植物蛋白磷酸酶2C結(jié)構(gòu)和功能的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

陳耘蕊，毛志君，李兆偉，范凱

（福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)學(xué)院，作物遺傳育種與綜合利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350002）

蛋白質(zhì)可逆磷酸化是生物體內(nèi)一種普遍的調(diào)節(jié)方式，主要通過蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化完成蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化過程，其中，蛋白激酶可以催化蛋白質(zhì)磷酸化過程，而蛋白磷酸酶可以催化已經(jīng)磷酸化的蛋白質(zhì)去磷酸化[1]。在生命活動過程中，蛋白磷酸酶和蛋白激酶主要通過蛋白質(zhì)可逆磷酸化調(diào)控蛋白質(zhì)的活性與功能，最終激活或抑制相應(yīng)酶的活性，進(jìn)而直接或間接影響諸如細(xì)胞周期、激素響應(yīng)以及代謝調(diào)控等幾乎所有的生命活動過程[2]。

根據(jù)底物特異性，蛋白磷酸酶可以分為3 大類：絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶（serine/threonine protein phosphatases, STPs）、酪氨酸蛋白磷酸酶（tyrosine protein phosphatases, PTPs）和雙重特異性蛋白磷酸酶（dual-specificity protein phosphatases,DSPTPs）[3]（圖1）。根據(jù)分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)分析，又可將STPs 分為2 個主要家族：磷蛋白磷酸酶（phosphoprotein phosphatase, PPP），包 括PP1、PP2A、PP2B、PP3 和其他遠(yuǎn)緣相關(guān)的磷酸酶（PP4、PP5、PP6 和PP7 等）；磷蛋白金屬磷酸酶（metaldependent protein phosphatase, PPM），主要包括由Mg2＋或Mn2＋依賴性的蛋白磷酸酶2C（protein phosphatase 2C,PP2C）。根據(jù)底物的特異性和對特定抑制劑的敏感性差異，PPP 可進(jìn)一步分為1 型蛋白磷酸酶（PP1）和2 型蛋白磷酸酶（PP2）[3]。其中：PP1的主要功能為特異性催化磷酸化激酶β亞基的去磷酸化過程，并且會受到抑制劑Ⅰ-1（熱穩(wěn)定蛋白）和抑制劑Ⅰ-2（酸穩(wěn)定蛋白）的抑制；PP2 的主要功能為特異性催化磷酸化激酶α 亞基的去磷酸化過程，并且不會受到抑制劑Ⅰ-1 和Ⅰ-2 的抑制。根據(jù)底物的專一性、對抑制劑的敏感性和是否需要二價陽離子，PP2又可分為PP2A、PP2B和PP2C這3類[4]，其中，PP2A 在無二價陽離子存在的情況下具有活性，PP2B 的活性依賴于Ca2＋的存在，PP2C 的活性依賴于Mg2＋或Mn2＋的存在[2]。

圖1 蛋白磷酸酶分類Fig.1 Classification of protein phosphatases

目前，在很多植物中發(fā)現(xiàn)了蛋白激酶，如玉米[5]、擬南芥[6]、豌豆[7]、小麥[8]和水稻[9]等，并且這些蛋白激酶的磷酸化過程已經(jīng)被證實(shí)參與到許多信號調(diào)節(jié)活動中，包括光、高鹽、激素、干旱、營養(yǎng)匱乏、低溫分子應(yīng)答以及生物脅迫等[10-11]，一些植物的新陳代謝和酶的調(diào)節(jié)，也存在可逆磷酸化過程。根據(jù)其磷酸化底物蛋白的氨基酸殘基種類，可將它們分為5類：絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶、組氨酸/賴氨酸/精氨酸蛋白激酶、半胱氨酸蛋白激酶、天冬氨?；?谷氨?；鞍准っ竅12]。

之前的大部分研究主要集中在蛋白激酶及其調(diào)控作用方面，而蛋白磷酸酶僅被看作是簡單持家基因編碼的酶。隨著對蛋白磷酸酶的了解逐漸深入，發(fā)現(xiàn)這類酶在涉及磷酸化作用的細(xì)胞通路精確調(diào)控方面起著巨大的作用。

1 植物中蛋白磷酸酶2C 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和亞細(xì)胞定位

1.1 植物中蛋白磷酸酶2C 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

PP2C 和PPP 的蛋白質(zhì)折疊方式相似但具有不同的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)，PP2C成員需要額外的金屬離子才能在體外具有活性[2]，其活性有無與Mg2＋和Mn2＋是否存在相關(guān)，失去Mg2＋和Mn2＋會導(dǎo)致PP2C成員喪失活性[13]。例如，螯合劑乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA）可以導(dǎo)致PP2C 酶喪失活性。另外，PP2C 是一種多功能單體蛋白酶，對PPl和PP2A等PPP的抑制劑酒石酸和環(huán)孢霉素不敏感[2]。與PPP 不同的是，PP2C 家族缺乏類似于PPP 能夠結(jié)合其他蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)亞基，而是具有能夠與催化磷酸酶結(jié)構(gòu)域連接的特殊結(jié)構(gòu)，這賦予了PP2C家族獨(dú)特的功能和調(diào)控機(jī)制[14-15]。

PP2C 成員在進(jìn)化早期以獨(dú)特的蛋白磷酸酶形式出現(xiàn)，并在古細(xì)菌、細(xì)菌、真菌、植物和動物中都有發(fā)現(xiàn)[16-18]。在真核生物中，所有的PP2C成員在結(jié)構(gòu)上有一個共同特征，即包含11個保守基序的活性催化結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域位置位于N 端或C 端[19]。在擬南芥中，大量的PP2C成員（占比為58%）在C端含有該保守結(jié)構(gòu)域，N端具有功能各異的延伸區(qū)，但一些擬南芥PP2C 成員，特別是來自于F 亞家族的成員，其結(jié)構(gòu)域主要位于N 末端。N 端延伸區(qū)是植物PP2C家族所特有的特征，這些不同長度的延伸區(qū)對于PP2C家族的功能存在一定的影響[20]。例如，在擬南芥PP2C 家族中，激酶相關(guān)蛋白磷酸酶（kinaseassociated protein phosphatase,KAPP）的N端帶有與蛋白激酶直接作用的結(jié)構(gòu)域[19]。對靶蛋白的磷酸化也有重要作用并與底物結(jié)合相關(guān)的同源區(qū)域——DNA 結(jié)合蛋白磷酸酶（DNA binding protein phosphatase,DBP）是一個獨(dú)特的蛋白磷酸酶2C 家族，具有特殊的結(jié)合DNA的能力[21]，在擬南芥PP2C成員中DBP1 的N 端具有轉(zhuǎn)錄因子的序列特征，能與防御相關(guān)基因的啟動子區(qū)域結(jié)合[22]。

植物STPs 的種類和功能均具有多樣性。PP2C 作為STPs 中特殊的成員，由于其缺乏與其他蛋白質(zhì)直接結(jié)合的調(diào)控亞基，因而可能需要種類繁多的N 端結(jié)構(gòu)域來識別特異性底物和激活蛋白質(zhì)活性。植物PP2C蛋白中存在一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域和基序[23]，結(jié)構(gòu)多樣性可能是其功能多樣性的重要原因之一。例如，已鑒定出與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）相互作用的基序——激酶相互作用基序（kinase interaction motif,KIM）[24]。類似于動物的MAPK（MAPKK）或MAPK 磷酸酶已在許多植物的PP2C 成員中被發(fā)現(xiàn)，如大多數(shù)擬南芥B 亞家族PP2C 成員AP2C1、AP2C2、AP2C4和AP2C3/AtPP2C5[19,25-26]。值得注意的是，在大多數(shù)生物的PTPs 中都發(fā)現(xiàn)了KIM 的存在，但在植物中PP2C與KIM的進(jìn)化是同步進(jìn)行的，因此，KIM 對于調(diào)節(jié)植物中MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的PP2C功能活性至關(guān)重要。

1.2 植物中蛋白磷酸酶2C 的亞細(xì)胞定位

PP2C 家族的亞細(xì)胞定位主要位于細(xì)胞核上。例如，擬南芥PP2C 成員RDO5[27]、DBP1[21]以及水稻PP2C成員OsSIPP2C1[28]都定位于細(xì)胞核上，相似的結(jié)果還出現(xiàn)在其他PP2C成員中[29-30]。

此外，一些PP2C 成員也定位于除細(xì)胞核外的其他區(qū)域，例如，番茄中PP2C 成員SlPP2C1 定位于細(xì)胞質(zhì)中[31]，擬南芥PP2C成員SAG113定位于細(xì)胞質(zhì)中的高爾基體上[32]。另一些PP2C 成員能夠同時在不同區(qū)域表達(dá)，例如，水稻中PP2C 成員OsPP108除主要在細(xì)胞核中表達(dá)外，部分也在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，其在不同區(qū)域的表達(dá)都起著關(guān)鍵的作用[33]。

脫落酸（abscisic acid,ABA）信號成分主要包括抗副球菌素蛋白/類抗副球菌素蛋白/ABA調(diào)控復(fù)合物（pyrabatin resistance/like-pyrabatin resistance/regulatory components of ABA receptors, PYR/PYL/RCAR）受體、PP2C和絲氨酸/蘇氨酸激酶，其復(fù)合物在細(xì)胞核中調(diào)節(jié)ABA 介導(dǎo)的相關(guān)基因表達(dá)[34]，但PP2C 在植物的不同部位以及不同生長發(fā)育期均能檢測到表達(dá)。由此可見，PP2C 在ABA 信號調(diào)控中具有多條調(diào)控途徑。

2 植物中蛋白磷酸酶2C 的生物學(xué)功能

PP2C 是植物中最大的PP 家族[35]，目前已在多種植物中鑒定出PP2C成員，包括擬南芥[36]、棉花[37]、番茄[31]、楊樹[38]、小麥[39]、油菜[40]和水稻[41]等。根據(jù)PP2C 成員的序列相似性以及進(jìn)化關(guān)系，可將PP2C成員分為不同的亞家族，每個亞家族包含不同比例的PP2C 成員[20]。不同亞家族在功能上也各自具有不同的特點(diǎn)。例如，A亞家族中的PP2C成員能響應(yīng)ABA的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[42]，是植物中ABA響應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子[43]。PP2C家族在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、響應(yīng)生物和非生物脅迫、激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面都具有重要作用[19]。

2.1 在植物生長發(fā)育中的作用

PP2C 家族在植物生長發(fā)育過程中的調(diào)控作用主要包括種子休眠萌發(fā)[44]、根系生長[45]、細(xì)胞擴(kuò)增[46]、干細(xì)胞分化[47-48]和器官發(fā)育[49]等方面。

1）細(xì)胞擴(kuò)增和分化。高等植物生長進(jìn)程中器官形成主要來源于胚胎發(fā)生過程中形成的莖尖分生組織。植物干細(xì)胞位于分生組織的頂端，對于維持分生組織的功能、調(diào)節(jié)干細(xì)胞的增殖以及將細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛐纬善鞴僭倪^程至關(guān)重要。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多個PP2C家族基因?qū)τ谥参锓稚M織中的干細(xì)胞增殖存在直接或者間接的調(diào)控作用。例如，由POL（poltergeist）基因編碼的PP2C成員能調(diào)控擬南芥分生組織中干細(xì)胞的增殖和分化。受體激酶CLAVATA1（CLV1）可以調(diào)節(jié)擬南芥芽和花分生組織中的干細(xì)胞積累[50]，其clv突變體中芽和花分生組織上的干細(xì)胞過度積累，而pol clv雙突變體中莖和花分生組織上的干細(xì)胞積累減少，但是pol 單突變體表現(xiàn)出較pol clv雙突變體更多的干細(xì)胞積累表型，表明POL 對CLV1 具有正向調(diào)控作用[45]。另外，PP2C的一個重要成員KAPP在CLV1信號調(diào)控中起負(fù)調(diào)控作用，可直接與包括CLV1 在內(nèi)的許多受體激酶相互作用[51]。SONG 等[50]在擬南芥中分離出與POL 結(jié)構(gòu)相似的5 個PP2C 成員并命名為POL-like genes1-POL-like genes5（PLL1-PLL5）。其中，POL和PLL1 在調(diào)節(jié)花梗和胚胎發(fā)育方面具有相似功能，而PLL4和PLL5主要調(diào)節(jié)葉片發(fā)育。

2）植物種子的休眠與萌發(fā)。植物種子的休眠與萌發(fā)是植物從生殖生長轉(zhuǎn)變?yōu)闋I養(yǎng)生長的重要節(jié)點(diǎn)，許多PP2C成員在此過程中發(fā)揮著重要作用。一些PP2C成員僅與種子休眠有關(guān)，例如，XIANG等[27]發(fā)現(xiàn)，PP2C 成員RDO5（REDUCED DORMANCY5）是種子休眠特異性基因，可在不影響植物其他性狀的情況下調(diào)節(jié)種子休眠。更多的PP2C成員在影響種子休眠或萌發(fā)的情況下，也會影響植物的其他性狀，例如，擬南芥PP2C 家族B 亞家族成員PP2C5 可正向調(diào)節(jié)種子萌發(fā)以及氣孔關(guān)閉過程[26]，而在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的另一個B亞家族成員AP2C1也被證實(shí)與種子的萌發(fā)和氣孔關(guān)閉過程相關(guān)[30]。植物激素ABA能夠調(diào)控種子休眠與萌發(fā)，PP2C蛋白主要通過ABA信號途徑調(diào)控種子的萌發(fā)與休眠過程。擬南芥中ABA響應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子AHG1（ABA HYPERSENSITIVE GERMINATION 1）[52]，能與休眠特異性基因DOG1（DELAY OF GERMINATION 1）[53]相互作用，DOG1可調(diào)控AHG1 的PP2C 酶活性，說明AHG1-DOG1復(fù)合物可能是ABA調(diào)控途徑中的重要部分[51]。

3）器官發(fā)育和果實(shí)成熟。器官發(fā)育對植物十分關(guān)鍵，直接決定了植株產(chǎn)量與品質(zhì)。PP2C成員在許多不同植物的器官發(fā)育以及果實(shí)成熟過程中均具有重要作用。例如：野生大豆ZYD7 的等位基因PP2C-1 有助于種子質(zhì)量的增加[54]；擬南芥PP2C 家族E 亞家族基因AtPP2CF1 能誘導(dǎo)根尖和年輕的發(fā)育葉片的基部區(qū)域細(xì)胞快速分裂，加速花序莖生長，增加生物產(chǎn)量[55]；擬南芥PP2C成員AP2C3在氣孔發(fā)育過程中顯著表達(dá)，AP2C3的異位表達(dá)植株能刺激細(xì)胞增殖和促進(jìn)氣孔發(fā)育[25]。PP2C 成員在促進(jìn)植物果實(shí)成熟過程中起著重要作用。擬南芥中，ABA極不敏感基因ABI1和ABI2都屬于PP2C家族，二者通過ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對植物逆境脅迫、細(xì)胞分化和生長都存在負(fù)調(diào)控作用[56-58]。JIA 等[59]在草莓中分離了擬南芥ABI1 的同源基因FaABI1，并發(fā)現(xiàn)在草莓果實(shí)發(fā)育過程中其mRNA 表達(dá)量迅速下降，通過在草莓中基因沉默和過表達(dá)FaABI1基因來改變與ABA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和成熟相關(guān)的基因如ABI3、SnRK2、ABRE1、PG1 和PL1 等的表達(dá)水平，進(jìn)而可調(diào)控草莓果實(shí)的成熟進(jìn)程。在番茄中被鑒定出的屬于PP2C家族A亞家族基因SlPP2C1[31]，可在幼果的果皮、維管束、種子和果肉中表達(dá)，通過干擾SlPP2C1 的表達(dá)可以加速果實(shí)成熟，表明SlPP2C1可能與果實(shí)的發(fā)育和成熟有關(guān)。

2.2 在激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用

PP2C 成員在激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有非常重要的作用，主要包括脫落酸（ABA）[60]、茉莉酸（jasmonic acid, MeJA）[26]和 水 楊 酸（salicylic acid, SA）[61]等途徑。

1）脫落酸途徑。目前的研究主要集中在脫落酸途徑的調(diào)控機(jī)制方面。植物激素脫落酸在生物脅迫響應(yīng)[62-63]、非生物脅迫響應(yīng)[31,33,43,64]和發(fā)育過程[65-66]中具有重要的作用。ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)[42]，PP2C 家族是ABA 信號網(wǎng)絡(luò)中一個關(guān)鍵的家族[67]。有研究表明，PYR/PYL/RCAR 的ABA受體[68]以ABA依賴性方式調(diào)節(jié)PP2C家族中A亞家族成員。參與ABA信號調(diào)控的PP2C成員通過脫磷酸作用與ABA 激活的SNF1 相關(guān)蛋白激酶2（SNF1-related protein kinase 2, SnRK2）相互作用并使其失活，而其在ABA 存在的情況下可通過PYR1抑制失活作用[42,69]。NISHIMURA 等[68]在擬南芥中發(fā)現(xiàn)，與ABI1 相互作用的蛋白質(zhì)中有9 種PYR/PYL/RCAR 蛋白，用ABA 處理5 min 可促使ABI1-PYR1 相互作用，同時，pyr1/pyl1/pyl2/pyl4 四突變植株對ABA 誘導(dǎo)的氣孔開閉具有很強(qiáng)的不敏感性。這些發(fā)現(xiàn)均表明，ABI1 可以與擬南芥中的多個PYR/PYL/RCAR成員相互作用。大量研究證明，在不同的植物中PP2C成員在ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中均具有作用，例如：胡楊PP2C 家族基因PeHAB1 可在外源ABA誘導(dǎo)下表達(dá)[70]，而在擬南芥中通過異位表達(dá)PeHAB1 獲得的轉(zhuǎn)基因株系對外源ABA 的敏感性降低；毛果楊PP2C 家族A 亞家族基因PtrHAB 可調(diào)節(jié)ABA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[38]；歐洲山毛櫸中PP2C 成員FsPP2C2 只在ABA 處理的組織中尤其是在種子中表達(dá)，在ABA和鈣離子（Ca2＋）共同作用下轉(zhuǎn)錄水平明顯升高，而鈣螯合劑（EGTA或TMB-8）的加入降低了其表達(dá)水平[71]。

2）茉莉酸與水楊酸途徑。茉莉酸、水楊酸和脫落酸都是植物的內(nèi)源激素，也都具備調(diào)節(jié)植物生理活動的作用。水楊酸在各種逆境脅迫下都發(fā)揮著重要作用，包括影響植物細(xì)胞的膜透性、調(diào)節(jié)植物滲透物質(zhì)含量、提高各種防御酶的活性以及增加光合色素含量等[72]。PP2C 家族也可以調(diào)控水楊酸（SA）和茉莉酸（MeJA）的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。脫落酸和水楊酸之間的相互作用影響植物對各種脅迫的響應(yīng)[61,73]。MANOHAR 等[61]發(fā)現(xiàn)，在ABA 存在的情況下PP2C 成員PP2C-D4、ABI1 和ABI2 與SA 類似物3AESA 的結(jié)合增強(qiáng)，表明PP2C-D4、ABI1 和ABI2與ABA和SA以協(xié)作的方式結(jié)合。茉莉酸在調(diào)節(jié)植物的開花時間、花器官發(fā)育、花發(fā)育進(jìn)程以及防御反應(yīng)中均具有重要作用。PP2C 蛋白在MeJA 信號調(diào)控途徑中具有顯著作用，例如SCHWEIGHOFER等[26]研究發(fā)現(xiàn)，PP2C 成員AP2C1 與植物免疫相關(guān)，ap2c1 突變體植株在受傷時會產(chǎn)生大量的茉莉酸酯，增強(qiáng)了對植食性螨蟲的抵抗力，同時，過表達(dá)AP2C1 的植株傷口處MAPK 的活性降低。該研究結(jié)果證明，AP2C1在調(diào)節(jié)擬南芥的MeJA激素水平、防御反應(yīng)和MAPK活性方面起著關(guān)鍵作用。

2.3 在逆境脅迫下的作用

植物經(jīng)常受到各種外來生物和非生物因素的影響，對植物本身的生理生長過程造成不利影響，此時植物生長則處于脅迫或逆境狀態(tài)。對植物產(chǎn)生重要影響的逆境主要包括干旱、低溫、高溫、土地鹽堿等非生物逆境以及病蟲雜草等生物逆境。非生物逆境之間通常是相互聯(lián)系的，如大多干旱脅迫通常伴隨著土地鹽堿和高溫逆境，可以引起植物體內(nèi)活性氧的積累并引發(fā)植物器官提前衰老[74-75]。植物對逆境的抵抗也存在共同的機(jī)制，如植株在低溫馴化過程中產(chǎn)生的低溫抗性，通常也能增強(qiáng)植物的抗旱能力[76]。

1）生物脅迫。PP2C 成員對生物脅迫如細(xì)菌侵染[77]等都存在明顯的調(diào)控作用。在水稻中篩選出的與受體激酶XA21 結(jié)合的PP2C 蛋白XB15，其xb15基因突變體表現(xiàn)出嚴(yán)重的細(xì)胞死亡表型，誘導(dǎo)了致病相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)了XA21介導(dǎo)的植株抗性，表明xb15對XA21介導(dǎo)的非特異性免疫應(yīng)答具有負(fù)調(diào)控作用[78]。HU 等[79]從水稻中克隆出PP2C 成員OsBIPP2C2a，其在轉(zhuǎn)基因煙草中過表達(dá)導(dǎo)致植株對煙草花葉病毒的抗病性增強(qiáng)，表明OsBIPP2C2a 可能通過激活防御反應(yīng)在抗病性中發(fā)揮重要作用。

2）非生物脅迫。PP2C 成員對諸如創(chuàng)傷[26]、干旱[80]、鹽脅迫[81]和低溫脅迫[82]等非生物脅迫也存在明顯的調(diào)控作用。水稻中OsSIPP2C1 是參與非生物脅迫和早期穗發(fā)育的PP2C蛋白[28]，可以響應(yīng)鹽脅迫和干旱脅迫，OsSIPP2C1 主要受ABL1 負(fù)調(diào)控而參與ABA調(diào)節(jié)。此外，OsSIPP2C1主要在穗中進(jìn)行大量表達(dá)，且隨著水稻穗的發(fā)育其表達(dá)逐漸增加。在穗發(fā)育的早期，OsSIPP2C1 積累并可能負(fù)調(diào)控ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，而在穗發(fā)育的后期，OsSIPP2C1的表達(dá)降低以確保ABA 在促進(jìn)穗成熟中起作用。另外，OsSIPP2C1 可能在MADS 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控下參與穗的早期發(fā)育。

目前，已發(fā)現(xiàn)大量PP2C 成員參與非生物脅迫過程。在玉米中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)PP2C家族A亞家族成員ZmPP2C-A 的表達(dá)受到多種脅迫（如干旱、鹽和ABA）的強(qiáng)烈誘導(dǎo)，并在這些脅迫下大量表達(dá)，從而減少水分損失，降低脯氨酸積累量，提高植株的存活率[43]。小麥PP2C成員PP2C-a10與TaDOG1L1和TaDOG1L4 相互作用使小麥種子在萌發(fā)階段對ABA的敏感性降低和對干旱脅迫的耐受性降低[83]。與野生煙草相比，在低溫脅迫下ZmPP2C2異位表達(dá)植株的發(fā)芽率和抗氧化酶活性都更高，而電解質(zhì)滲漏率和丙二醛含量則更低[84]。在擬南芥中發(fā)現(xiàn)，ABA 突變株abi2-3 在鹽脅迫下AtPP2CG1 表達(dá)水平明顯低于野生型植株，同時，AtPP2CG1的過表達(dá)增強(qiáng)了植株的耐鹽性，表明AtPP2CG1以ABA依賴的方式調(diào)控鹽脅迫[85]。從小麥中分離鑒定的PP2C成員TaPP2C1 在ABA 和NaCl 處理下均被下調(diào)表達(dá)，而在煙草中TaPP2C1 過表達(dá)植株的抗鹽性增加，活性氧積累減少，抗氧化系統(tǒng)被改善，ABA非依賴途徑基因表達(dá)上調(diào)[86]。這些結(jié)果表明，TaPP2C1與ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和植物耐鹽性有關(guān)。

由此可見，PP2C成員廣泛參與植物對逆境脅迫的響應(yīng)調(diào)控，且涉及的物種眾多，參與的反應(yīng)過程復(fù)雜多樣。PP2C 成員通過對逆境脅迫響應(yīng)可間接調(diào)控植物的生長發(fā)育過程，對種子的休眠萌發(fā)、器官發(fā)育、果實(shí)成熟等都具有調(diào)控作用。

3 小結(jié)與展望

PP2C家族在真核生物中普遍存在，由于植物中存在大量復(fù)制事件，所以高等植物比其他真核生物存在更多的PP2C成員[3,87]。在植物中，PP2C成員能直接與激酶、調(diào)節(jié)蛋白等結(jié)合來調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)[66]，進(jìn)而調(diào)控植物的生長發(fā)育、逆境脅迫等生命活動過程[20]。植物的產(chǎn)量和品質(zhì)受到基因的調(diào)控，通過改變植物生長發(fā)育相關(guān)基因，調(diào)控植物的生育期，能夠在一定程度上達(dá)到增加植物產(chǎn)量、改善植物品質(zhì)的作用。已經(jīng)報道的PP2C成員中有部分與植物的休眠萌發(fā)、細(xì)胞分化、器官發(fā)育和果實(shí)成熟等生長發(fā)育調(diào)控過程相關(guān)，這些研究結(jié)果為提高植物產(chǎn)量和改良植物品質(zhì)提供了技術(shù)支撐和保障。另外，植物產(chǎn)量和品質(zhì)還與環(huán)境條件有關(guān)，其中各種生物和非生物脅迫均會導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。目前，已報道許多PP2C 成員在植物對各種生物和非生物脅迫的應(yīng)答中起重要作用，能夠增強(qiáng)植物對各種逆境脅迫的抗性。這些研究為獲得更多具有抗逆性的植物品種，提高植物存活率和改善品質(zhì)，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)體系的穩(wěn)定發(fā)展具有重要的作用和意義，但對于這些PP2C 蛋白在植物生長發(fā)育和逆境調(diào)控過程中的調(diào)控途徑以及具體的作用底物、作用機(jī)制的研究仍然不足，值得更加深入探索和研究。

PP2C所涉及的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多樣，幾乎涉及植物生命活動的所有過程，目前研究發(fā)現(xiàn)PP2C 成員為脫落酸信號通路的核心組成部分。脫落酸是一種常見的植物激素，在許多生理過程中起著至關(guān)重要的作用，例如調(diào)節(jié)種子胚的發(fā)育、調(diào)節(jié)氣孔開閉、影響植物分化以及對非生物脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)等[88]。探究調(diào)節(jié)ABA 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控因子對于研究ABA 及其相關(guān)成分在植物生理過程中的功能具有重要價值。目前，已在植物中發(fā)現(xiàn)ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的3 種核心部分，即ABA 受體PYR/PYL/RCAR 蛋白、負(fù)調(diào)控因子PP2C 和正調(diào)控因子SnRK2[89]，它們共同組成了一個雙重負(fù)調(diào)控系統(tǒng)PYR/PYL/RCAR-PP2C-SnRK2來調(diào)控ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其下游反應(yīng)[90]。越來越多的學(xué)者開始探究PP2C 的受體和作用底物[91-92]并研究其作用機(jī)制[93]。例如TAKEUCHI 等[69]根據(jù)ABA 的PYL-PP2C 受體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)制，設(shè)計(jì)了PYL-PP2C 相互作用的拮抗劑。尋找PP2C作用抑制劑或阻斷受體，對于調(diào)控PP2C 相關(guān)的調(diào)控途徑進(jìn)而調(diào)控植物的生長發(fā)育和生理過程具有重要意義。此外，近年有研究發(fā)現(xiàn)，DOG1 和AHG1 可能構(gòu)成了與PYR/PYL/RCARPP2C-SnRK2平行的ABA調(diào)控途徑，其中DOG1可通過結(jié)合血紅素進(jìn)一步起作用，而DOG1-AHG1復(fù)合物可以調(diào)節(jié)下游基因，包括SnRK2s 和ABI5[52]，其他更多的細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步的研究。對于PP2C成員在其他植物激素轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中以及在其他生命活動中的作用機(jī)制值得進(jìn)行更加深入的研究。

綜上所述，PP2C蛋白酶在植物中具有多種表達(dá)模式和亞細(xì)胞定位，可廣泛作用于植物發(fā)育的各個階段和各個部位，以及應(yīng)對各種生物和非生物脅迫。目前，仍然有大量的植物PP2C 成員未被發(fā)掘研究，也有眾多問題值得去探討。例如：PP2C 在ABA 調(diào)控中的作用網(wǎng)絡(luò)如何構(gòu)建；除PP2C 家族A亞家族外，其他亞家族還具有哪些共同作用。而隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，各項(xiàng)生物技術(shù)越來越完善，為探究PP2C 成員的高級結(jié)構(gòu)、功能多樣性、作用底物以及調(diào)控機(jī)制等各方面的研究提供了技術(shù)支持，可為解決一系列農(nóng)業(yè)相關(guān)問題提供可行方案。