種皮中色素的積累。

2 調(diào)控種子發(fā)育第二階段（種子成熟）過程中的轉(zhuǎn)錄因子家族及其功能

種子發(fā)育的第二階段包括器官增大和種子成熟［2］，種子的大小由胚、胚乳和種皮三者的協(xié)調(diào)生長決定，種子的成熟以淀粉、脂類和蛋白質(zhì)等貯藏物合成積累的完成為標志［42-43］。參與調(diào)控種子成熟和種子大小的轉(zhuǎn)錄因子有HAP家族、B3家族、Zinc finger家族、bZIP家族、AP2/EREBP家族、WRKY家族、IKU、MINI3、SHB1基因和KLU基因。

2.1 HAP家族

HAP3家族的LEC1轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控種子成熟，Kagaya等［44］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中LEC1通過調(diào) 節(jié)FUS3（FUSCA3） 和ABI3（ABSCISIC ACID INSENSITIVE3）來控制種子成熟過程中貯藏蛋白基因（SSP）的積累，LEC1異位表達能夠激活SSP基因表達和誘導FUS3、ABI3和LEC2的表達。Mu等［45］研究發(fā)現(xiàn)LEC1在脂肪酸合成環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，在擬南芥中過表達LEC1會導致脂肪酸生物合成基因的全面增加的表達。Junker等［46］研究發(fā)現(xiàn)LEC1部分與脫落酸結(jié)合，影響生長素合成，參與調(diào)節(jié)胚胎和胚胎外細胞的伸長。Tan等［47］研究發(fā)現(xiàn)在甘藍型油菜中條件性表達LEC1同源基因BnLEC1和BnL1L導致脂肪酸水平增加。由此可見，HAP3家族主要負責調(diào)節(jié)胚胎伸長、貯藏蛋白積累和脂肪酸合成。

2.2 B3家族

B3超家族分為LAV家族、ARF家族、RAV家族和REM家族，LAV家族又分為AFL（LEC2/FUS3/ ABI3）亞家族和HSI亞家族，兩個亞家族成員均參與種子成熟的調(diào)控。Baud等［48］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中種子成熟轉(zhuǎn)錄由LEC2、FUS3和ABI3調(diào)控，LEC1在LEC2和ABI3作用下增強了OLE1啟動子的活化，擬南芥原生質(zhì)體中產(chǎn)生的重組LEC1和LEC2蛋白可在體外與NF-YC2形成調(diào)節(jié)性多蛋白復合物。Grimault等［49］研究發(fā)現(xiàn)AFL亞家族轉(zhuǎn)錄因子在玉米籽粒灌漿中發(fā)揮重要作用，鑒定出的LEC2、FUS3、ABI3的同源基因ZmAFL4、ZmAFL2和ZmAFL3 / ZmVp1可反式激活玉米油質(zhì)蛋白啟動子，調(diào)控胚乳儲備物質(zhì)積累。Roscoe等［50］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥種子儲備定量由AFL調(diào)控，ABI3、FUS3和LEC2共同調(diào)節(jié)種子成熟的儲備，其中ABI3更大程度控制了儲存蛋白質(zhì)含量，F(xiàn)US3則更大程度地控制了脂質(zhì)含量。雖然ABI3控制整個胚胎的儲備含量，但LEC2和FUS3也參與調(diào)節(jié)不同胚胎區(qū)域的儲備。Fatihi 等［51］研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中AFL對于實現(xiàn)種子成熟的儲存積累至關重要，LEC1是ABI3、FUS3 在上游發(fā)揮正調(diào)控作用的因子，對種子成熟行為進行控制，諸如12S 貯藏蛋白基因的表達、葉綠素與花青素的積累等。此外，F(xiàn)US3和LEC1還負責調(diào)控種子內(nèi)ABI3蛋白的豐度。Kagaya等［52］研究發(fā)現(xiàn)LEC1通過調(diào)節(jié)FUS3和 ABI3來控制種子貯藏蛋白基因，LEC1的異位表達對FUS3和ABI3的表達具備誘導作用，基于LEC1、FUS3與ABI3 的多突變體狀況下，SSP這一種子貯藏蛋白的表達強度增強?？梢奓EC1對SSP基因表達的調(diào)控作用在一定程度上依賴于FUS3與ABI3。Boulard等［53］研究發(fā)現(xiàn)LAFL基因（LEC2、ABI3、FUS3、LEC1）編碼調(diào)節(jié)種子發(fā)育不同方面的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控胚胎從早期到晚期儲存化合物的積累。這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控胚胎發(fā)育和種子成熟之間的轉(zhuǎn)換、成熟種子和發(fā)芽之間的轉(zhuǎn)換。Boulard等［11］研究發(fā)現(xiàn)LEC1（NF-YB9）直接與LEC2相互作用以控制種子中的基因表達，LEC1與LEC2兩者的互作并非表現(xiàn)為直接線性相關，LEC1、ABI3和FUS3 在LEC2異位表達誘導后積累，此積累僅在激活種子特異蛋白后發(fā)生。由此可見，LEC2可能聯(lián)合LEC1、ABI3 與FUS3一起對種子成熟期進行調(diào)控，通過有序的互作行營造滿足胚發(fā)育所需的細胞環(huán)境，對胚發(fā)育進行調(diào)控。

2.3 Zinc finger家族

Dof家族屬于Zinc finger超家族，包含DNA結(jié)合域與特異轉(zhuǎn)錄調(diào)控域，主要調(diào)控種子的胚乳發(fā)育、貯藏蛋白的合成及脂肪含量的變化［54］。Kushwaha等［55］研究發(fā)現(xiàn)Dof轉(zhuǎn)錄因子PBFs在種子的發(fā)育階段激活醇溶蛋白啟動子轉(zhuǎn)錄，玉米ZmPBF、水稻PBF和小麥WPBF通過識別胚乳表達基因醇溶蛋白對應啟動子中的 TGTAAAG 序列來激活其表達。除了醇溶蛋白基因以外，其他的胚乳表達基因如LKR基因，也被PBFs和Opaque-2共同調(diào)節(jié)。Gupta等［56］研究發(fā)現(xiàn)EcDof基因參與小米谷粒灌漿期間蛋白質(zhì)的積累。王志坤等［57］研究發(fā)現(xiàn)在大豆中過量表達GmDof11，可觀察到種子含油量升高，而蛋白質(zhì)含量降低。Zhang等［58］最新研究表明，水稻中OsDof24和OsDof25能夠調(diào)節(jié)種子貯藏蛋白谷蛋白GluB-1基因的表達。由此可見，Dof 轉(zhuǎn)錄因子家族在種子發(fā)育成熟過程中發(fā)揮著非常重要的作用。

2.4 bZIP家族

bZIP（Basic leucine zipper）轉(zhuǎn)錄因子是真核生物轉(zhuǎn)錄因子中最具保守性且分布最廣泛的一類蛋白，由亮氨酸拉鏈區(qū)域和DNA結(jié)合堿性結(jié)構(gòu)域組成［59］。Jakoby等［60］將擬南芥的bZIP轉(zhuǎn)錄因子分為了A、B、C、D、E、F、G、H、I和S10個亞族，不同亞家族發(fā)揮不同作用。Finkelstein等［61］研究發(fā)現(xiàn)C亞族bZIP 蛋白參與油菜中種子貯藏基因表達，Lara等［62］在擬南芥中通過原位雜交分析表明bZIP 轉(zhuǎn)錄因子AtbZIP10和AtbZIP25的表達從種子中的mRNA發(fā)育的早期階段開始，在成熟時達到峰值，在種子發(fā)育后期開始下降，在時間和空間上匹配編碼2S白蛋白和十字花科蛋白的種子貯藏蛋白基因。此外，通過酵母雙雜交系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)AtbZIP10/25與ABI3的共表達導致At2S1啟動子的活化能力顯著增加，表明它們是參與種子特異性表達的調(diào)節(jié)復合物的一部分。Gacek等［63］研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)菜豆內(nèi)G亞族bZIP蛋白ROM1和ROM2通過調(diào)節(jié)儲存蛋白質(zhì)基因的表達來調(diào)控種子成熟。由此可見，bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族調(diào)控種子發(fā)育成熟過程中貯藏蛋白的積累。

2.5 AP2/EREBP家族

AP2/EREBP超家族包含60-70個氨基酸殘基的AP2/ERF結(jié)構(gòu)域，分成EREBP亞族和AP2亞族，EREBP亞族分為ERF、DREB和Soloist，AP2亞族分為 AP2、RAV［64-65］。Irish 等［66］研究發(fā)現(xiàn) AP2 在控制擬南芥種子大小方面發(fā)揮重要作用。Wang等［67］研究證實AP2亞族參與調(diào)控種子的體積、重量、蛋白和油類的積累。Jiang等［68］研究發(fā)現(xiàn)APETALA2轉(zhuǎn)錄因子SNB（SUPERNUMERARY BRACT）調(diào)控水稻種子大小，其增加的穎片縱向細胞伸長導致ssh1突變體產(chǎn)生比野生型體積更大、粒重更高的種子。Ohto 等［69］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中AP2調(diào)控胚珠和種皮的發(fā)育，對等位基因ap2突變的分析表明 AP2活性直接影響種子質(zhì)量，導致種子發(fā)育過程中己糖與蔗糖的比例發(fā)生變化；相互交叉實驗表明AP2對種子質(zhì)量的母體效應涉及胚細胞數(shù)和細胞大小的調(diào)節(jié)。Zhao等［70］研究發(fā)現(xiàn)AP2轉(zhuǎn)錄因子AtAP2同源基因OsAP2-1在水稻花與種子的發(fā)育中至關重要。Ohto等［71］研究發(fā)現(xiàn)AP2對胚胎、胚乳和種皮發(fā)育的影響決定了擬南芥的種子大小，AP2控制母系的種子質(zhì)量，ap2突變體產(chǎn)生比野生型更大的種子。Cernac等［72］研究證實擬南芥內(nèi)AP2/ EREBP 轉(zhuǎn)錄因子WRI（WRINKLED）與種子貯藏物新陳代謝行為相關，WRI表達水平減弱后種子無法有效完成蔗糖向三酯酰甘油的轉(zhuǎn)化，導致油類物質(zhì)在種子內(nèi)積累量減少，WRI過度表達則可導致種子與幼苗所含三酯酰甘油量升高。Penfield等［73］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中DREB類轉(zhuǎn)錄因子ABI4是胚內(nèi)ABA（脫落酸）作用的關鍵接受因子，具備抑制胚中脂質(zhì)降解的功能，經(jīng)由與ABI3、ABI5互作，對ABA的信號轉(zhuǎn)導施加影響。Lasserre等［74］研究發(fā)現(xiàn)AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子AtERF38（At2g35700）基因?qū)M南芥種子次生壁產(chǎn)生具備正向調(diào)節(jié)作用，對擬南芥成熟種子實施GUS染色，借助RT-PCR法發(fā)現(xiàn)，AtERF38基因的表達量和次生壁增厚正向相關。由此可見，AP2/EREBP超家族在調(diào)控種子大小、種子貯藏物質(zhì)積累和種子質(zhì)量方面至關重要。

2.6 WRKY家族

WRKY家族各基因的N末端均包含“WRKYGQK”七肽序列的保守結(jié)構(gòu)域，其名稱來自縮寫“WRKY”［75］。Garcia等［76］研究發(fā)現(xiàn) WRKY 轉(zhuǎn)錄因子TTG2（TRANSPARENT TESTA GLABRA2）負責調(diào)控種子體積，對于胚乳生長發(fā)育進行空間層面的直接限制，主要在胚乳和珠被中表達，TTG2在調(diào)控種子體積上高度遵循孢子體母本效應，ttg2突變體受到胚乳細胞化提前的影響后種子胚乳變小，珠被細胞變短，種子由此變得圓且小。Gonzalez等［36］研究發(fā)現(xiàn)TTG2通過調(diào)節(jié)原花青素途徑中的液泡轉(zhuǎn)運步驟來控制擬南芥中種皮單寧的發(fā)育調(diào)控。Johnson等［77］研究擬南芥ttg2突變體發(fā)現(xiàn)，其種皮內(nèi)縮合單寧的合成以及黏液質(zhì)的累積受到抑制后種皮表現(xiàn)為淺黃色，大量縮合單寧合成渠道的中間產(chǎn)物集中于ttg2突變體的種子內(nèi)，導致其細胞伸長的反應能力異常。Amato等［78］研究發(fā)現(xiàn)葡萄樹WRKY轉(zhuǎn)錄因子TTG2同源基因VvWRKY26參與調(diào)節(jié)液泡運輸和類黃酮生物合成，在空泡pH調(diào)節(jié)中實現(xiàn)PH3功能并恢復野生型色素沉著表型。然而此家族內(nèi)MINI3則經(jīng)由IKU-MINI3-SHB1途徑對種子大小進行控制，在作用機制上完全不同于TTG2。由此可見，WRKY家族主要調(diào)控種子體積、胚乳的生長發(fā)育和種皮顏色。

2.7 IKU、MINI3和SHB1 基因

IKU-MINI3-SHB1調(diào)控途徑涉及HAIKU1（IKU1）、富含亮氨酸的重復激酶HAIKU2（IKU2）、WRKY轉(zhuǎn) 錄 因 子MINISEED3（MINI3） 和 上 游的調(diào)節(jié)因子SHORT HYPOCOTYL UNDER BIUE1（SHB1）［79］。Wang 等［80］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥胚乳和種子大小的發(fā)育受IKU途徑調(diào)節(jié)，包括IKU1、IKU2和MINI3。Zhou等［81］確定SHB1基因是擬南芥種子發(fā)育的正調(diào)節(jié)因子，shb1-D突變體種子大小的增加與胚乳細胞化、合點胚乳增大和胚胎發(fā)育有關。SHB1在擬南芥體內(nèi)與MINI3和IKU2的啟動子結(jié)合，在種子發(fā)育的早期階段促進種腔和胚乳生長。Xiao等［82］研究SHB1是種子發(fā)育的關鍵調(diào)節(jié)基因，在油菜中過量表達SHB1，較強的MINI3啟動子調(diào)控SHB1、MINI3和IKU2的直系同源物，最終導致種子質(zhì)量顯著增加。Meng等［83］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中通過AN3-MINI3基因級聯(lián)調(diào)節(jié)種子胚胎發(fā)育，SHB1與MINI3的啟動子結(jié)合調(diào)節(jié)胚胎細胞增殖（細胞分裂和伸長）。由此可見，IKU途徑是植物種子胚乳早期生長階段的重要調(diào)控機制，主要調(diào)控種子大小、種子質(zhì)量、胚乳生長和胚胎發(fā)育。

2.8 KLU基因

Anastasiou等［84］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中細胞色素基因KLU（P450 KLUH/CYP78A5）負責對種子大小進行調(diào)控，Zhang等［85］研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子SOD7通過直接抑制擬南芥中的KLU表達來調(diào)節(jié)種子大小，SOD7通過限制胚珠和發(fā)育種子的分布中的細胞增殖來調(diào)節(jié)種子大小。Zhao等［86］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥KLU同源基因GmCYP78A72調(diào)控大豆種子大小，在擬南芥中和大豆中的過量表達GmCYP78A72均導致種子增大。Adamski等［87］研究發(fā)現(xiàn)KLU調(diào)控胚珠和種子大小，KLU在內(nèi)珠被中過表達促進細胞增殖和種皮生長，此外，KLU誘導種子體積增加提升了種子中的相對含油量。由此可見，KLU基因主要在調(diào)控種子大小和種子相對含油量。

3 展望

近年來，隨著越來越多植物基因組測序的完成和植物轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，以及各類轉(zhuǎn)錄因子基因分離與功能鑒定新方法的開發(fā)極大推進了種子發(fā)育轉(zhuǎn)錄因子及其分子調(diào)控機理等方面的研究進展［88］。目前，已開發(fā)的各類轉(zhuǎn)錄因子基因分離與功能鑒定方法有：利用生物信息學已建立的數(shù)據(jù)庫進行轉(zhuǎn)錄因子保守結(jié)構(gòu)域分析、轉(zhuǎn)錄因子亞細胞定位分析等；通過瞬間轉(zhuǎn)化法（基因槍法、電轉(zhuǎn)化法、PGE處理法及農(nóng)桿菌介導法等）和突變體表型法（基因過量表達法和基因功能缺失突變體法）進行轉(zhuǎn)錄因子基因功能鑒定；通過轉(zhuǎn)座子標記、同源序列法、T-DNA 激活標簽法、圖位克隆法、酵母單雜交法實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子基因分離。此外，還有酵母雜交法、染色體免疫共沉淀法（ChIP）、嵌合轉(zhuǎn)錄因子法等［89］。這些不斷進步的技術和方法被運用到了種子發(fā)育轉(zhuǎn)錄因子的研究中，如通過瞬間表達法可以有效地鑒定出參與種子發(fā)育的目標基因［90］；借助突變體研究與分子遺傳學技術已成功鑒定了部分影響胚乳發(fā)育的基因［54］；借助ChIP 技術測定了種子發(fā)育中成熟基因的表達［91］。由此可以預測，技術的進步將促使人類從新的角度更全面地探索控制種子發(fā)育的遺傳機制，從而更加有效地進行作物種質(zhì)資源的遺傳改良。