煙草抗旱相關(guān)基因的研究進(jìn)展

金伊楠，張豪洋，張璐翔，魏爍果，王發(fā)展，陳思昂，熊亞南，朱智威，許自成

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州市農(nóng)業(yè)路63號(hào) 450002

干旱脅迫是制約全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大問(wèn)題之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球因水分缺失所導(dǎo)致的作物產(chǎn)量下降的數(shù)值，已超過(guò)其他因素如鹽漬、高溫、冷害等造成的作物產(chǎn)量減少數(shù)值的總和［1］。植物遇到干旱脅迫后細(xì)胞含水率下降，活性氧平衡被打破，細(xì)胞膜系統(tǒng)受損，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，嚴(yán)重者至死亡［2］。煙草（Nicotiana tabacum L.）是一種重要的種植規(guī)模較大的模式植物，近年來(lái)廣泛地用于抗干旱脅迫的研究［3］。因此，對(duì)煙草抗旱脅迫相關(guān)基因的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，以期為煙草抗旱脅迫研究提供參考。

1 轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因

轉(zhuǎn)錄因子在逆境脅迫中占有十分重要地位，可以啟動(dòng)或限制參與應(yīng)激反應(yīng)的許多下游基因的轉(zhuǎn)錄信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，植物抵御非生物脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子家族主要有AP2/ERF、MYB、NAC、WRKY、ZFP 和bHLH 等［4］。

1.1 AP2/ERF 類轉(zhuǎn)錄因子

AP2/ERF 類轉(zhuǎn)錄因子在植物中分布廣泛，參與非生物脅迫中的抗逆信號(hào)誘導(dǎo)，通常可分為AP2、DREB 、ERF 和RAV 等［5］。

1.1.1 ERF 類轉(zhuǎn)錄因子

乙烯反應(yīng)因子（ERF）是激活乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，主要參與植物對(duì)生物脅迫的反應(yīng)如發(fā)病機(jī)制，可與乙烯誘導(dǎo)發(fā)病相關(guān)基因的啟動(dòng)子中存在的核心GCCGCC 序列結(jié)合［6］。

有研究表明，將番茄（Solanum lycopersicum）TERF1 基因?qū)霟煵荩商岣咿D(zhuǎn)基因植株的抗旱性［7］；WANG 等［8］從麻風(fēng)樹(shù)（Jatropha curcas L.）的葉片中分離出1 種新的ERF 型轉(zhuǎn)錄因子基因，命名為JcERF2，并將該基因?qū)霟煵?，游離脯氨酸和可溶性碳水化合物的積累增加，使煙草的抗旱性增 強(qiáng)；LI 等［9］將 大 豆（Glycine max（L.）Merr.）GmERF5 基因?qū)霟煵荩l(fā)現(xiàn)該基因參與誘導(dǎo)防御反應(yīng)和ABA 介導(dǎo)的耐旱途徑，使轉(zhuǎn)基因植株對(duì)干旱脅迫的耐性提高；吳電云［10］將枸杞（Lycium chinense）LchERF 基因?qū)霟煵?，在干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草種子萌發(fā)率、葉綠素含量顯著高于空載體轉(zhuǎn)基因煙草，使其抗旱性增強(qiáng)。

1.1.2 DREB 類轉(zhuǎn)錄因子

DREB 是AP2/ERF 類轉(zhuǎn)錄因子家族的成員之一，可激活下游基因的表達(dá)，并與C-重復(fù)脫水反應(yīng)（DRE/CRT）基因啟動(dòng)子中的順式作用元件相結(jié)合，是植物抗逆境研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容［11］。

劉俊學(xué)［12］研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)ItDREB2 基因煙株葉綠素含量增加，SOD、POD 和CAT 酶活性提高，對(duì)干旱脅迫的抗性增強(qiáng)；李春瑤［13］從甘蔗（Saccharum officinarum）中分離出SoDREB2 基因，在干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草植株細(xì)胞膜透性和葉綠素含量高于野生型煙株，并具有較高的抗氧化酶活性，其抗旱性增強(qiáng)；Li 等［14］研究表明，將準(zhǔn)噶爾無(wú) 葉 豆［Eremosparton songoricum（Litv.）Vass］EsDREB2B 基因?qū)霟煵荩D(zhuǎn)基因植株對(duì)多種非生物 脅 迫 的 耐 受 性 提 高；Yang 等［15］從 剛 毛 檉 柳（Tamarix hispida）中 分 離 出ThDREB 基 因，轉(zhuǎn)ThDREB 基因煙草植株抗氧化酶活性提高，活性氧保持在較低水平且易于被清除，其抗旱性增強(qiáng)；Zhang 等［16］試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) 在 煙 草 中 過(guò) 表 達(dá) 堿 蓬 草（Suaeda glauca）SsDREB 基因可提高植株葉綠素、脯氨酸和可溶性糖含量，通過(guò)激活不同的下游基因，從而提高轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受性；Sharma 等［17］從蘋(píng)果（Malus domestica）中克隆獲得MdDREB76 基因，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)MdDREB76 基因植株通過(guò)誘導(dǎo)抗氧化酶活性而提高其抗旱性和耐鹽性；Liu 等［18］將桑樹(shù)（Morus alba L.）MnDREB4A 基因?qū)霟煵荩D(zhuǎn)基因植株含水率和脯氨酸含量提高，丙二醛含量降低，過(guò)表達(dá)MnDREB4A 基因顯著提高了煙草植株對(duì)干旱、冷害、鹽和高溫脅迫的抗性。

1.2 MYB 類轉(zhuǎn)錄因子

MYB 是指含有MYB 結(jié)構(gòu)域的一類轉(zhuǎn)錄因子家族，包括1～4 個(gè)不完全重復(fù)，每個(gè)重復(fù)有50～53 個(gè)高度保守的氨基酸殘基，形成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的結(jié)構(gòu)［19］。

1993 年Urao［20］首 次 在 模 式 植 物 擬 南 芥（Arabidopsis thaliana）中發(fā)現(xiàn)了受脫落酸顯著誘導(dǎo)的AtMYB2 基因，并發(fā)現(xiàn)MYB 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子參與對(duì)水分脅迫反應(yīng)基因的調(diào)控；Li 等［21］將杜梨（Pyrus betulifolia Bunge）PbrMYB21 基因?qū)霟煵荩D(zhuǎn)基因煙草植株的精氨酸脫羧酶（ADC）表達(dá)水平高于野生型，多胺積累增加，表明PbrMYB21 在耐旱性方面發(fā)揮了積極作用，原因可能在于該基因調(diào)節(jié)ADC 的表達(dá)而促進(jìn)多胺合成；Li 等［22］將番茄中的MYB 基因命名為SpMYB，將SpMYB 基因轉(zhuǎn)入煙草后植株丙二醛（MDA）積累減少，SOD 和POD 酶活性提高，苯丙氨酸解氨酶（PAL）積累增加，使轉(zhuǎn)基因煙草植株的抗旱性提高；Wei 等［23］從小麥（Triticum aestivum L.）中克隆了MYB 類轉(zhuǎn)錄因子TaODRANT1 基因，導(dǎo)入煙草中發(fā)現(xiàn)在模擬干旱脅迫（PEG6000 處理）時(shí)相對(duì)含水率較高、失水率降低，SOD 和CAT 酶活性較高，離子滲漏和MDA 活性較低，過(guò)表達(dá)TaODORANT1 基因可上調(diào)幾種與活性氧（ROS）和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)量，增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因煙草植株的抗旱性。

1.3 NAC 類轉(zhuǎn)錄因子

NAC 類轉(zhuǎn)錄因子是最大的植物特異性轉(zhuǎn)錄因子家族之一，與非生物脅迫的耐受性有關(guān)［24］。NAC 家族成員一般含有保守的NAC 結(jié)構(gòu)域和一個(gè)多樣化的C 末端區(qū)域，已有研究表明NAC 類轉(zhuǎn)錄因子在轉(zhuǎn)錄激活中發(fā)揮一定作用［25］。

Liu 等［26］從花生（Arachis hypogaea Linn.）中克隆了AhNAC3 基因轉(zhuǎn)入煙草，干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草植株的3 種功能基因表達(dá)量上調(diào)，分別是超氧化物歧化酶（SOD）、吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5SC）、胚胎晚期豐富蛋白（LEA），AhNAC3 基因可激活其在細(xì)胞核中的特異性靶標(biāo)，增加活性氧的清除，增強(qiáng)其抗旱性；Wang 等 將番茄SlNAC35基因?qū)霟煵荩诟珊得{迫下過(guò)表達(dá)SlNAC35 可促進(jìn)煙株根系的生長(zhǎng)發(fā)育，使抗旱性增強(qiáng)，推測(cè)該基因可能與生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)NtARF基因表達(dá)有關(guān)；Cao 等［28］研究表明，轉(zhuǎn)橡膠樹(shù)（Hevea brasiliensis）NAC1基因煙草對(duì)干旱脅迫的耐受性提高；Yang等［29］對(duì)轉(zhuǎn)甘菊（Chrysanthemum lavandulifolium）DlNAC1基因的煙草進(jìn)行研究表明，DlNAC1 蛋白定位于細(xì)胞核并具有轉(zhuǎn)錄激活功能，轉(zhuǎn)基因煙株對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受性顯著增強(qiáng)；Liu 等［30］發(fā)現(xiàn)在煙草中過(guò)表達(dá)陸地棉（Gossypium hirsutum L.）GhsNAC3 基因可增強(qiáng)抗旱性和耐鹽性，轉(zhuǎn)基因植株初生根較長(zhǎng)，鮮質(zhì)量較大。

1.4 WRKY 類轉(zhuǎn)錄因子

WRKY 類轉(zhuǎn)錄因子是植物中第二大轉(zhuǎn)錄因子家族，在衰老過(guò)程中起重要作用，是植物應(yīng)對(duì)非生物脅迫的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，因其獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄功能而受到越來(lái)越多的關(guān)注［31］。WRKY 類轉(zhuǎn)錄因子通常包含1 個(gè)或多個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域，稱為WRKY 域，是一種新型的植物特異性鋅指轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑，其N-末端具有高度保守的7 個(gè)氨基酸序列WRKYGQK，C端具有1 個(gè)C2H2 或C2HC 型的鋅指結(jié)構(gòu)［32］。

Li 等［33］對(duì)轉(zhuǎn)番茄SpWRKY1 基因煙草進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙株MDA 含量降低，POD 和SOD酶活性提高，葉綠素含量、光合速率和氣孔導(dǎo)度增加，并且與應(yīng)激防御相關(guān)基因的表達(dá)量增加，轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫的耐受性增強(qiáng)；Liu 等［34］對(duì)轉(zhuǎn)杜梨PbrWRKY53 基因的煙草植株進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下活性氧生成量減少，抗氧化酶活性提高，對(duì)干旱脅迫的抗性增強(qiáng)，推測(cè)可能是通過(guò)促進(jìn)維生素C 的生成而調(diào)節(jié)了PbrNCED1 基因的表達(dá)；Gong 等［35］將金柑（Fortunella crassifolia）FcWRKY70基因?qū)霟煵荩罐D(zhuǎn)基因植株對(duì)干旱脅迫的耐受性增強(qiáng)；Sun 等［36］將二穗短柄草［Brachypodium distachyum（L.）Beauv］BdWRKY36 基 因 導(dǎo) 入 煙草，轉(zhuǎn)基因植株的離子滲漏和活性氧積累較少，葉綠素含量、相對(duì)含水率和抗氧化酶活性顯著高于對(duì)照植株，從而增強(qiáng)了抗旱性；Chu 等［37］對(duì)轉(zhuǎn)陸地棉GhWRKY41 基因煙草的研究表明，GhWRKY41 可以作為氣孔閉合的正調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)活性氧清除和抗氧化基因的表達(dá)，從而提高轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱性。

1.5 ZFP 類轉(zhuǎn)錄因子

鋅指蛋白（ZFP）是一個(gè)數(shù)量龐大的轉(zhuǎn)錄因子家族，具有高度保守的鋅指（ZF）結(jié)構(gòu)域，對(duì)基因表達(dá)調(diào)控起重要作用［38］。根據(jù)鋅指蛋白保守結(jié)構(gòu)域不同，通?？煞譃镃2H2 型、C8 型、C6 型、指環(huán)型和C2HC 型等［39］。

Liu 等［40］從 枳［Poncirus trifoliata（L.）Raf］中克隆PtrZPT2-1 基因并導(dǎo)入煙草，PtrZPT2-1 定位于細(xì)胞核，在干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因植株存活率、ABA、脯氨酸和可溶性糖含量提高，H2O2積累減少，推測(cè)該基因可能通過(guò)提高滲透水平從而增強(qiáng)了煙株的抗旱性。

SAP 基因家族的蛋白質(zhì)具有2 個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)域，即N 端有1 個(gè)A20 結(jié)構(gòu)域，C 端有1 個(gè)AN1 結(jié) 構(gòu)域［41］，屬于AN1/A20 型鋅指蛋白。白戈等［42］克隆了煙草NtSAP5 基因，并發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)NtSAP5 的轉(zhuǎn)基因煙草植株具有較強(qiáng)抵御干旱脅迫能力，該基因可能是在根對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮作用。

1.6 bHLH 類轉(zhuǎn)錄因子

bHLH 是一種多功能轉(zhuǎn)錄因子，其蛋白質(zhì)具有高度保守的（60 個(gè)氨基酸序列）結(jié)構(gòu)域，根據(jù)功能不同通常可分為基本區(qū)域和HLH 區(qū)域［43］。基本區(qū)域由15 個(gè)氨基酸組成，并且作為DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域發(fā)揮作用［44］。HLH 區(qū)域包含2 個(gè)用環(huán)連接的α-螺旋，該區(qū)域允許形成同源二聚體或異源二聚體。Babitha 等［45］將穇 子［Eleusine coracana（L.）Gaertn］EcbHLH57 基因?qū)霟煵?，在干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因植株光合作用增強(qiáng)，H2O2和MDA 的積累較少，過(guò)表達(dá)EcbHLH57 基因可增強(qiáng)應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)，如LEA14、SOD 和APX 等，從而提高了煙草的抗旱性。

2 信號(hào)傳遞相關(guān)基因

植物在遭遇非生物脅迫時(shí)，首先在受刺激細(xì)胞內(nèi)觸發(fā)化學(xué)信號(hào)分子的變化，如水楊酸（SA）、茉莉酸（JA）、脫落酸（ABA）、鈣離子（Ca2+）等均被認(rèn)為是信號(hào)傳遞分子［46］。這些信號(hào)分子在濃度和信號(hào)強(qiáng)度方面發(fā)生變化，并伴隨著一系列復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換，多種信號(hào)組分共同完成植物抵御系統(tǒng)的激活［47］。

2.1 鈣依賴蛋白激酶合成相關(guān)基因

脫落酸（ABA）可抑制植物生長(zhǎng)、促進(jìn)果實(shí)脫落、引起氣孔關(guān)閉和增強(qiáng)植物抗逆性。Ca2+是ABA 信號(hào)通路中的第二信使［48］，當(dāng)植物受到外界刺激后細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度發(fā)生變化，從而形成鈣信號(hào)［49］。許多傳感器可以感知和轉(zhuǎn)移細(xì)胞鈣信號(hào)，其中包括鈣調(diào)磷酸酶B 蛋白（CBL），可高效地結(jié)合Ca2+，但該蛋白缺乏必要的協(xié)助結(jié)構(gòu)域，必須與目標(biāo)蛋白CIPK 結(jié)合形成CBL-CIPK 復(fù)合體才能傳導(dǎo)鈣信號(hào)，CBL-CIPK 復(fù)合體在抗逆境研究中發(fā)揮重要作用 。

CIPK 是植物特有的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶［51］。Luo 等［52］發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)二穗短柄草BdCIPK31 基因煙草植株在氣孔關(guān)閉、離子穩(wěn)態(tài)、活性氧清除和滲透物生物合成方面有積極作用，使其抗旱性增強(qiáng)；Wang 等［53］對(duì)過(guò)表達(dá)TaCIPK2 的煙草植株進(jìn)行試驗(yàn)，在干旱脅迫下氣孔關(guān)閉速度加快，失水率降低，MDA 和H2O2含量降低，SOD、POD 和CAT 酶活性提高，TaCIPK2 在轉(zhuǎn)基因煙草植株干旱脅迫響應(yīng)中起到積極的調(diào)節(jié)作用。

2.2 水楊酸合成相關(guān)基因

水楊酸（SA）是一種可調(diào)節(jié)抗氧化酶活性的激素類物質(zhì)，前人的研究多集中在外源施用SA 對(duì)植物非生物脅迫生理反應(yīng)的影響，而對(duì)內(nèi)源SA 在植物防御反應(yīng)中的調(diào)節(jié)功能方面的研究仍較少［54］。

SA 具有兩個(gè)不同的合成途徑，即異分支酸合成途徑和苯丙氨酸氨裂解酶合成途徑［55］。其中催化SA 合成的關(guān)鍵酶包括異分支丙酮酸裂解酶（IPL）、異分支合成酶（ICS）、苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）和水楊酸結(jié)合蛋白（SABP）等［56］。Li 等［57］將枸杞LcSABP 基因?qū)霟煵?，發(fā)現(xiàn)LcSABP 轉(zhuǎn)基因植株可通過(guò)增加內(nèi)源性SA 含量而促進(jìn)活性氧清除，調(diào)節(jié)相關(guān)應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá)，增強(qiáng)轉(zhuǎn)LcSABP 基因煙草植株對(duì)干旱脅迫的耐受性。

2.3 油菜素甾醇合成關(guān)鍵酶基因

油菜素甾醇（BRs）是重要的植物激素，除了參與植物生長(zhǎng)發(fā)育，還與抵御非生物脅迫息息相關(guān)［58］。BRs 合 成 途 徑 關(guān) 鍵 酶 有CPD、DET2、CYP85A1 和CYP85A2 等［59］。Duan 等［60］將 菠 菜（Spinacia oleracea L.）SoCYP85A1 基因?qū)霟煵?，發(fā)現(xiàn)該基因可通過(guò)促進(jìn)根系發(fā)育、消除活性氧積累和調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱性；陳永富等［61］研究表明，模擬干旱處理?xiàng)l件下過(guò)表達(dá)胡楊（Populus euphratica）PeCPD 基因煙草的SOD 和POD 酶活以及可溶性蛋白和可溶性糖含量顯著提高，葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量高于對(duì)照，使轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性增強(qiáng)。

3 抗旱功能相關(guān)基因

3.1 滲透調(diào)節(jié)相關(guān)基因

3.1.1 甜菜堿合成途徑的關(guān)鍵酶基因

甜菜堿是一種具有相溶性的高效滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，不僅參與植物滲透調(diào)節(jié)，還具有非滲透調(diào)節(jié)的功能［62］。甜菜堿醛脫氫酶（BADH）是甜菜堿合成途徑中的關(guān)鍵酶，而煙草自身不能合成甜菜堿，可通過(guò)基因工程的方法將甜菜堿和煙草連接在一起 。王貴平 對(duì)轉(zhuǎn)BADH 基因煙草的研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草植株自身可合成甜菜堿，且葉片的類囊體片層結(jié)構(gòu)受到一定保護(hù), 進(jìn)而減輕了干旱脅迫對(duì)葉綠體超微結(jié)構(gòu)的破壞，葉片相對(duì)含水率較高，光合速率維持在較高水平，使抗氧化酶活性提高，可溶性糖含量增加，其對(duì)干旱脅迫的耐受性增強(qiáng)。

3.1.2 脯氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶基因

脯氨酸是一類分子量小、水溶性高的小分子有機(jī)化合物。有研究表明，植物細(xì)胞中脯氨酸含量增多可增強(qiáng)植物在干旱脅迫時(shí)的滲透調(diào)節(jié)能力，從而增強(qiáng)植物的抗旱能力［65］。△1-吡咯琳-5-羧酸合成酶（P5CS）是脯氨酸合成途徑中前兩步反應(yīng)中的關(guān)鍵限速酶。 Kishor 等［66］研究發(fā)現(xiàn)，將P5CS 基因?qū)霟煵?，轉(zhuǎn)基因植株中脯氨酸含量明顯增加，可促進(jìn)根系生長(zhǎng)，植株抵御非生物脅迫的耐受性增強(qiáng)；陳吉寶等［67］對(duì)過(guò)表達(dá)菜豆（Phaseolus vulgaris）PvP5CS2 基因進(jìn)行研究，干旱處理后轉(zhuǎn)基因煙草植株中脯氨酸含量增加，轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)干旱脅迫的抗性增強(qiáng)。

3.2 抗氧化代謝相關(guān)基因

抗壞血酸（AsA）是一種普遍存在于植物體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)，GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶（GMPase）是AsA 合成途徑中的關(guān)鍵酶，其在活性氧清除機(jī)制中起關(guān)鍵作用［68］。Ai 等［69］從抗旱、耐鹽植物金發(fā)草（Pogonatherum paniceum）中克隆了PpGMPase 基因，導(dǎo)入煙草中發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽率、AsA含量提高，MDA 和H2O2含量降低，過(guò)表達(dá)PpGMPase 基因的煙草可通過(guò)增加AsA 含量來(lái)提高對(duì)鹽和干旱脅迫的耐受性，從而增強(qiáng)植株對(duì)活性氧的解毒功能。

CuZnSOD 是植物細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中的一種超氧化物歧化酶。Faize 等［70］對(duì)過(guò)表達(dá)CuZnSOD 基因煙草的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草植株水分利用效率和光合速率較高，抗氧化酶活性提高，緩解了干旱脅迫條件下煙株的損傷。

3.3 功能蛋白相關(guān)基因

3.3.1 LEA 蛋白

脫水蛋白，也稱為第2 組或D-11 家族晚期胚胎發(fā)育豐富（LEA）蛋白，是一個(gè)高度親水、富含甘氨酸、熱穩(wěn)定和本質(zhì)上非結(jié)構(gòu)化的蛋白家族［71］。Bao 等［72］從梅（Prunus mume）中獲得了4 種脫水蛋白基因PmLEA10、PmLEA19、PmLEA20和PmLEA29，將其導(dǎo)入煙草后發(fā)現(xiàn)外源PmLEAs 基因可增強(qiáng)煙草的抗旱性；杜蕊［73］對(duì)轉(zhuǎn)西伯利亞蓼（Polygonum sibiricum Laxm.）LEA 基因煙草的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株可溶性蛋白含量增加，細(xì)胞脫水減少，光合系統(tǒng)傷害降低，有效提高了轉(zhuǎn)基因植株的抗旱能力。

3.3.2 F-box 蛋白

泛素26S 蛋白酶體（UPS）是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑，參與80%以上的蛋白質(zhì)降解，在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起關(guān)鍵作用［74］。泛素連接酶E3 是UPS 途徑中的關(guān)鍵酶，根據(jù)E3 連接酶的基序不同可 分為SCF 型、HECT 型、APC 型 和Ring finger型，其中SCF 復(fù)合體由Skp1 蛋白、cullin 蛋白、Rbx蛋白和F-box 蛋白組成［75］。F-box 蛋白具有底物識(shí)別的功能，對(duì)植物的抗逆性研究有重要意義。

Zhou 等［76］將小麥TaFBA1 基因?qū)霟煵?，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草植株發(fā)芽率、相對(duì)含水率和凈光合速率較高，抗氧化酶活性較高，轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性增強(qiáng)；Kong 等［77］研究表明，小麥F-box 蛋白基因TaFBA1 的過(guò)表達(dá)可以改善轉(zhuǎn)基因煙草植株對(duì)干旱脅迫的耐受性，并且植株活性氧積累較少，MDA 含量較低，抗氧化酶活性水平提高，抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)。

3.3.3 熱休克蛋白

熱休克蛋白（HSPs）是植物受到熱量或其他因素的刺激時(shí)，產(chǎn)生的一種高度保守的應(yīng)激蛋白［78］。根據(jù)分子量的不同可分為5 種類型，HSP100/ClpB、HSP90、HSP70/Dna、小熱休克蛋白（sHSP）和伴侶蛋白（HSP60 / GroEL）［79］。其中HSP90 蛋白家族是真核生物細(xì)胞質(zhì)中廣泛存在的分子伴侶，具有高度保守性。Song 等［80］對(duì)煙草NtHSP90 基因家族進(jìn)行研究，鑒定出21 個(gè)NtHSP90，并根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析將其分為11 類（NtHSP90-1 至NtHSP90-11），其 中NtHSP90-4、NtHSP90-5 和NtHSP90-9 的表達(dá)受干旱脅迫的誘導(dǎo)而上調(diào)。

HSP70 具有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊、生物膜之間多肽的移動(dòng)和降解錯(cuò)誤折疊蛋白的功能，但HSP70蛋白不能單獨(dú)作用，還需要與調(diào)節(jié)蛋白Dna J 和Grp E 共同作用［81］。李軍旗［82］對(duì)煙草NtDnaJ1 基因在干旱脅迫下的功能的分析發(fā)現(xiàn)，NtDnaJ1 基因主要在葉和花中表達(dá)，且受干旱脅迫的誘導(dǎo)，過(guò)表達(dá)NtDnaJ1 基因的煙草植株抗旱性增強(qiáng)。

3.3.4 脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白

脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白（LTPs）是分子量小的分泌蛋白，因其具有親和性，又稱為非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白［83］。根據(jù)分子量大小LTPs 通?？煞譃? 類，LTP1、LTP2 和LTP3［84］。Xu 等［85］對(duì) 過(guò) 表 達(dá) 煙 草NtLTP4 基因的煙草的研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)植株活性氧清除酶的表達(dá)水平與活性提高，可通過(guò)降低蒸騰速率而增強(qiáng)煙草對(duì)干旱脅迫的耐受性。

4 展望

干旱脅迫是非生物脅迫中的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，而煙草作為重要的模式植物和經(jīng)濟(jì)作物，一直以來(lái)都是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著研究者們對(duì)煙草抗干旱脅迫方面的研究不斷擴(kuò)展和深入，目前，已對(duì)幾類重要的轉(zhuǎn)錄因子家族、植物生長(zhǎng)激素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和功能蛋白等方面的基因進(jìn)行研究，并取得很大進(jìn)展，但是仍存在一些問(wèn)題：①在煙草抗旱相關(guān)基因的研究中，重心大多集中在其他植物抗旱基因在煙草中的應(yīng)用，煙草自身與抗旱相關(guān)的基因還有待進(jìn)一步發(fā)掘與深入研究。②基因工程已經(jīng)成為植物抗旱性研究的重要手段，但是大多數(shù)研究?jī)H涉及將外源基因?qū)霟煵莶⑦M(jìn)行功能驗(yàn)證，只有少數(shù)研究涉及基因敲除技術(shù)，尚未有研究涉及抗旱脅迫突變體等方面。③目前研究大多停留在轉(zhuǎn)基因植株的生理指標(biāo)測(cè)定，而對(duì)植物響應(yīng)干旱脅迫的機(jī)制尚不明確，尤其是對(duì)外源基因轉(zhuǎn)入煙草后的作用機(jī)制尚不清楚。④抗旱相關(guān)基因仍有待發(fā)掘，缺乏系統(tǒng)的資源數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行歸納整合。⑤大多研究是在模擬干旱條件下進(jìn)行，如何使研究成果更加高效且有效地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

針對(duì)上述的問(wèn)題，在未來(lái)的研究中可利用免疫共沉淀、酵母雙雜交和DNA 分子標(biāo)記等分子技術(shù)，揭示煙草抗旱相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑；全面綜合分析煙草對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制，建立科學(xué)、有效的煙草抗旱基因數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)價(jià)體系；運(yùn)用分子育種彌補(bǔ)傳統(tǒng)育種的欠缺，提高育種水平；將實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)與田間試驗(yàn)相結(jié)合，尋找可有效服務(wù)于田間種植的抗旱方法。此外，還可運(yùn)用基因芯片、基因沉默和酵母雙雜交等分子生物學(xué)技術(shù)深入研究并發(fā)掘出更多新的抗旱基因。