植物激素脱落酸受体的研究进展

植物学通报 2006, 23 (6): 718￣724收稿日期: 2006-02-17; 接受日期: 2006-06-28基金项目: 国家自然科学基金(No.30370765)

* Author for correspondence. E-mail: cpyao@

．专题介绍．

植物激素脱落酸受体的研究进展

姚春鹏＊，李娜

河南大学生命科学学院, 河南省植物逆境生物学重点实验室, 开封 475001

摘要 脱落酸(abscisic acid, ABA)广泛参与植物生长发育的调控和对多种环境胁迫的适应性反应。有关ABA 受体的研究已经在检测受体位置、纯化ABA 特异性的结合蛋白和克隆ABA 受体基因方面做出了许多重要的工作。最近相继发现一种RNA 结合蛋白FCA 和一种编码Mg 离子螯合酶（Mg-chelatase ）H 亚基的CHLH 作为两种不同的ABA 受体分别调控植物的开花时间和介导种子萌发、幼苗生长及叶片的气孔运动。本文从实验策略的角度重点分析总结了研究脱落酸受体相对有效的途径与方法, 同时就有关的研究结果给予了评论和展望。

关键词 脱落酸, 感受位点, 结合蛋白, 受体, 基因

Research Advances on Abscisic Acid Receptor

Chunpeng Yao *, Na Li

College of Life Sciences , Henan University , Henan Key Laboratory of Plant Stress Biology , Kaifeng 475001, China

Abstract Abscisic acid (ABA) regulates various physiological processes of plant growth and development,besides mediating adaptive responses to diverse environmental stresses. Great effort has been made in detecting ABA perception sites, identifying the specifically binding-protein(s) and cloning the receptor gene(s). An RNA-binding protein, FCA and a Mg-chelatase H subunit, CHLH, had been recently identified as two ABA receptors in controlling plant flowering time and regulating seed germination seedling growth and stomatal movement, respectively. This article summarizes the practical approaches employed in exploring putative ABA receptor(s) and discusses the prospects for future investigations.Key words abscisic acid, perception site, binding-protein, receptor, gene

作为一种植物激素, 脱落酸(abscisic acid,ABA)调控植物生长发育的许多方面, 如调节植物的胚胎发育、种子休眠与萌发、气孔关闭、开花时间和果实成熟等生理过程以及植物对干旱、盐碱、低温、高温、紫外辐射和病原侵袭等多种胁迫的适应性反应。ABA 信号转导和作用机制的研究一直是植物逆境生物学的重要课题, 现已鉴定出许多重要的ABA 信号转导元件, 包括蛋白激酶、磷酸酶、离子

通道和Ca 2+ 等(Giraudat et al., 1994; Leung and Giraudat, 1998; Rock, 2000; Finkelstein et al., 2002;吴耀荣和谢旗, 2006)。对于ABA 的感受机制,在最近终于有了突破性的进展, 继Razem 等(2006)报道一种RNA 结合蛋白FCA 作为ABA 受体调控植物开花的时间之后，不久前Shen 等(2006)又宣布一种编码Mg 离子螯合酶(Mg-chelatase)H 亚基的CHLH 作为另一种ABA 受体介导种子萌发、幼苗生长和叶片

719 2006姚春鹏等: 植物激素脱落酸受体的研究进展

气孔的运动。

为了进一步总结ABA受体研究的进展, 本文主要讨论ABA受体研究过程中不同的研究思路和结果, 重点介绍ABA作用位点的检测、ABA特异性结合蛋白的鉴定和潜在受体基因的克隆, 并分析将来研究工作的发展趋势。

１ 检测ＡＢＡ感受／作用位点

通常认为ABA作为一种激素信号首先在细胞的某个位点被感知, 和受体特异结合后启动后续的生理生化反应。由于ABA是一种含15个碳的倍半萜羧酸(pKa=4.8), 在较酸性的pH条件下表现为亲脂性的分子(ABAH)而容易透过质膜进入胞质溶胶中; 在较高的pH条件下表现为亲水性离子态(ABA-)则难以进入胞质而留在质外体。基于这种特性, 以鸭趾草保卫细胞作为模式系统, 在特定pH条件下分别采用胞外施用和胞内显微注射外源ABA的方法, 对比观察ABA引起的气孔开度的变化, 分别得出了ABA 感受位点位于细胞质膜外和细胞质内两种不同的实验结论(Anderson et al., 1994; Allan et al., 1994; Schwartz et al., 1994), 并且都有其他相关实验提供有力支持。Gilroy和Jones(1994)在大麦糊粉层细胞原生质体外施ABA可明显拮抗赤霉素对α-淀粉酶合成与分泌的诱导, 而用显微注射法使胞内ABA浓度升高到250 µmol.L－1却没能产生拮抗效应, 这与Anderson等(1994)的实验设计类似, 结果明显证明了ABA感受位点位于质膜外侧; Schwartz等(1994)与Gosti等(2000)利用膜片钳技术检测分析了ABA对内向K+通道和Ca2+电流的影响, 则对胞质内存在ABA感受位点提供了电生理学证据(Gilroy and Jones, 1994; Schwartz et al., 1994; Gosti et al., 2000)。

鉴于在植物体内ABA既存在多种抑制效应又有多种促进效应, 人们猜测可能同时存在两类感受位点。后来研究发现 86Rb+从保卫细胞的流出既受到胞内ABA又受到胞外ABA的诱导, 进一步证实胞内外均存在ABA的受体位点(MacRobbie, 1995)。

Yamazaki等(2003)采用生物素标记的ABA 和荧光标记的生物素抗体处理蚕豆保卫细胞原生质体, 通过激光扫描显微镜和流式细胞仪非常直观地揭示出ABA感受位点在质膜上的空间分布, 丰富了人们对质膜上ABA受体的认识, 也为揭示胞质内ABA受体的动态分布提供了新思路。

２ 鉴定ＡＢＡ特异性结合蛋白

传统上人们认为ABA受体是蛋白质, 受体蛋白为配基ABA特异性结合蛋白。通常膜上的受体为难溶的整合蛋白, 胞质内受体则为可溶性蛋白。从目前的研究来看, ABA受体应该包含膜上受体和胞质内受体两类, ABA受体蛋白的分离和鉴定也同样存在蛋白相对含量非常低、膜上整合蛋白不易溶解以及难以保持受体本来的敏感性等制约因素。

放射配基结合分析法作为研究配基与受体相互作用的传统核心技术, 在早期研究ABA特异性结合蛋白上得到了很广泛的应用。利用同位素标记的ABA(3H-(±)-ABA)先后于蚕豆叶片亚细胞组分(Hocking et al., 1978)、蚕豆保卫细胞原生质体膜(Hornberg and Weiler, 1984)、水稻幼叶(陈瑞等, 1992)、玉米糊粉层胞质组分(Bai et al., 1994)、玉米根微粒体组分(陈珈等, 1997)和苹果果肉(Zhang et al., 2001)中发现了ABA特异性的结合蛋白。

除Veliev(1991)利用放射免疫法在小麦茎胞质部分发现了与ABA高亲和结合的蛋白质外,亲和层析技术也发展出一系列探针用于检测和纯化ABA结合蛋白, 并在拟南芥微粒体膜(Pedron et al., 1998)、蚕豆叶片(Zhang et al., 2002)和大麦糊粉层(Razem et al., 2004)检测到了ABA高亲和蛋白。

尽管已经在7种植物中发现了10个ABA 特异的结合蛋白或蛋白性结合位点, 但对这些结