袁明等:2010年中国植物科学若干领域重要研究进展243 叶绿素含量下降,膜的完整性丧失。脱水与复水过程的互作模块( modules)( He et al.,2010a)。 的定量蛋白质组分析结果显示,在脱水过程中,80% 的差异表达蛋白水平被显著下调。通过系统比较生理 22基因组及转录组学分析 学与蛋白质组学研究结果,表明细胞结构修饰、光合全基因组关联研究( genome-wide association study 作用下调、抗氧化系统上调以及转录或翻译后修饰过GWAS是一种利用自然样本在历史上长期积累的重 程是该植物响应脱水反应所必需的( Nang et al.,组来寻找基因变异与表型之间关系的遗传学方法。在 2010t)。东北林业大学阎秀峰研究组比较了甜土植物水稻基因的克隆和功能研究方面,目前采取的主要方 ( glycophytes)拟南芥和盐生植物( halophytes)星星草法是利用人工杂交的重组群体进行图位克隆。中国科 (π hellungiella halophila)在盐胁迫条件下叶片蛋白质学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所韩斌 组的差异,发现在盐胁迫条件下拟南芥比星星草蛋白研究组与中国水稻研究所合作,在水稻重要农艺性状 质组有更多蛋白质的表达水平发生变化 Pang et al.,的全基因组关联分析方面取得重要进展。研究人员选 2010b)。中国科学院成都生物研究所李春阳研究组比取栽培稻2大亚种(粳稻和籼稻)的517份地方品种作 较了雌雄性杨树(Pαpuus)对干旱响应的差异,结果为实验材料,这些地方品种分布广泛,其原产地涵盖 表明,干旱导致杨树光合系统受伤害,叶绿体、线粒了我国主要的水稻种植区,具有高度的遗传多样性。 体和膜系统遭到破坏,从而抑制植株生长,但与雌性通过测定517个水稻地方品种的全基因组序列,构建 植株相比,雄性植株具有较强的耐干旱能力;比较蛋出一张髙密度的水稻单倍体型基因图谱,鉴定了约 白质组学分析还揭示,在干旱胁迫条件下一些涉及光360万个单核苷酸多态性(inge- nucleotide polymor 合作用、氧化还原稳态以及胁迫响应的相关蛋白表达 phism,SNP)位点。进一步利用含373个籼稻品种的群 水平的变化具有性别差异。这些结果为深入分析雌雄体对14个农艺性状进行了全基因组连锁分析,这些 性植物耐干旱能力的差异提供了蛋白质组学基础性状包括水稻株型(分蘖数、叶片角度)、产量(粒宽 ( Zhang et al.,2010h)。孢子萌发是植物病原真菌侵染粒长、粒重、穗数)、籽粒品质(糊化温度、淀粉含量) 寄主的第一步,pH值作为一个重要的环境参数对孢子着色(尖端颜色、种皮颜色、稃壳颜色)和生理特征(抽 萌发产生关键的影响。中国科学院植物研究所田世平穗期、耐寒性、种子开裂度)等不同方面。通过连锁 研究组发现在酸性和碱性胁迫下,青霉( Penicillium分析鉴定的位点可解释约36%的表型变异,其中有6 expansum)孢子的吸胀、萌发和芽管伸长均被明显抑个位点的峰值信号与之前鉴定的农艺性状基因紧密 制。蛋白质组学分析发现多个与蛋白质合成或折叠相连锁( Huang et al!,2010b)。这项研究表明,利用第二 关蛋白的表达量被下调。同时,pH胁迫下青霉孢子胞代高通量基因组测序结合全基因组关联分析可以进 内蛋白含量下降,而胞内凝集蛋白的水平增加。这些行水稻品种高精细度的多性状遗传作图。同时,对水 结果表明影响蛋白质的合成与折叠可能是环境pH影稻地方品种的直接重测序也在当前水稻的LD衰变情 响青霉孢子萌发的主要原因( Li et al,2010b)。 况下提供了丰富的多态性序列和全基因组关联分析 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态的高关联密度。这种低覆盖率、大样本的高通量测序 研究所李来耕研究组采用免疫共沉淀和蛋白质组学分析方法及分析结果,为水稻遗传学研究和育种工作 等分析手段研究了杨树纤维素合酶复合物(CSCs)的提供了重要的基础数据,同时为水稻及其它更多物种 特性以及它与木质部分化的关系。结果表明,在杨树的研究开辟了新途径。 木质部膜蛋白组分中至少存在2类CSC,它们均存在 香港中文大学、华大基因研究院、农业部和中国 于次生壁的合成中,是由不同的纤维素合成酶蛋白组农业科学院等单位合作,大范围分析了大豆全基因组 装的。此外,一些非纤维素合成酶蛋白也可能参与了遗传变异的模式。研究人员运用新一代测序技术对17 cScs的组装( Song et al,2010)。中国农业大学张子株野生大豆和14株栽培大豆进行了全基因组重测序 丁研究组通过梳理公共数据库中的拟南芥蛋白质互比较了野生大豆与栽培大豆的遗传变异模式,发现野 作数据,并通过将蛋白质互作数据与拟南芥基因组水生大豆具有更高水平的遗传多样性。此外,研究人员 平的互作组相整合,构建了涉及营养生长与生殖发育还报道了大豆基因组中的基因连锁不平衡位点及其
袁明等: 2010 年中国植物科学若干领域重要研究进展 243 叶绿素含量下降, 膜的完整性丧失。脱水与复水过程 的定量蛋白质组分析结果显示, 在脱水过程中, 80% 的差异表达蛋白水平被显著下调。通过系统比较生理 学与蛋白质组学研究结果, 表明细胞结构修饰、光合 作用下调、抗氧化系统上调以及转录或翻译后修饰过 程是该植物响应脱水反应所必需的(Wang et al., 2010t)。东北林业大学阎秀峰研究组比较了甜土植物 (glycophytes)拟南芥和盐生植物(halophytes)星星草 (Thellungiella halophila)在盐胁迫条件下叶片蛋白质 组的差异, 发现在盐胁迫条件下拟南芥比星星草蛋白 质组有更多蛋白质的表达水平发生变化(Pang et al., 2010b)。中国科学院成都生物研究所李春阳研究组比 较了雌雄性杨树(Populus)对干旱响应的差异, 结果 表明, 干旱导致杨树光合系统受伤害, 叶绿体、线粒 体和膜系统遭到破坏, 从而抑制植株生长, 但与雌性 植株相比, 雄性植株具有较强的耐干旱能力; 比较蛋 白质组学分析还揭示, 在干旱胁迫条件下一些涉及光 合作用、氧化还原稳态以及胁迫响应的相关蛋白表达 水平的变化具有性别差异。这些结果为深入分析雌雄 性植物耐干旱能力的差异提供了蛋白质组学基础 (Zhang et al., 2010h)。孢子萌发是植物病原真菌侵染 寄主的第一步, pH值作为一个重要的环境参数对孢子 萌发产生关键的影响。中国科学院植物研究所田世平 研究组发现在酸性和碱性胁迫下, 青霉(Penicillium expansum)孢子的吸胀、萌发和芽管伸长均被明显抑 制。蛋白质组学分析发现多个与蛋白质合成或折叠相 关蛋白的表达量被下调。同时, pH胁迫下青霉孢子胞 内蛋白含量下降, 而胞内凝集蛋白的水平增加。这些 结果表明影响蛋白质的合成与折叠可能是环境pH影 响青霉孢子萌发的主要原因(Li et al., 2010b)。 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态 研究所李来耕研究组采用免疫共沉淀和蛋白质组学 等分析手段研究了杨树纤维素合酶复合物(CSCs)的 特性以及它与木质部分化的关系。结果表明, 在杨树 木质部膜蛋白组分中至少存在2类CSC, 它们均存在 于次生壁的合成中, 是由不同的纤维素合成酶蛋白组 装的。此外, 一些非纤维素合成酶蛋白也可能参与了 CSCs的组装(Song et al., 2010)。中国农业大学张子 丁研究组通过梳理公共数据库中的拟南芥蛋白质互 作数据, 并通过将蛋白质互作数据与拟南芥基因组水 平的互作组相整合, 构建了涉及营养生长与生殖发育 的互作模块(modules)(He et al., 2010a)。 2.2 基因组及转录组学分析 全基因组关联研究(genome-wide association study, GWAS)是一种利用自然样本在历史上长期积累的重 组来寻找基因变异与表型之间关系的遗传学方法。在 水稻基因的克隆和功能研究方面, 目前采取的主要方 法是利用人工杂交的重组群体进行图位克隆。中国科 学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所韩斌 研究组与中国水稻研究所合作, 在水稻重要农艺性状 的全基因组关联分析方面取得重要进展。研究人员选 取栽培稻2大亚种(粳稻和籼稻)的517份地方品种作 为实验材料, 这些地方品种分布广泛, 其原产地涵盖 了我国主要的水稻种植区, 具有高度的遗传多样性。 通过测定517个水稻地方品种的全基因组序列, 构建 出一张高密度的水稻单倍体型基因图谱, 鉴定了约 360万个单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)位点。进一步利用含373个籼稻品种的群 体对14个农艺性状进行了全基因组连锁分析, 这些 性状包括水稻株型(分蘖数、叶片角度)、产量(粒宽、 粒长、粒重、穗数)、籽粒品质(糊化温度、淀粉含量)、 着色(尖端颜色、种皮颜色、稃壳颜色)和生理特征(抽 穗期、耐寒性、种子开裂度)等不同方面。通过连锁 分析鉴定的位点可解释约36%的表型变异, 其中有6 个位点的峰值信号与之前鉴定的农艺性状基因紧密 连锁(Huang et al., 2010b)。这项研究表明, 利用第二 代高通量基因组测序结合全基因组关联分析可以进 行水稻品种高精细度的多性状遗传作图。同时, 对水 稻地方品种的直接重测序也在当前水稻的LD衰变情 况下提供了丰富的多态性序列和全基因组关联分析 的高关联密度。这种低覆盖率、大样本的高通量测序 分析方法及分析结果, 为水稻遗传学研究和育种工作 提供了重要的基础数据, 同时为水稻及其它更多物种 的研究开辟了新途径。 香港中文大学、华大基因研究院、农业部和中国 农业科学院等单位合作, 大范围分析了大豆全基因组 遗传变异的模式。研究人员运用新一代测序技术对17 株野生大豆和14株栽培大豆进行了全基因组重测序, 比较了野生大豆与栽培大豆的遗传变异模式, 发现野 生大豆具有更高水平的遗传多样性。此外, 研究人员 还报道了大豆基因组中的基因连锁不平衡位点及其
244植物学报46(3)2011 分布,鉴定了20多万个标签SNPs,这些工作将有利个基因),并且鉴定出有6228个基因在5端和或3端 于大豆数量性状位点分析及相关研究( Lam et al,延伸了至少50bp。比较转录组分析认为有3464个基 2010)。该项研究第一次为大豆基因组学研究提供了因表现出不同的转录模式。非同一替换和同一替换的 全面的重测序数据,为未来的大豆群体遗传学研究、SNP比例接近于1:1.06( Lu et al!,2010a)。该研究通 分子标记育种和新基因的发现奠定了坚实的基础。 过审视和比对水稻2个亚种的转录组,以最大分辨率 玉米具有非常显著的杂交优势,利用该优势是提揭示了水稻整体上的转录情况,为水稻的系统发育和 高其产量的主要手段之一。中国农业大学玉米中心、遗传进化研究、重要农艺性状调控基因的克隆和分子 华大基因研究院、美国爱荷华大学和明尼苏达大学等调控机理研究奠定了分子基础,提供了新技术和新方 单位合作对6个中国重要玉米杂交组合骨干亲本进行法 了全基因组重测序,利用SOAP软件v218比对获得 双亲杂交中转录组(转录谱)和表观基因组的行为 的126亿个75bp的双末端片段与玉米的参考基因组直是研究者的根本兴趣所在。北京大学生命科学学 序列,发现了100多万个单核苷酸多态性(SNPs位点院邓兴旺研究组研究了2个水稻亚种日本晴和9311及 和3万多个插入缺失多态性( indel polymorphisms,其正反杂交种的表观基因组(甲基化以及3种组蛋白 DPs)位点,建立了高密度的分子标记基因图谱。同时修饰)高密度综合图、mRNA以及小RNA的转录图谱。 研究还发现了101个低序列多态性区段,在这些区段结果表明,表观遗传修饰的差异与杂交组合及亲本转 中含有大量在选择过程中与玉米性状改良有关的候录水平的改变有着紧密的联系。通过对单核苷酸多态 选基因。此外,通过将玉米自交系Mo17及其它自交系性序列数据的分析,观察到正反杂交种中表观遗传修 的基因序列与玉米自交系B73的基因序列进行比对,饰或基因表达模式的等位基因偏好性与其在不同亲 研究人员对玉米自交系中基因丢失与获得的多态性本之间的差异有着高度的相关性。不同大小种类的小 进行了研究,发现在不同的自交系中存在不同数量的RNA丰度在2个亲本间具有明显的差异,并且在正反 基因丢失与获得性变异。利用 SOAPdenovo软件对在杂交种中受到负调控的小RNA比受正调控的要多(He 其它自交系中存在而在B73中缺失的序列进行组装,etal,2010b)。该研究系统分析了水稻杂种优势中的 研究人员发现了很多目前公布的B73参考基因组序列转录和表观遗传趋势,为水稻遗传研究提供了有益的 中丢失的基因,这种基因丢失与获得的多态性变化和资源。 其它无义突变的互补作用可能与杂种优势有关 Lai et 基因在适宜时间、组织和丰度上的程序性表达控 al,2010)。该研究不仅为高产杂交玉米育种骨干亲本制着植物的生长和发育。水稻作为禾本科基因组研究 的培育提供了重要的多态性标记,同时也补充了玉米的模式植物,最近几年其基因组研究得到了快速的发 基因数据集,将对玉米基因组学研究和应用起到巨大展,但是基因表达图谱的数据仍然不足以揭示转录组 的推动作用 与发育进程的相关性,因此基因组序列和表型之间还 然对水稻DNA微阵列的使用已经有了许多报存在着很大的差异。张启发研究组利用珍汕97和明恢 道,但是水稻转录组的功能复杂性还没有完全阐明。63为材料,对39个涉及整个生育周期的组织提取 新一代DNA测序技术(RNA测序)为转录组的测定和RNA并进行 Affymetrⅸx水稻基因组芯片分析,得到了 分析提供了新方法。韩斌研究组通过对世界上不同品全基因组范围内的表达数据。通过总体的转录组分析, 种粳稻和籼稻的高通量测序描绘了水稻全基因组的他们发现在跨越组织和发育阶段得到的基因表达动 转录轮廓图。他们共鉴定了15708个新的转录激活区态图谱中存在许多有趣的特征。他们共识别了38793 域,其中有51.7%的转录激活区域与公共蛋白数据没个表达中的探针位点,其中69%的转录子在组织或器 有同源性,大于63%的转录激活区域是推测的单个外官中表现出显著的变异表达水平;转录组在器官中的 显子转录,它们与编码蛋白的基因(<20%)明显不同 相似性与它们的发育相关性具有较好的对应性。大约 研究还发现大约有48%的水稻基因具有选择性的剪有52%的转录子在1个或2个水稻材料中表现出组织 切模式。以可利用的水稻基因模式为基础,高通量特异性表达,227%的转录子呈现组成型表达,其中 RNA测序确认了83.1%的现有水稻基因模式(46472有19个基因在全部组织中均高效而稳定地表达
244 植物学报 46(3) 2011 分布, 鉴定了20多万个标签SNPs, 这些工作将有利 于大豆数量性状位点分析及相关研究(Lam et al., 2010)。该项研究第一次为大豆基因组学研究提供了 全面的重测序数据, 为未来的大豆群体遗传学研究、 分子标记育种和新基因的发现奠定了坚实的基础。 玉米具有非常显著的杂交优势, 利用该优势是提 高其产量的主要手段之一。中国农业大学玉米中心、 华大基因研究院、美国爱荷华大学和明尼苏达大学等 单位合作对6个中国重要玉米杂交组合骨干亲本进行 了全基因组重测序, 利用SOAP软件v2.18比对获得 的12.6亿个75 bp的双末端片段与玉米的参考基因组 序列, 发现了100多万个单核苷酸多态性(SNPs)位点 和3万多个插入缺失多态性(indel polymorphisms, IDPs)位点, 建立了高密度的分子标记基因图谱。同时 研究还发现了101个低序列多态性区段, 在这些区段 中含有大量在选择过程中与玉米性状改良有关的候 选基因。此外, 通过将玉米自交系Mo17及其它自交系 的基因序列与玉米自交系B73的基因序列进行比对, 研究人员对玉米自交系中基因丢失与获得的多态性 进行了研究, 发现在不同的自交系中存在不同数量的 基因丢失与获得性变异。利用SOAPdenovo软件对在 其它自交系中存在而在B73中缺失的序列进行组装, 研究人员发现了很多目前公布的B73参考基因组序列 中丢失的基因, 这种基因丢失与获得的多态性变化和 其它无义突变的互补作用可能与杂种优势有关(Lai et al., 2010)。该研究不仅为高产杂交玉米育种骨干亲本 的培育提供了重要的多态性标记, 同时也补充了玉米 基因数据集, 将对玉米基因组学研究和应用起到巨大 的推动作用。 虽然对水稻DNA微阵列的使用已经有了许多报 道, 但是水稻转录组的功能复杂性还没有完全阐明。 新一代DNA测序技术(RNA测序)为转录组的测定和 分析提供了新方法。韩斌研究组通过对世界上不同品 种粳稻和籼稻的高通量测序描绘了水稻全基因组的 转录轮廓图。他们共鉴定了15 708个新的转录激活区 域, 其中有51.7%的转录激活区域与公共蛋白数据没 有同源性, 大于63%的转录激活区域是推测的单个外 显子转录, 它们与编码蛋白的基因(<20%)明显不同。 研究还发现大约有48%的水稻基因具有选择性的剪 切模式。以可利用的水稻基因模式为基础, 高通量 RNA测序确认了83.1%的现有水稻基因模式(46 472 个基因), 并且鉴定出有6 228个基因在5′端和/或3′端 延伸了至少50 bp。比较转录组分析认为有3 464个基 因表现出不同的转录模式。非同一替换和同一替换的 SNP比例接近于1:1.06(Lu et al., 2010a)。该研究通 过审视和比对水稻2个亚种的转录组, 以最大分辨率 揭示了水稻整体上的转录情况, 为水稻的系统发育和 遗传进化研究、重要农艺性状调控基因的克隆和分子 调控机理研究奠定了分子基础, 提供了新技术和新方 法。 双亲杂交中转录组(转录谱)和表观基因组的行为 一直是研究者的根本兴趣所在。北京大学生命科学学 院邓兴旺研究组研究了2个水稻亚种日本晴和9311及 其正反杂交种的表观基因组(甲基化以及3种组蛋白 修饰)高密度综合图、mRNA以及小RNA的转录图谱。 结果表明, 表观遗传修饰的差异与杂交组合及亲本转 录水平的改变有着紧密的联系。通过对单核苷酸多态 性序列数据的分析, 观察到正反杂交种中表观遗传修 饰或基因表达模式的等位基因偏好性与其在不同亲 本之间的差异有着高度的相关性。不同大小种类的小 RNA丰度在2个亲本间具有明显的差异, 并且在正反 杂交种中受到负调控的小RNA比受正调控的要多(He et al., 2010b)。该研究系统分析了水稻杂种优势中的 转录和表观遗传趋势, 为水稻遗传研究提供了有益的 资源。 基因在适宜时间、组织和丰度上的程序性表达控 制着植物的生长和发育。水稻作为禾本科基因组研究 的模式植物, 最近几年其基因组研究得到了快速的发 展, 但是基因表达图谱的数据仍然不足以揭示转录组 与发育进程的相关性, 因此基因组序列和表型之间还 存在着很大的差异。张启发研究组利用珍汕97和明恢 63为材料, 对39个涉及整个生育周期的组织提取 RNA并进行Affymetrix水稻基因组芯片分析, 得到了 全基因组范围内的表达数据。通过总体的转录组分析, 他们发现在跨越组织和发育阶段得到的基因表达动 态图谱中存在许多有趣的特征。他们共识别了38 793 个表达中的探针位点, 其中69%的转录子在组织或器 官中表现出显著的变异表达水平; 转录组在器官中的 相似性与它们的发育相关性具有较好的对应性。大约 有5.2%的转录子在1个或2个水稻材料中表现出组织 特异性表达, 22.7%的转录子呈现组成型表达, 其中 有19个基因在全部组织中均高效而稳定地表达
袁明等:2010年中国植物科学若干领域重要研究进展245 Wang et al,2010n)。相关研究结果为植物基因组研SG6蛋白相互作用的关键部位。将缺失了C末端的 究提供了一套通用的数据来源,利用这些信息可以将DG1蛋白在野生型拟南芥中过表达,结果出现了 转录组和发育进程联系起来,了解发育过程中的调控DG1蛋白的缺失表型。DG1和S/G6基因的双突变体 网络以及描绘单个基因的表达图谱和鉴定用于数量则出现了更为严重的黄化表型,并且PEP依赖型的叶 表达分析的参照基因 绿体基因的转录水平相对于单突变体而言也有大幅 基因的数量性状座位表达分析 eQTLs)能够揭示度下降。S/G6基因的过表达恢复了DG1单基因缺失 表达变异和调控因子之间的遗传关系,进而为调控网突变体子叶中叶绿素不足的表型,但在幼嫩叶片中却 络的识别提供信息。利用RNA-寡核苷酸表达微阵列没有体现出同样的作用。此外,在DG1单基因缺失突 杂交系统能同时提供有关分子标记和转录丰度的数变体中,SG6基因的过表达还促进了依赖于PEP的叶 据。张启发研究组利用 Affymetⅸx水稻基因组芯片对绿体基因转录本的积累( Chi et al,2010b)。这些结果 110个重组自交系发芽后72小时的水稻嫩芽进行了表明,DG1与S|G6的相互作用对于拟南芥子叶中 eQTLs分析,该重组自交系来源于明恢63与珍汕97PEP依赖型叶绿体基因的转录调节非常重要 的杂交。该研究组共鉴定了1632个寡聚核苷酸多态 光系统(PS是由20多种蛋白质构成的、在光合 性( single- feature polymorphisms,SFPS)和23个作用中具有重要作用的蛋白复合体。PS川的形成需要 PCR标记。它们被置于601个重组子箱中,跨越长度这些蛋白亚基按照一定的方式和顺序进行组装,但 为1459cM,可以作为重组自交系基因分型的标记。是,人们对于各亚基是如何组装成有功能的PS的分 他们同时获得了16372个表达性状(每个至少带有1子机制尚知之甚少。张立新研究组发现了一个叶绿体 个eQTL),共有26051个eQTL(包括cis-和 trans-蛋白LPA3,该蛋白对于拟南芥PSl复合体中CP43亚 eQTL)。另外,在水稻基因组中鉴定了171个eQTL热基的组装是必需的。LPA3与以前发现的 PSII CP43 点,每个热点都控制许多表达性状的转录变异。基因组装因子LPA2可以相互作用。与2种单突变体相比, 本体分析发现,在一些eQTL热点中富含某种功能类PA2和LPA3的双突变体更加不利于亚基的组装(cai 别的基因;一些与DNA代谢过程相关的表达性状的etal,2010)。该研究结果表明,LPA2和LPA3在协助 eQTL明显富集在染色体3、5和10上的几个eQTL热点CP43组装方面具有重叠的功能,而且LPA2和LPA3 中。几个与cs-eQTL共定位的表达性状表现出与上百的相互合作对于PS川组装是必需的。 个表达性状明显的相关性,表明可能存在共调控。研 光是光合作用的基本能量来源,但是过强的光照 究人员同时检测出芽干重QTL与eQTL的相关性,提往往会造成植物的光氧化损伤,进而降低光合效率 示这些QTL有可能是这个性状的候选基因 Wang et这种现象被称为光抑制。光氧化主要发生在光系统l al,2010h)。相关研究结果为在转录水平上确定和分其中,反应中心D1蛋白被认为是光氧化的原初位点 析整个水稻基因组的调控网络提供了线索。 但是后来人们发现,其它PS蛋白也会受到损伤并发 生降解。目前尚不清楚D1蛋白和其它PS蛋白的降解 3叶绿体发生和光形态建成 是否与一些之前尚未鉴定的蛋白酶有关。DegP是一 类具有分子伴侣和蛋白酶双重活性的蛋白,拟南芥中 31叶绿体发生 含有16个DegP类似的蛋白酶,其中有4个定位于叶 DG1( DELAYED GREENING1)是一种包含PPR结构绿体。张立新研究组发现,结合于类囊体膜基质侧外 的蛋白质,它参与拟南芥早期叶绿体的发育和基因表围的Deg7蛋白酶直接作用于PS,且参与光损伤的 达的调节。中国科学院植物研究所张立新研究组进一D1、D2、CP43和CP47蛋白的初步剪切,这一活性 步研究了DG1的作用方式。他们采用酵母双杂交筛选对于光系统的修复极为关键( Sun et al.,2010a)。叶 的方法鉴定到1个SG6蛋白,该蛋白隶属叶绿体的绿体DegP类似蛋白的蛋白酶活性已经得到证明,然 sigma因子家族,负责子叶中PEP依赖型(依赖质体编而它是否同时具有分子伴侣的功能尚不确定。张立新 码的RNA聚合酶)的叶绿体基因的转录。进一步分析研究组的另一项工作表明叶绿体Deg1也具有分子伴 表明,DG1蛋白的C末端和SG6蛋白的N末端是DG1-侣的功能,类似于大肠杆菌中的DegP。在Deg1含量
袁明等: 2010 年中国植物科学若干领域重要研究进展 245 (Wang et al., 2010n)。相关研究结果为植物基因组研 究提供了一套通用的数据来源, 利用这些信息可以将 转录组和发育进程联系起来, 了解发育过程中的调控 网络以及描绘单个基因的表达图谱和鉴定用于数量 表达分析的参照基因。 基因的数量性状座位表达分析(eQTLs)能够揭示 表达变异和调控因子之间的遗传关系, 进而为调控网 络的识别提供信息。利用RNA-寡核苷酸表达微阵列 杂交系统能同时提供有关分子标记和转录丰度的数 据。张启发研究组利用Affymetrix水稻基因组芯片对 110个重组自交系发芽后72小时的水稻嫩芽进行了 eQTLs分析, 该重组自交系来源于明恢63与珍汕97 的杂交。该研究组共鉴定了1 632个寡聚核苷酸多态 性 (single-feature polymorphisms, SFPs) 和 23 个 PCR标记。它们被置于601个重组子箱中, 跨越长度 为1 459 cM, 可以作为重组自交系基因分型的标记。 他们同时获得了16 372个表达性状(每个至少带有1 个 eQTL), 共 有 26 051 个 eQTL( 包 括 cis- 和 transeQTL)。另外, 在水稻基因组中鉴定了171个eQTL热 点, 每个热点都控制许多表达性状的转录变异。基因 本体分析发现, 在一些eQTL热点中富含某种功能类 别的基因; 一些与DNA代谢过程相关的表达性状的 eQTL明显富集在染色体3、5和10上的几个eQTL热点 中。几个与cis-eQTL共定位的表达性状表现出与上百 个表达性状明显的相关性, 表明可能存在共调控。研 究人员同时检测出芽干重QTL与eQTL的相关性, 提 示这些QTL有可能是这个性状的候选基因(Wang et al., 2010h)。相关研究结果为在转录水平上确定和分 析整个水稻基因组的调控网络提供了线索。 3 叶绿体发生和光形态建成 3.1 叶绿体发生 DG1(DELAYED GREENING 1)是一种包含PPR结构 的蛋白质, 它参与拟南芥早期叶绿体的发育和基因表 达的调节。中国科学院植物研究所张立新研究组进一 步研究了DG1的作用方式。他们采用酵母双杂交筛选 的方法鉴定到1个SIG6蛋白, 该蛋白隶属叶绿体的 sigma因子家族, 负责子叶中PEP依赖型(依赖质体编 码的RNA聚合酶)的叶绿体基因的转录。进一步分析 表明, DG1蛋白的C末端和SIG6蛋白的N末端是DG1- SIG6蛋白相互作用的关键部位。将缺失了C末端的 DG1蛋白在野生型拟南芥中过表达, 结果出现了 DG1蛋白的缺失表型。DG1和SIG6基因的双突变体 则出现了更为严重的黄化表型, 并且PEP依赖型的叶 绿体基因的转录水平相对于单突变体而言也有大幅 度下降。SIG6基因的过表达恢复了DG1单基因缺失 突变体子叶中叶绿素不足的表型, 但在幼嫩叶片中却 没有体现出同样的作用。此外, 在DG1单基因缺失突 变体中, SIG6基因的过表达还促进了依赖于PEP的叶 绿体基因转录本的积累(Chi et al., 2010b)。这些结果 表明, DG1与SIG6的相互作用对于拟南芥子叶中 PEP依赖型叶绿体基因的转录调节非常重要。 光系统II(PSII)是由20多种蛋白质构成的、在光合 作用中具有重要作用的蛋白复合体。PSII的形成需要 这些蛋白亚基按照一定的方式和顺序进行组装, 但 是, 人们对于各亚基是如何组装成有功能的PSII的分 子机制尚知之甚少。张立新研究组发现了一个叶绿体 蛋白LPA3, 该蛋白对于拟南芥PSII复合体中CP43亚 基的组装是必需的。LPA3与以前发现的PSII CP43 组装因子LPA2可以相互作用。与2种单突变体相比, LPA2和LPA3的双突变体更加不利于亚基的组装(Cai et al., 2010)。该研究结果表明, LPA2和LPA3在协助 CP43组装方面具有重叠的功能, 而且LPA2和LPA3 的相互合作对于PSII的组装是必需的。 光是光合作用的基本能量来源, 但是过强的光照 往往会造成植物的光氧化损伤, 进而降低光合效率, 这种现象被称为光抑制。光氧化主要发生在光系统II。 其中, 反应中心D1蛋白被认为是光氧化的原初位点。 但是后来人们发现, 其它PSII蛋白也会受到损伤并发 生降解。目前尚不清楚D1蛋白和其它PSII蛋白的降解 是否与一些之前尚未鉴定的蛋白酶有关。DegP是一 类具有分子伴侣和蛋白酶双重活性的蛋白, 拟南芥中 含有16个DegP类似的蛋白酶, 其中有4个定位于叶 绿体。张立新研究组发现, 结合于类囊体膜基质侧外 围的Deg7蛋白酶直接作用于PSII, 且参与光损伤的 D1、D2、CP43和CP47蛋白的初步剪切, 这一活性 对于光系统II的修复极为关键(Sun et al., 2010a)。叶 绿体DegP类似蛋白的蛋白酶活性已经得到证明, 然 而它是否同时具有分子伴侣的功能尚不确定。张立新 研究组的另一项工作表明叶绿体Deg1也具有分子伴 侣的功能, 类似于大肠杆菌中的DegP。在Deg1含量
246植物学报46(3)2011 下降的转基因拟南芥中可以积累正常水平的主要光将蛋白转运到线粒体和内质网的功能。但是,Hsp70 合蛋白复合体的不同亚基,但是光系统山的二聚体和是否与蛋白转运至叶绿体有关还不清楚。“中央研究 超复合体的水平却有所下降。体内蛋白脉冲标记实验院”(中国台湾)的Su和L(2010)利用2个拟南芥叶绿体 表明,在转基因植物中,光系统的二聚体和超复合基质蛋白 cpSc70s的敲除突变体( cpSc70-1和 体的组装受到损害,而叶绿体蛋白的合成速率并未受 cpSc70-2)研究了Hsp70是否与蛋白转运至叶绿体 影响。蛋白覆盖检测表明Deg1与光系统川的反应中心有关。结果表明, CpSc70是叶绿体易位子的成员,对 蛋白D2相互作用( (Sun et al,2010b)。这些结果表明驱动蛋白进入叶绿体基质非常重要。Toc12(toc:叶绿 Deg1可能通过与蛋白D2相互作用来协助光系统川复体外膜转运子)是从豌豆( Pisum sativum)叶绿体中鉴 合体的组装。 定到的一个新的包含J域的蛋白,其定位于叶绿体被 细菌蛋白YqeH是一个环形序列的 GTPase(一种膜的膜间隙,且与其中的Hsp70有关联。这表明 GTP水解酶),其植物同源蛋白由植物核基因编码。水Tσc12对叶绿体被膜蛋白的跨膜运输起着重要作用。 稻中的该同源蛋白 OsNOA/RF1由单拷贝基因OS-Toc12和拟南芥中的DnaJ-J8具有高度的序列相似性 02g01440编码。 OSNOA1RF1基因能在不同组织中而DnaJ-J8被认为是拟南芥叶绿体基质中存在的可溶 表达,并受光诱导。 OSNOA1RIF1-EYFP融合蛋白定性蛋白。因此,“中央研究院”(中国台湾)Chiu等 位于转基因拟南芥植株的叶绿体中。另外,水稻的该(2010)分离了豌豆中编码DnaJ-J8的基因,发现 同源基因可以恢复拟南芥r1突变体的大部分生长表Toc12是豌豆DηaJ-J8s家族某个基因截短的克隆。蛋 型。浙江省农业科学院陶跃之研究组的研究表明,水白输入分析实验表明,Toc12和DnaJ-J8s具有可切割 稻 OsNOA1/RF1的 变体植株表现黄化特征,的转运肽且定位于基质中。 色素含量和PS川活性均降低,叶绿体16 S TRNA丰度 下降。但是,叶绿体基因组编码基因rbc、aB、psaA32光形态建成 和ρsbA的表达均未受影响。同位素标记相对和绝对定光是影响植物生长和发育的重要环境因子。植物体内 量-液相-串联质谱分析表明,水稻突变体的蛋白质组包含不同种类的光受体,接收不同波谱的光,激活不 变化与预期的 OSNOA1/R|F1在叶绿体翻译过程中的同的信号转导通路,协调植物的生长和发育过程。光 功能相一致 Liu et al,2010。他们的研究结果表明,敏色素 A(phytochrome A,phyA)是拟南芥接收远红 水稻 OsNOS/RF1与拟南芥ANOA1RF1是同源蛋光和介导多种光反应的受体。 FHY1(far- red elonga 白,一个高度保守的植物 CGTPase对于叶绿体功能 ted hypocoty1)和它的同源蛋白FHL1(FHY1-ke)是 的发挥是必需的。 植物特有的2个小蛋白,是介导phyA的光控核积累以 叶绿素是光合色素的主要成分,在光能吸收、传及此后一系列下游信号转导的必需因子。FHY3和它 递和转换中起关键作用。在叶绿素生物合成途径中,的同源蛋白FAR1far- red impaired response1)是2 联乙烯还原酶(叶绿素合成的一个关键酶)将四吡咯上个转座酶驱动的转录因子,通过直接激活FHY/FHL 的8乙烯基还原为乙基。四川农业大学水稻研究所邓的转录来介导phyA的核积累以及下游信号转导。邓兴 晓建研究组以水稻的自然黄化突变体824ys为材料,旺研究组发现,光形态建成过程中重要的bZ|P转录 釆用图位克隆技术,成功克隆了单子叶植物水稻的联因子,HY5( elongated hypocotyl5)能够直接与FHY 乙烯还原酶基因。他们还通过酶学实验证实了一种新FHL启动子区上包含ACGT序列的顺式作用元件结 的联乙烯还原酶活性,即催化联乙烯叶绿素a转化为单合,且该结合位点位于FHY3/FAR1结合位点的不远 乙烯叶绿素a( Wang et al,2010r)。这项研究成果对于处。大量遗传和生化实验结果证明,在远红光条件下 进一步阐明叶绿素的生物合成途径具有重要意义。 HY5与FHY3/FAR1由于各自在 FHYIFHL启动子区上 叶绿体含有2000多种蛋白,绝大多数蛋白由核的DNA结合位点很接近而发生相互作用,前者负调 基因编码,在细胞质中合成,然后定向转运到叶绿体控后者对FHY作FH基因表达的激活作用( Li et al., 中。因此,这些蛋白能否被正确地运输至叶绿体中决2010h)。由于HY5已经被证实是phyA信号通路的正 定着叶绿体能否正常行使功能。Hsp70蛋白家族具有调控因子,所以该研究阐明了HY5在phyA信号转导
246 植物学报 46(3) 2011 下降的转基因拟南芥中可以积累正常水平的主要光 合蛋白复合体的不同亚基, 但是光系统II的二聚体和 超复合体的水平却有所下降。体内蛋白脉冲标记实验 表明, 在转基因植物中, 光系统II的二聚体和超复合 体的组装受到损害, 而叶绿体蛋白的合成速率并未受 影响。蛋白覆盖检测表明Deg1与光系统II的反应中心 蛋白D2相互作用(Sun et al., 2010b)。这些结果表明 Deg1可能通过与蛋白D2相互作用来协助光系统II复 合体的组装。 细菌蛋白YqeH是一个环形序列的GTPase(一种 GTP水解酶), 其植物同源蛋白由植物核基因编码。水 稻中的该同源蛋白OsNOA1/RIF1由单拷贝基因Os- 02g01440编码。OsNOA1/RIF1基因能在不同组织中 表达, 并受光诱导。OsNOA1/RIF1-EYFP融合蛋白定 位于转基因拟南芥植株的叶绿体中。另外, 水稻的该 同源基因可以恢复拟南芥rif1突变体的大部分生长表 型。浙江省农业科学院陶跃之研究组的研究表明, 水 稻OsNOA1/RIF1的RNAi突变体植株表现黄化特征, 色素含量和PSII活性均降低, 叶绿体16S rRNA丰度 下降。但是, 叶绿体基因组编码基因rbcL、atpB、psaA 和psbA的表达均未受影响。同位素标记相对和绝对定 量-液相-串联质谱分析表明, 水稻突变体的蛋白质组 变化与预期的OsNOA1/RIF1在叶绿体翻译过程中的 功能相一致(Liu et al., 2010f)。他们的研究结果表明, 水稻OsNOA1/RIF1与拟南芥AtNOA1 RIF1是同源蛋 白, 一个高度保守的植物cGTPase对于叶绿体功能 的发挥是必需的。 叶绿素是光合色素的主要成分, 在光能吸收、传 递和转换中起关键作用。在叶绿素生物合成途径中, 联乙烯还原酶(叶绿素合成的一个关键酶)将四吡咯上 的8-乙烯基还原为乙基。四川农业大学水稻研究所邓 晓建研究组以水稻的自然黄化突变体824ys为材料, 采用图位克隆技术, 成功克隆了单子叶植物水稻的联 乙烯还原酶基因。他们还通过酶学实验证实了一种新 的联乙烯还原酶活性, 即催化联乙烯叶绿素a转化为单 乙烯叶绿素a(Wang et al., 2010r)。这项研究成果对于 进一步阐明叶绿素的生物合成途径具有重要意义。 叶绿体含有2 000多种蛋白, 绝大多数蛋白由核 基因编码, 在细胞质中合成, 然后定向转运到叶绿体 中。因此, 这些蛋白能否被正确地运输至叶绿体中决 定着叶绿体能否正常行使功能。Hsp70蛋白家族具有 将蛋白转运到线粒体和内质网的功能。但是, Hsp70 是否与蛋白转运至叶绿体有关还不清楚。“中央研究 院”(中国台湾)的Su和Li(2010)利用2个拟南芥叶绿体 基质蛋白 cpHsc70s 的敲除突变体 (cpHsc70-1 和 cpHsc70-2)研究了Hsp70是否与蛋白转运至叶绿体 有关。结果表明, cpHsc70是叶绿体易位子的成员, 对 驱动蛋白进入叶绿体基质非常重要。Toc12(toc: 叶绿 体外膜转运子)是从豌豆(Pisum sativum)叶绿体中鉴 定到的一个新的包含J域的蛋白, 其定位于叶绿体被 膜的膜间隙, 且与其中的Hsp70有关联。这表明 Toc12对叶绿体被膜蛋白的跨膜运输起着重要作用。 Toc12和拟南芥中的DnaJ-J8具有高度的序列相似性, 而DnaJ-J8被认为是拟南芥叶绿体基质中存在的可溶 性蛋白。因此, “中央研究院”(中国台湾)Chiu等 (2010)分离了豌豆中编码 DnaJ-J8的基因 , 发 现 Toc12是豌豆DnaJ-J8s家族某个基因截短的克隆。蛋 白输入分析实验表明, Toc12和DnaJ-J8s具有可切割 的转运肽且定位于基质中。 3.2 光形态建成 光是影响植物生长和发育的重要环境因子。植物体内 包含不同种类的光受体, 接收不同波谱的光, 激活不 同的信号转导通路, 协调植物的生长和发育过程。光 敏色素A(phytochrome A, phyA)是拟南芥接收远红 光和介导多种光反应的受体。FHY1(far-red elongated hypocotyl 1)和它的同源蛋白FHL1(FHY1-like)是 植物特有的2个小蛋白, 是介导phyA的光控核积累以 及此后一系列下游信号转导的必需因子。FHY3和它 的同源蛋白FAR1(far-red impaired response 1)是2 个转座酶驱动的转录因子, 通过直接激活FHY1/FHL 的转录来介导phyA的核积累以及下游信号转导。邓兴 旺研究组发现, 光形态建成过程中重要的bZIP转录 因子, HY5(elongated hypocotyl 5)能够直接与FHY/ FHL启动子区上包含ACGT序列的顺式作用元件结 合, 且该结合位点位于FHY3/FAR1结合位点的不远 处。大量遗传和生化实验结果证明, 在远红光条件下, HY5与FHY3/FAR1由于各自在FHY/FHL启动子区上 的DNA结合位点很接近而发生相互作用, 前者负调 控后者对FHY1/FHL基因表达的激活作用(Li et al., 2010h)。由于HY5已经被证实是phyA信号通路的正 调控因子, 所以该研究阐明了HY5在phyA信号转导
袁明等:2010年中国植物科学若干领域重要研究进展247 的负反馈调节中发挥的作用,为认识phyA信号通路制叶片的扩展和茎的伸长。如果EBF1/EBF2基因受到 的稳态调节和光形态建成的精细调控提供了很好的破坏,EIN3和EL1会在细胞核内组成型地积累,并且 材料。 对外源施加的乙烯不敏感。EBF1和EBF2的蛋白水平 研究发现,在真核生物体内存在一大类以CUL4-在外源施加乙烯时会降低,而在加入MG132之后蛋 DDB1蛋白为骨架的泛素-蛋白连接酶复合体,其中白水平会上升,这表明乙烯稳定E|N3E1蛋白水平 DDB1作为接头蛋白连接不同的底物识别亚基,介导是通过促进EBF1和EBF2的降解来实现的。此外,他 各自特定蛋白底物的降解,从而参与调控生物体的多们还发现EN2对于乙烯介导的上述过程是必需的。有 种生物学途径。邓兴旺研究组发现CUL4DDB1与关这一乙烯信号转导途径的研究还首次提出了激素 cOP1-SPA复合体在体内和体外均存在相互作用,通过调控F-box蛋白降解作为信号转导的关键机制 并且确定了各个蛋白中影响这一相互作用的氨基酸提示F-box在激素信号转导途径中可能具有更为广泛 或基序。CUL4基因的共抑制突变体增强了cop1弱突的功能( An et al.2010) 变体的光形态建成的表型,并且在短日照条件下出现 脱落酸( abscisic acid,ABA)是调控植物生长发 早花表型。与此相一致的是, FLOWERING LOCUST育以及响应环境信号的重要植物激素之一。清华大学 的转录水平上调。通过一系列遗传和生化实验,他们张大鹏研究组前期的研究发现拟南芥镁-原卟啉螯合 证明cUL4DDB1COP1-SPA组成的E3连接酶复合酶H亚基( HLHIABAR)是一个ABA受体。在此基础 体在植物体内抑制光形态建成,同时可能调控开花时上,他们发现ABAR定位于叶绿体外膜,其细胞质侧 间( Chen et a,2010a)。 的C-端区能与WRKY类转录因子WRKY40、WRKY18 光和油菜素内酯(BR)相互拮抗,共同调控黑暗和WRKY60相互作用;这些WRKY蛋白是调控种子 条件下生长幼苗从暗形态建成向光形态建成的转变。萌发与萌发后生长的ABA信号通路的负调控因子,其 中国科学院植物研究所王志勇研究组利用拟南芥研中WRKY40抑制ABA响应基因AB/5等的表达,是 究发现,GATA类转录因子GATA2介导BR与光信号个核心的负调控因子。高水平的ABA导致细胞核定位 通路的互作。过量表达GATA2的转基因幼苗在暗条件的WRKY40向细胞质富集,促进ABAR与WRKY40的 下呈现组成型光形态建成表型,而降低GATA2的表互作,而ABAR则通过抑制WRKY40基因的表达从而 达水平可抑制光或BR缺失引起的光形态建成。芯片消除其对AB5基因表达的抑制。这些结果扩展了对 分析与染色质免疫共沉淀实验证明,GATA2可直接调ABA信号转导网络的认识( Shang et al.2010)。 控光和BR响应基因的表达;BR信号通路的转录因子 DELLA蛋白是众所周知的赤霉素( gibberellin BzR1可直接与GATA2基因的启动子结合,抑制其转GA)信号途径的负调节因子,寻找 DELLA的上下游组 录;光可以诱导GATA2蛋白质的积累,而GATA2蛋分是研究GA信号通路的重要工作之一。薛红卫研究 白水平的升高反馈抑制其自身基因的表达。在暗条件组通过T-DNA插入的方法获得了水稻eH1突变体,该 下GATA2的降解依赖于COP1介导的泛素化。这些结突变体具有早花的表型并对GA的反应增强。EL1编码 果表明,GATA2是BR与光信号通路互作的重要连接个酪氨酸激酶家族成员,定位于细胞核中。体内和 因子( Luo et a,2010)。 体外实验证实,该酶磷酸化水稻 DELLA蛋白SLR1 因此,EL1是一个新的GA信号通路的负调控因子,通 4植物激素与信号转导 过磷酸化SLR1起到稳定 DELLA蛋白的作用( Dai and Xue,2010)。 北京大学生命科学学院郭红卫研究组一直致力于乙 在对拟南芥突变体的研究中人们广泛采用图位 烯信号转导的具体生化机理研究。在先前的研究中已克隆技术,尤其是针对通过EMS或者快中子诱变产 经发现植物激素乙烯能促进重要转录因子E|N3的蛋生的突变体。图位克隆成功与否,关键在于能否找到 白积累。他们发现EMN3的同源基因E儿1也参与介导乙足够分辨2种生态型之间多态性的分子标记。长期以 烯反应,并同样受到依赖于EBF1/EBF2的蛋白降解来,有关分子标记的信息来源有限,TAR提供的分子 途径的调控。与EM3不同的是,E∥1主要的功能是抑标记仅覆盖了25%的拟南芥BAC,其余部分需要根
袁明等: 2010 年中国植物科学若干领域重要研究进展 247 的负反馈调节中发挥的作用, 为认识phyA信号通路 的稳态调节和光形态建成的精细调控提供了很好的 材料。 研究发现, 在真核生物体内存在一大类以CUL4- DDB1蛋白为骨架的泛素-蛋白连接酶复合体, 其中 DDB1作为接头蛋白连接不同的底物识别亚基, 介导 各自特定蛋白底物的降解, 从而参与调控生物体的多 种生物学途径。邓兴旺研究组发现CUL4-DDB1与 COP1-SPA复合体在体内和体外均存在相互作用, 并且确定了各个蛋白中影响这一相互作用的氨基酸 或基序。CUL4基因的共抑制突变体增强了cop1弱突 变体的光形态建成的表型, 并且在短日照条件下出现 早花表型。与此相一致的是, FLOWERING LOCUS T 的转录水平上调。通过一系列遗传和生化实验, 他们 证明CUL4-DDB1-COP1-SPA组成的E3连接酶复合 体在植物体内抑制光形态建成, 同时可能调控开花时 间(Chen et al., 2010a)。 光和油菜素内酯(BR)相互拮抗, 共同调控黑暗 条件下生长幼苗从暗形态建成向光形态建成的转变。 中国科学院植物研究所王志勇研究组利用拟南芥研 究发现, GATA类转录因子GATA2介导BR与光信号 通路的互作。过量表达GATA2的转基因幼苗在暗条件 下呈现组成型光形态建成表型, 而降低GATA2的表 达水平可抑制光或BR缺失引起的光形态建成。芯片 分析与染色质免疫共沉淀实验证明, GATA2可直接调 控光和BR响应基因的表达; BR信号通路的转录因子 BZR1可直接与GATA2基因的启动子结合, 抑制其转 录; 光可以诱导GATA2蛋白质的积累, 而GATA2蛋 白水平的升高反馈抑制其自身基因的表达。在暗条件 下GATA2的降解依赖于COP1介导的泛素化。这些结 果表明, GATA2是BR与光信号通路互作的重要连接 因子(Luo et al., 2010)。 4 植物激素与信号转导 北京大学生命科学学院郭红卫研究组一直致力于乙 烯信号转导的具体生化机理研究。在先前的研究中已 经发现植物激素乙烯能促进重要转录因子EIN3的蛋 白积累。他们发现EIN3的同源基因EIL1也参与介导乙 烯反应, 并同样受到依赖于EBF1/EBF2的蛋白降解 途径的调控。与EIN3不同的是, EIL1主要的功能是抑 制叶片的扩展和茎的伸长。如果EBF1/EBF2基因受到 破坏, EIN3和EIL1会在细胞核内组成型地积累, 并且 对外源施加的乙烯不敏感。EBF1和EBF2的蛋白水平 在外源施加乙烯时会降低, 而在加入MG132之后蛋 白水平会上升, 这表明乙烯稳定EIN3/EIL1蛋白水平 是通过促进EBF1和EBF2的降解来实现的。此外, 他 们还发现EIN2对于乙烯介导的上述过程是必需的。有 关这一乙烯信号转导途径的研究还首次提出了激素 通过调控F-box蛋白降解作为信号转导的关键机制, 提示F-box在激素信号转导途径中可能具有更为广泛 的功能(An et al., 2010)。 脱落酸(abscisic acid, ABA)是调控植物生长发 育以及响应环境信号的重要植物激素之一。清华大学 张大鹏研究组前期的研究发现拟南芥镁-原卟啉螯合 酶H亚基(CHLH/ABAR)是一个ABA受体。在此基础 上, 他们发现ABAR定位于叶绿体外膜, 其细胞质侧 的C-端区能与WRKY类转录因子WRKY40、WRKY18 和WRKY60相互作用; 这些WRKY蛋白是调控种子 萌发与萌发后生长的ABA信号通路的负调控因子, 其 中WRKY40抑制ABA响应基因ABI5等的表达, 是一 个核心的负调控因子。高水平的ABA导致细胞核定位 的WRKY40向细胞质富集, 促进ABAR与WRKY40的 互作, 而ABAR则通过抑制WRKY40基因的表达从而 消除其对ABI5基因表达的抑制。这些结果扩展了对 ABA信号转导网络的认识(Shang et al., 2010)。 DELLA蛋白是众所周知的赤霉素(gibberellin, GA)信号途径的负调节因子, 寻找DELLA的上下游组 分是研究GA信号通路的重要工作之一。薛红卫研究 组通过T-DNA插入的方法获得了水稻el1突变体, 该 突变体具有早花的表型并对GA的反应增强。EL1编码 一个酪氨酸激酶I家族成员, 定位于细胞核中。体内和 体外实验证实, 该酶磷酸化水稻DELLA蛋白SLR1。 因此, EL1是一个新的GA信号通路的负调控因子, 通 过磷酸化SLR1起到稳定DELLA蛋白的作用(Dai and Xue, 2010)。 在对拟南芥突变体的研究中人们广泛采用图位 克隆技术, 尤其是针对通过EMS或者快中子诱变产 生的突变体。图位克隆成功与否, 关键在于能否找到 足够分辨2种生态型之间多态性的分子标记。长期以 来, 有关分子标记的信息来源有限, TAIR提供的分子 标记仅覆盖了25%的拟南芥BAC, 其余部分需要根