植物MYB 轉(zhuǎn)錄因子的功能研究進(jìn)展

胡 月 王志富 曹心如

（公安縣公共檢驗(yàn)檢測(cè)中心，湖北公安 434300）

轉(zhuǎn)錄因子是指一類(lèi)能以序列特異性方法結(jié)合DNA 序列并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄功能的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄因子一般由若干相對(duì)獨(dú)立的功能域構(gòu)成，包括DNA結(jié)合功能域、轉(zhuǎn)錄調(diào)控域、信號(hào)分子結(jié)合域以及核定位信號(hào)域等。按照DNA結(jié)合功能域的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄因子主要分為B3 蛋白、MYB 蛋白、bHLH、bZIP 等幾個(gè)不同家族[1]。MYB 轉(zhuǎn)錄因子功能復(fù)雜多樣，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育極其重要。近期的研究證實(shí)，MYB轉(zhuǎn)錄因子既可通過(guò)控制各個(gè)細(xì)胞分裂時(shí)期來(lái)完成對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)，也可通過(guò)調(diào)節(jié)植物次生代謝相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控合成花青素、類(lèi)黃酮等次生代謝產(chǎn)物，在非生物、生物脅迫響應(yīng)中也有關(guān)鍵作用[2]。本文對(duì)MYB轉(zhuǎn)錄因子的功能研究進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單歸納。

1 MYB轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控黃酮化合物合成

黃酮化合物的合成、修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)、聚合等一系列生物學(xué)活動(dòng)都受到轉(zhuǎn)錄因子的嚴(yán)格調(diào)控[3]。有很多轉(zhuǎn)錄因子參與了調(diào)控黃酮化合物代謝結(jié)構(gòu)的基因表達(dá)，如WIP zinc-finger、MADS、WRKY、bZIP、DELI?LA、MYB、bHLH 和WD40 等，且它們之間也存在著相互調(diào)節(jié)功能，并形成了一個(gè)巨大的調(diào)控體系[4]。MYB轉(zhuǎn)錄因子廣泛地參與了植物化合物合成、內(nèi)源激素代謝及植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境脅迫等重要生理生化過(guò)程[5]，主要包括1R（R1/2，R3-MYB），2R（R2R3-MYB），3R（R1R2R3-MYB）、4R（R1/R2-like repeats）四大類(lèi)。自植物中第一個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子ZmC1被克隆以來(lái)，大量調(diào)控黃酮化合物合成的MYB基因在擬南芥、葡萄、蘋(píng)果、矮牽牛等植物中被克隆并驗(yàn)證功能?；ㄇ嗨嘏c植物的花、種皮顏色等有關(guān)，在植物中鑒定了大量調(diào)控花青素合成的MYB基因：擬南芥的PAP1 和PAP2 調(diào)控營(yíng)養(yǎng)組織中花青素的積聚，葡萄中決定種皮顏色的等位基因VvMYBV1 和VvMY?BV2，還有控制矮牽?；ㄉ腁N2，決定蘋(píng)果果皮顏色的MdMYB1、MdMYB10、MdMYBA 等。AtTT2 是第一個(gè)被公開(kāi)報(bào)道的調(diào)控原花青素的MYB基因，在擬南芥中特異性調(diào)控種皮原花青素的合成，之后葡萄中先后報(bào)道了VvMYB5a、VvMYB5b、VvMYBPA1、VvMYBPA2，另外也報(bào)道過(guò)在柿樹(shù)中有類(lèi)似功能的MYB 基因，如DkMYB4、DkMYB2 等[6-7]。除正調(diào)控因子之外，黃酮類(lèi)化合物的合成還受一大類(lèi)抑制子MYB 調(diào)控。如擬南芥中的AtMYBL2 和AtCPC 等基因抑制花青素的合成，但在葡萄中VvMYBC2-L1、L2、L3 等一系列MYB 基因抑制原花青素的合成，還有一部分轉(zhuǎn)錄因子則能同時(shí)抑制花青素和原花青素的合成，如草莓中FaMYB1、楊樹(shù)中PtMYB182、三葉草中TrMYB133/134[8-9]。

2 MBW復(fù)合體調(diào)控花青素、原花青素合成

MYB 轉(zhuǎn)錄因子常與bHLH 和WD40 轉(zhuǎn)錄因子互作形成MBW 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，調(diào)控花青素、原花青素合成。MBW復(fù)合體調(diào)控合成花青素、原花青素在擬南芥、矮牽牛、草莓等很多植物中都得到了證實(shí)，可見(jiàn)這種調(diào)控方式具有普遍性[10]。如擬南芥中調(diào)控合成花青素的PAP1-TT8/GL3-TTG1復(fù)合體，調(diào)控合成原花青素的TT2-TT8-TTG1 復(fù)合體，矮牽牛中調(diào)控花色的PhAN1-PhAN2/PhAN4-PhAN11 復(fù)合體，草莓中調(diào)控原花青素的FaMYB9/FaMYB11-FabHLH3-FaTTG1 復(fù)合體等[11-14]，這些MBW 復(fù)合體都對(duì)花青素或原花青素合成起著正向調(diào)控作用。

大量試驗(yàn)證據(jù)表明，有些抑制子也參與MBW復(fù)合體的形成，對(duì)花青素或原花青素的時(shí)空分布起負(fù)調(diào)控作用。負(fù)調(diào)控黃酮化合物合成的MYB 轉(zhuǎn)錄抑制子主要包括R2R3-MYB 轉(zhuǎn)錄因子和R3 單重復(fù)轉(zhuǎn)錄因子。如擬南芥花青素抑制子AtCPC、AtMY?BL2[15]、矮牽?；ㄉ种谱覯YBx[16]、蒺藜苜蓿葉片和種皮色素抑制子MYB2 等[17]，這些轉(zhuǎn)錄因子共同參與MBW復(fù)合體的形成，反饋調(diào)控花青素或原花青素合成。這些功能上相互拮抗的MYB 激活子和抑制子在MBW 復(fù)合體形成過(guò)程中的相互作用以及各自時(shí)空表達(dá)模式的差異可能決定了花青素、原花青素特異性的分布。而對(duì)于這些復(fù)雜轉(zhuǎn)錄因子互作決定產(chǎn)物特異性分布的調(diào)控機(jī)理的研究已經(jīng)成為植物代謝組學(xué)的研究熱點(diǎn)。

3 MYB轉(zhuǎn)錄因子與植物表皮細(xì)胞發(fā)育

科學(xué)研究表明，種皮（seed coat）、葉表皮毛（tri?chome）、根毛（root hair）等組織均由表皮細(xì)胞發(fā)育而來(lái)，MBW復(fù)合體參與了調(diào)節(jié)表皮細(xì)胞發(fā)育分化成為種皮、葉表皮毛或根毛的過(guò)程[18]。植物表皮毛對(duì)植物自身具有多種作用，在非生物脅迫作用下，它可以減少植物水分的散失以及熱量的過(guò)多積聚或損耗，可提高植物對(duì)低溫的耐受性，還可以在一定程度上減少紫外線輻射和機(jī)械傷害。在生物脅迫作用下，它可以通過(guò)機(jī)械阻礙或者分泌物質(zhì)避免病蟲(chóng)害[19]。有些植物的表皮毛帶有腺體（tomato、tea），可分泌多種次生代謝產(chǎn)物，包括生物堿、酚類(lèi)、甾醇或有毒物質(zhì)來(lái)防御生物和非生物脅迫以及進(jìn)行信號(hào)傳遞。植物的根毛也屬于表皮毛的一種，在發(fā)育分化上與表皮毛具有相似的分子機(jī)制。表皮毛主要包括兩大類(lèi)：一是單細(xì)胞表皮毛，如擬南芥、茶樹(shù)的表皮毛；二是由多個(gè)細(xì)胞組成的多細(xì)胞表皮毛，如煙草、番茄、黃瓜的表皮毛。擬南芥表皮毛發(fā)育機(jī)制研究的已經(jīng)比較清楚和深入。越來(lái)越多的人接受促進(jìn)-抑制的單細(xì)胞調(diào)控模型：MYB-bHLH-WD40 結(jié)合形成MBW 復(fù)合體，之后該復(fù)合體能激活下游GL2、TTG2基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)該細(xì)胞分化為表皮毛；同時(shí)，一些MYB 抑制子也在該細(xì)胞中表達(dá)，如CPC、ETC 等，這些抑制因子被轉(zhuǎn)運(yùn)到臨近細(xì)胞，然后與GL1 等MYB激活子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合GL3/EGL3等bHLH蛋白，形成沒(méi)有活性的MBW 復(fù)合體，從而降低了有活性的MBW 復(fù)合體含量，不能激活GL2、TTG2 基因表達(dá)，導(dǎo)致臨近細(xì)胞不能分化為表皮毛[20-21]。而多細(xì)胞表皮毛發(fā)育機(jī)制比較復(fù)雜，尚未得到全部解析。

植物黃酮類(lèi)化合物合成和表皮細(xì)胞的發(fā)育分化都受到MBW復(fù)合體的調(diào)控，大量的試驗(yàn)證據(jù)表明二者之間存在著密切關(guān)系[22]。擬南芥TT1 和TT16 都是調(diào)控胚細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)而分化出種皮的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，都同時(shí)影響和調(diào)節(jié)種皮中原花青素的合成。擬南芥WD40蛋白AtTTG1不僅參與花青素、原花青素合成調(diào)控，也是葉表皮毛發(fā)育所必需的。AtCPC1是表皮毛發(fā)育的抑制子，與GL1等蛋白競(jìng)爭(zhēng)形成MBW復(fù)合體，抑制表皮毛的生成；它也能與AtPAP1 等蛋白競(jìng)爭(zhēng)形成MBW復(fù)合體，抑制花青素的合成。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析近年的研究，筆者已經(jīng)對(duì)MYB轉(zhuǎn)錄因子的功能有了更多的了解，但是對(duì)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)理了解還不深入徹底；一個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子、幾個(gè)MYB 轉(zhuǎn)錄因子相互作用、MYB 與其他轉(zhuǎn)錄因子怎樣協(xié)同作用，從而調(diào)控復(fù)雜的植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程還需要進(jìn)一步深入研究[23]。可利用現(xiàn)代生物手段，結(jié)合植物基因組的表型進(jìn)行分析，未來(lái)在植物MYB轉(zhuǎn)錄因子方面必然會(huì)取得一些新的進(jìn)展。