植物抗冻蛋白及其基因工程研究

河北农业科学,2008,12(2):14-16

Journal of Hebei Agricultural Sciences

责任编辑　李布青

植物抗冻蛋白及其基因工程研究

任　敏,毛雪飞　

(新乡学院应用生物系,河南新乡　453000)

摘要:抗冻蛋白(AFP )是一种适应低温的特异蛋白质,它能阻止体液内冰核的形成与生长,维持体液的非冰冻状态。了解其特征和抗冻生理机制对农作物抗冻品种选育有重要意义。以动物方面的研究资料及近年发表的有关植物AFP 的文献为基础,进行分析归纳,籍以阐明植物AFP 的生化特性、作用机制、基因工程研究进展等,并展望了植物AFP 的应用前景。关键词:植物;抗冻蛋白;基因工程

中图分类号:Q78 文献标识码:A 文章编号:100821631(2008)022*******

Stud i es i n Plan t An tifreeze Prote i n s and The i r Geneti c Eng i n eer i ng REN M in,MAO Xue 2fei

(App lied B i ol ogy Depart ment of Xinxiang College,Xinxiang 453000,China )

Abstract:Antifreeze p rotein is one kind of s pecial p rotein adap ted t o low temperature 1A t first,it was found fr om the sea fish in polar regions 1It could p revent ice nucleati on from for m ing and gro wing within fluid 1It als o could keep body fluids maintaining non 2fr ozen state 1In recent years,the discovery p rocess,basic characteristics,and p r ogress of genetic engi 2neering of p lant antifreeze p r otein were analyzed according to the related documents 1The app lication p ros pect of antifreeze p rotein was summarized 1

Key words:Plant;Antifreeze p rotein;Genetic engineering

收稿日期:2007211214

作者简介:任　敏(1962-),女,河南新乡人,副教授,主要从事

生物技术专业教学与研究。

冻害对大多数的细胞是有害的,有时甚至是致死性的,它可以使细胞内环境脱水、结晶,从而造成细胞物理性损害或死亡。在农业生产中,低温冻害是一种严重的自然灾害,查明植物抗寒性的生理机制及其遗传因素,不仅在基础理论研究上有重要意义,在解决生产实际问题上也有广泛的应用价值。

一个世纪以来,植物冻害机理的研究受到世界各国学者的重视。在植物冻害的成因,植物在抗寒锻炼过程中的代谢途径,细胞结构(膜磷脂含量、膜脂脂肪酸不饱和度、细胞骨架的冷稳定性等)的变化,以及已经对农业生产产生良好的经济效益的水稻育秧抗寒剂的研制等诸多方面都取得了很大进展。许多研究表明,植物要抵抗冰冻的危害,需要具备2个最基本的要素:一是避免细胞内结冰;二是细胞膜结构及核酸蛋白质等生命物质的低温稳定性。大量研究表明,细胞外结冰和细胞液的过冷却是植物避免细胞内结冰伤害的最主要和最普遍的2种适应机制。抗冻蛋白(antifreeze p r otein,AFP )是一种适应低温的特异蛋白质,它能阻止体液内冰核的形成与生长,维持体液的非冰冻状态。Guy 推测植物体内可能存在能够阻止冰核形成的物质,即AFP,这种可以改变水结冰性质的物质在植物中的含量随季节温度起伏而消长。AFP 最先是从动物中获得的,近年来,在植物中也发现了AFP 。了解AFP 的特征和抗冻生理机制对

农作物抗冻品种选育有重要意义。以动物方面的研究资料及近年发表的有关植物AFP 的文献为基础,进行分析归纳,籍以阐明植物抗冻蛋白的生化特性、作用机制等,并对植物抗冻蛋白的应用前景进行了展望。

1　抗冻蛋白的发现

111　动物抗冻蛋白的发现

AFP 是一些生活在极地、高山以及深水域等寒冷环

境的生物抵御冰冻的一种有效方式。AFP 最早由Dever 2

ies 于1969年在南极Mcmurdo 海峡的一种Not o 2theneniid

海鱼血液淋巴中发现的,后来各个实验室又陆续将抗冻蛋白的研究扩展到昆虫,以及其他的无脊椎动物和脊椎动物,现在抗冻蛋白在鱼类(尤其是深海鱼类)方面的研究已较成熟。目前,在鱼类的研究中,将鱼类的抗冻蛋白分为6类:抗冻糖蛋白(AFGPs )

(最早被提取

的抗冻蛋白),I 型抗冻蛋白(APF I ),II 型抗冻蛋白

(APF II ),III 型抗冻蛋白(APF III ),I V 型抗冻蛋白

(APF I V )和Hyperactive 2AFP 。112　植物抗冻蛋白的发现

自20世纪60年代抗冻蛋白在鱼类、昆虫中被陆续发现后,研究对象陆续扩大到细菌、真菌、无脊椎动物和脊椎动物,而植物抗冻蛋白的研究则较晚,曾经用于研究的植物材料多达30余种,但是真正被分离纯化获得AFP 的不多,直到1992年,加拿大Griffith 等

[1]

第

1次明确提出获得了植物内源AFPs,他们从经过低温锻

炼的可以忍受胞外结冰的冬黑麦(Secale cereale )叶片