植物非生物逆境胁迫相关ring finger蛋白.pdf

·综述与专论·2014年第7期生物技术通报 BIOTECHNOLOGY BULLETIN锌指蛋白是通过结合 Zn2+作为核心，并与其他几种特定的氨基酸形成稳定的短的可以自我折叠的“手指”型多肽结构根据其结构特点，可以将锌指蛋白分为 C2H2 型、C8 型、C6 型、RING finger 型、C2HC型、 C2HC5型、 C4型、 C3H型和C4HC3型9类［1］植物锌指蛋白广泛参与基因的表达调控、细胞分化、胚胎发育等各时期的生长发育调控、胁迫应答 等［2-6］如已有研究发现玉米中锌指蛋白 ID1 在调控开花时间中起着关键作用，与其同源的水稻基因RID1 控制植株从营养生长转变为生殖生长［7，8］近年来关于 C2H2 型的植物锌指蛋白研究的较多，关于 RING finger 型的锌指蛋白的研究较少目前从动物、植物和微生物中都分离到 RING finger 蛋白，但是大多数 RING finger 蛋白的功能还不十分清楚本收稿日期 ： 2013-11-28 基金项目 ： 国家自然科学基金项目（30870206） 作者简介 ： 刘丽娟，女，硕士研究生，研究方向 ： 植物分子生物学 ； E-mail ： Lijuanliu_13@ 通讯作者 ： 陈信波，教授，博士生导师，研究方向 ： 植物分子生物学 ； E-mail ： xinbochen@植物非生物逆境胁迫相关 RING finger 蛋白刘丽娟1 刘爱玲1，2 陈信波1，2（1. 湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室，长沙 410128 ； 2. 湖南农业大学生物科技学院，长沙 410128）摘 要 ： RING finger 蛋白是锌指蛋白类中一个庞大的蛋白家族，已成为拟南芥第三大蛋白家族，在水稻中也发现了 488 个。

最典型的结构特点是序列内包含环指结构域（RING finger domain） RING finger 蛋白主要通过泛素化途径参与到植物细胞的生理生化过程介绍了植物 RING finger 蛋白的结构特点和分类，综述它们的亚细胞定位，重点阐述它们在响应干旱胁迫、温度胁迫和盐胁迫等非生物逆境胁迫的调控作用关键词 ： RING finger 蛋白 非生物逆境胁迫 泛素连接酶 E3Abiotic Stress-related RING Finger Proteins in PlantLiu Lijuan1 Liu Ailing1，2 Chen Xinbo1，2 （1.Crop Gene Engineering Key Laboratory of Hunan Province，Changsha 410128 ； 2.College of Bioscience and Biotechnology， Hunan Agricultural University，Changsha 410128）Abstract: RING finger proteins belong to a large family of the zinc finger proteins. They become the third-largest protein family in Arabidopsis. A total of 488 RING finger protein genes were retrieved in rice genome. The most typical structural characteristic is the RING finger domain they contained. RING finger proteins participate physiological and biochemical processes in plant cells mostly through ubiquitin pathway. This paper introduced the structural characteristics and classification of plant RING finger proteins, summarized the subcellular localization, and reviewed their regulation roles in response to plant abiotic stress such as drought stress, temperature stress, and salt stress. Key words: RING finger protein Abiotic stress Ubiquitin ligase E3文主要综述了 RING finger 蛋白的分类、结构特点、亚细胞定位以及在植物非生物逆境胁迫中的作用等方面的最新研究进展，为人们对其做更为广泛与深入的后续研究提供参考。

1 RING finger 蛋白的结构特点和分类RING finger 蛋白是一个庞大的蛋白家族，在所有真核生物中普遍存在最典型的结构特点是序列内包含环指结构域（RING finger domain） 环指结构域里有保守的氨基酸序列 Cys-X2-Cys-X （9-39） -Cys-X（1-3）-His-X（2-3）-Cys/His-X2-Cys-X（4-48）-Cys-X2-Cys（Cys 为半胱氨酸残基，His 为组氨酸残基，X 可以为任意氨基酸残基） 这 70 个氨基酸可固定两个锌离子该结构参与多种信号转导途径和调控途径［9］ RING finger蛋白主要分为RING-HC （C3HC4）生物技术通报 Biotechnology Bulletin2014年第7期2和 RING-H2（C3H2C3）两个亚类［10］RING-HC 和RING-H2 的区别在于共有序列中第 5 配位是 Cys 或是 His目前，在植物中已经分离得到了许多 RING finger 蛋白郭丽香等［11］从小麦中克隆出一个编码280 个氨基酸蛋白质的基因 TaCRF2该基因在 C 末端有一个典型的 RING-H2 型结构域。

初步功能分析表明过表达 TaCRF2 基因的转基因烟草增强了对干旱和高盐的耐受性，为小麦抗逆育种提供优良的候选基因Stone 等［12］在拟南芥中鉴定出了 477 个RING finger 结构域，预测了 469 个 RING finger 蛋白这 469 个预测 RING finger 蛋白中除了 RING-HC和 RING-H2 两 类， 还 有 RING-v、RING-D、RING-S/T 和 RING-G 和 RING-C2 这些被额外修饰的 RING finger 蛋白Lim 等［13］通过生物信息学分析从水稻中共检索到 488 个潜在的 RING finger 基因，确定了425 个 RING finger 基因的分布，并将其分为 RING- H2（281 个） 、RING-HC（119 个） 、RING-v（23 个）和 RING-C2（2 个）4 种类型Li 等［14］通过对苹果中的 RING finger 蛋白进行数量和结构的预测及鉴定发现，苹果基因组中有 688 个环指结构域，分布于634 个 RING finger 蛋白中在这些被发现的 RING finger 蛋白基因中，除了拟南芥中曾经出现过的 7 类以外，RING-mH2 和 RING-mHC 都是在苹果中首次被发现。

2 RING finger 蛋白的亚细胞定位植物 RING finger 蛋白主要定位于细胞质和细胞核中Cheng 等［15］通过酵母双杂证明 RGLG2 蛋白能与 AtERF53 在细胞核内相互作用Liu 等［16］通过洋葱表皮细胞瞬时表达发现，OsCOIN 蛋白定位于细胞质和细胞核中但也有研究表明 RING finger 蛋白在细胞其他部位也有分布Lee 等［17］用标记蛋白质的共沉淀试验发现 Rma1H1 蛋白位于内质网膜中Xia 等［18］通过观察 ZmRFP1-GFP 绿色荧光融合蛋白在洋葱表皮细胞瞬时表达显示该蛋白定位在细胞质膜Lim 等［19］通过亚细胞定位发现，OsHCI1 蛋白的生成主要与高尔基体相关，能快速移动并广泛的沿着细胞骨架分布3 RING finger 蛋白的功能已有研究表明，一些 RING finger 蛋白可参与转录调控的某些过程以及蛋白与蛋白之间的相互作用［20］而大部分的 RING finger 蛋白具有泛素连接酶 E3 活性，能参与特定的泛素化事件，这对于蛋白质的降解来说具有至关重要的作用［21，22］E3 作为泛素调节的蛋白降解途径中一个识别底物蛋白的关键因子，可与泛素连接酶 E2 特异性反应，从而促进泛素化。

RING finger 蛋白通过单泛素化修饰和多聚泛素化修饰靶蛋白广泛参与植物细胞生理生化进程，如生长发育［23］、开花［24］、细胞周期调节［25］、激素信号转导［26-28］、光信号调节［29］、DNA 修复［30，31］、植物细胞程序化死亡［32］、胚胎发生［33］、植物与病原菌互作［34，35］、逆境胁迫［19，36］等过程而 RING finger 蛋白在非生物逆境胁迫响应过程中的作用尤为重要3.1 RING finger蛋白在干旱胁迫中的作用干旱胁迫可以发生在植物的不同生长发育阶段，是植物生长和发育过程中一个非常重要的限制因子［36］研究表明，干旱可导致植物一系列的生理和生化反应，包括气孔关闭、抑制细胞的分裂和延伸、改变细胞壁的弹性、抑制光合作用和激活呼吸作用等，从而影响植物的生长和发育［37，38］表 1 为不同类型 RING finger 蛋白在干旱胁迫调控中的作用以下将分别讨论目前有关不同类型的 RING finger 蛋白参与干旱胁迫调控的研究目前已有大量研究表明，一些 RING finger 蛋白可通过依赖脱落酸（ABA）途径参与植物激素反应来调控干旱胁迫XERICO 是 Ko 等［39］最早从拟南芥中鉴定出来的编码参与干旱胁迫应答过程调控的 RING finger 蛋白的基因。

XERICO 通过增强脱落酸（ABA）生物合成正调控植物的干旱胁迫响应过程Ryu 等［40］在筛选 ABA 不敏感突变体时鉴定出一个 RING finger 蛋白基因 AtAIRP1ABA 处理后，一系列干旱胁迫相关基因和 ABA 相关的 bZIP 转录因子的表达在 AtAIRP1 过表达植物中明显被诱导atairp1 突变体对 ABA 不敏感，对干旱较野生型敏感说明 AtAIRP1 是依赖于 ABA 信号通路的干旱响应正调节因子，通过促进气孔关闭来正调控干旱胁迫响应过程随后 Cho 等［41］发现 AtAIRP1 的同源基因 AtAIRP2 具有与 AtAIRP1 相同的功能AtAIRP22014年第7期3刘丽娟等 ： 植物非生物逆境胁迫相关 RING finger 蛋白与 AtAIRP1 在 ABA 介导的干旱胁迫响应过程中共同发挥作用Bu 等［42］研究发现 RHA2a 积极参与了种子萌发和幼苗生长发育时期对盐和渗透胁迫的响应调控RHA2b 是与 RHA2a 的同源性最高的基因rha2b-1 突变体也表现出 ABA 不敏感表型和对干旱敏感［43］对 rha2a rha2b-1 双突变体的研究表明，RHA2b 和 RHA2a 可以协同参与对 ABA 和干旱的响应调控。

Park 等［24］在研究 osdsg1 突变型时发现，一些 ABA 信号传导基因和 ABA 响应基因被诱导表达osdsg1 突变体能延迟种子萌发，并且对高盐和干旱的耐受性增强这说明 OsDSG1 是依赖于ABA 信号转导来负调控干旱胁迫响应SDIR1［44］是ABA 信号转导的正调控因子，通过介导 ABA 信号转导正调控干旱胁迫响应。