蛋白激酶与植物逆境信号传递途径

植物生理学通讯 第 37卷 第 3期，2001年 6月 蛋白激酶与植物逆境信号传递途径 杨 强(山东农业大学园艺系，山东泰安271018) 禁小娥(中国科学院发育生物学研究所，北京I(X)080) Protein Kinases and Environmental Stress Signaling Cascades in Plants YANG Hong— m g l Depar~rne， Horffcuhure，Sha7tdong Ag~uhurd University．，Taian，Shando 271018) LIANG Xiao—E tb~tituZe DevelopmenZa~Biology，~．~inese Academ? Sc~erwe． ing looo8o) 提要 蛋白质的可逆磷醢亿是细胞信号识 l与转导的 重要环节．蛋白澈酶主要催化蛋 白质的磷酸化作 用 植物 中巴发现井旁离了走量蛋 白激酶及其基 因，它们介导 了植 物教素和胞 环境信号等引起的多种生理生亿反应。文章 着重介绍分裂原教活蛋白教酶(MAPK) 钙依赖而钙诵素 不依赫的蛋白教酶 (CDPK)、受体蛋白激酶(I Kj、核糖皋 蛋白激酶和蚌录调控蛋白激酶等多种蛋白激酶在植物逆境 信号识别与转导中的作用。 关键词 蛋白教酶 环境胁迫 信号转导 高等植物在生长发育过程中经常受到不良环 境的胁迫 ，在环境 与植物的相互作用中，植物一般 被视为被动的受害者、从而强调逆境对植物生理、 生化、形态和解剖等造成的影响或伤害。近年来， 人们逐渐认识到事实并非如此简单，植物具有对环 境变化快速感知和主动适应的能力．而这种快速感 知和主动适应的策略就是植物体内胞间和胞内的 逆境信息传递～这一过程涉及植物对逆境刺激的 感受与识别 、逆境信使的产生和传输以及反应部位 对逆境信使的识别与转导等 3个阶段“ 。大量研 究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程在细胞的 信号识别与转导中起重要作用，它是生物体中普遍 存在的一种调节机制，几乎涉及所有的生理和病理 过程，如糖代谒j、细胞的生长发育、光台作用、基因 表达 、神经递质的台成与释放，甚至癌变等等。 。 蛋白质的磷酸化作用是蛋白激酶将 ATP(其次为 cTP) 位的磷酸基团转移到底物氨基酸残基上的 过程，蛋白激酶共同点是催化区(一般含 250～300 个氨基酸 )都含 11个保守的亚区 。蛋 白质的 磷酸化研究最初集中在微生物和动物领域．植物蛋 白激酶研究起步较晚，但近年来发展很快 ．现已 在根 。 、茎、叶、种 子 。 及番茄 。、芒果 一 和苹 果 “”果实等几乎所有植物器官中检测到蛋白激酶 的存在 并且证明多种胞外刺激在胞内的传递中 涉及蛋白质 的磷酸化过程 ，包括光 照、温度 (玲、热)、风、雨、触摸、盐胁迫、伤害、真菌激发子 、 水分胁迫和吸水等环境刺激 ” 以及生长素、脱 落酸、乙烯、水杨酸(SA)、赤霉素和细胞分裂素等 植物激素 ” 。 真核生物中发现的蛋白激酶很多，根据其底物 蛋白被磷酸化的氨基酸残基种类，可将它们分为5 类：【1)丝氨酸／苏氮酸 (SerfThr)蛋白激酶，(2) 酪氨酸 (Tyr)蛋白激酶，(3)组氨酸蛋白激酶，(4) 色氨酸蛋白激酶，(5)天冬氨酰基／谷氨酰基蛋白 激酶。目前植物中发现的蛋白激酶以前 3类为主。 而根据催化区域氨基酸序列的相似性，植物蛋白激 酶可分为5大组：AGC组 、CaMK组、CMGC组、PTK 组和其它组 。与逆境信号传递关系最密切的主 要有分裂原激活蛋白激酶(mitogen—activated protein kinase，MAPK)、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激 酶 (calcium—dependent and calmodulin—independent protein kinase，CDPK)、受体蛋白激酶(receptor pro— teln kinase．RPK)、核糖体蛋白激酶(ribosomal—pro— tein kinase)、转录调控蛋白激酶(transcription regu— lation protein kinase)。 1 分裂原激活蛋白激酶(MAPK) 1．1 MAPK级联系统 MAPKs家族成员存在于 所有真核生物中，在多种信号传递过程中起作用。 它们是一类丝氨酸／苏氮酸 (~er／Thr)蛋白激酶， 约38 000～55 000，具有 11个保守的蛋白激酶 亚区。该家族成员包括分裂原激活的蛋白激酶、分 收稿 20【x]一10一】8 恪定 20014724)5 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第 37卷 第 3期，2001年 6月 裂原激活蛋白激酶的激酶 (mitogen—activated protein kinase kinases，MAPKKs)和分裂原激活蛋白激酶 的激酶之激酶c milogen—activated protein kinase ki nase nases．MAPKKKs)3种类型。在真核细胞 内．这 3种类型的激酶构成一个 MAPK级联系统 (mi~gen—activated protein kinase CaSCade)，通 过 MAPKKK—MAPKK—MAPK逐级磷酸化，将外来 信号级联放大并传递下去 NAPKKK位于级联系 统的上游，能够通过胁迫感受器或信号分子的受体 或其本身直接感受胞外刺激而发生磷酸化 NAP— KKK磷酸化后变为活化状态，可以使 MAPKK磷酸 化 MAPKK义称 MEK(MAPK／extracelluar—reguia— ted kinase kinase ，始终存在于细胞质中，MAPKK 磷酸化后能够通过双重磷酸化作用将 MAPK激活， 磷酸化的位点是 rhr和TYr残基。MAPK又称ERK (e~．tracelluar—regulated kinase)，被 MAPKK磷酸化 后有 3种可能的去向 ¨ ，停留在细胞质中，激活 一 系列其他蛋白激酶；(2)在细胞质中使细胞骨架成 分磷酸化；(3)进 ^细胞核+通过磷酸化转录因子， 调控基因的表达． 目前发现动物细胞存在至少 4 条 酵母 细胞 至少 5条不 同的 MAPK级联 途 径 。，它们在多种信号传递中起作用 1，2 植物分裂原激活蛋白激酶 植物 MAPK级联 激酶的研究开始于 9O年代初，现 已发现了大量 MAPK家族成员，而且在植物中识别出的 MAPK的 数量比在动物和酵母中还多 。不少编码 MAPK 和一些编码 MAPKK与 MAPKKK的基因也已从植 物中分离到，它 主要来源于拟南芥、苜蓿、豌豆和 烟草等多种植物 植物 MAPKs与动物和酵母细胞中 MAPKs有 相似的生化特点，但多数是从胞质组分中分离到 的，其 村 在 44 000～48 000 -1 6l，而 Chitlam 等 在富含质膜的微粒体中发现了一种 M 74 000 的MAPKK．．植物 blAPKKK和 MAPK是 Ser／Thr类 蛋白激酶，MAPKK是 se∥_rhr／Tyr双重特异性蛋白 激酶 MAPK的激活发生在该激酶的Tyr和Thr两 残基位点被磷酸化的情况下。同动物和酵母一样， MBP(脊髓碱性蛋 白)也是植物 MAPK的最适底 物，使 MBP磷 酸化 的激酶是 MAPK 的特征 之 一 1I1 MAPK级 系统也参与植物多种胞外信号在 胞内的传递。目前已发现乙烯和生长素的信号转 导均涉及 MAPK级联途径 例如，乙烯信号 转导过程中的关键因子 CTR1具有 MAPK活性+生 长素诱导的烟草细胞分裂与 MAPKK的激活相关。 此外，ABA能诱导大麦糊粉层原生质体中 MAPK 的活性，水杨酸 (SA)可激活烟草中的 MAPK。它 们在植物细胞有丝分裂、细胞伸长与膨大、胞质酸 化即质子 (pH)第二信使信号的进一步传递 ～ 中也起着很重要的作用。此外+它们还参与了植物 逆境信号的转导 1．3 MAPKs与植物的胁迫反应 植物中已发现 多种 MAPKs，除参与激素等的信号传递外，在胁迫 信号传递中也起重要作用。例如切伤烟草叶片能 迅速诱导产生一种 MAPK 141，拟南芥经触摸、冷、 水分胁迫的刺激会诱导出 MAPK活性 ，苜蓿叶 片对 干旱和 冷处理的反应 也涉 及 MAPK的激 活 _ I此外 ，真菌激发子信号的转导涉及 MAPK 的激活+花粉吸水后也会有 一种类似 MAPK的活性 出现，渗透胁迫能诱导出 MAPKK恬性 ，拟南芥经 低温、高盐和接触也可诱导出 MAPKKK活性 “ 等。 Jonak等。 用专一多肽抗体证明 P 激酶 是一种 MAPK+能被干旱和冷冻激活，而脱落酸既 不能诱导 P 基因的转录，也不能提高它的活 性，认为 MMK4介导的干旱信号传递不依赖脱落 酸 目前已从拟南芥中分离到两个能被干旱、高盐 和低温诱导的 MAPK基因+一个是 ATMPK3(编码 MAPK激酶)+另一个是 ATMEKKI(编码 MAPKKK 激酶) 对它们的研究表明，MAPK级联系统不仅 在蛋白质水平上受到磷酸化和去磷酸化的调控，在 转录水平也受到环境胁迫信号的诱导调控。在干 旱、高盐和低温胁迫条件下，5 rain内ATMPK3和 ATMEKKI就被诱导表达，1 h内显著增加，随后表 达持续增加，24 h后达高峰‘ 。ATMPK3基因启 动子克隆 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明，TATA盒上游 一1O～一6碱基 处有一个与干旱、高盐和低温有关的 DRE(dehy— dration responsive element)顺式作用元件的核心序 列(CCGAC) 。利用酵母双杂交系统，Mizoguchi 等 证明 ATMEKKI参与拟南芥植物中传递干 旱、高盐、低温和触伤胁迫信号的 MAPK级联途径， 酶途径 由 ATMEKKI(MAPKKK同源物)一 MEK1 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第 31卷 第 3期，2001年 6月 【MAPKK同源物)一ATMPK4(MAPK同源物)，与 酵母的类似 Mizoguchi等 ⋯曾报道一种核糖体蛋白激酶 s6是一种 MAPK，它能被触摸、冷冻和水分胁迫所 激活：Chitlaru等 ”发现高渗胁迫能迅速激活 一 个 为40 000和74 000的蛋白激酶，74 000的激 酶是 MEK1【动物中的 一种 MAPK)的一个类型。 干旱、高盐、低温等多种胁迫因子导致植物失水，引 起渗透胁迫 止常情况下，细胞壁和细胞质膜相接 触．质壁之问存在着相互作用。由于质壁的刚性不 同，细胞失水质膜收缩时质壁必然相互“撕扯”，这 种“撕扯 实际足一种机械作用，而机械作用能被 “机械感应器”识别，Bogre等 报道这种“机械感 应器”是一种MAPK，它在机械刺激后1 rain就能被 激活。“双组分系统”是细菌中广泛存在的“渗透 感受器”，由EnvZ和 OmpR两种蛋白组成，前者是 一 个组氢酸激酶 在高渗透压环境下能发生 自身磷 酸化，起感应器的作用；后者是反应调节器．含有天 冬氨酸残基 ，能接受来自EnvZ的磷而被磷酸化，磷 酸化的 OmpR可作为转录因子而将来自EnvZ的信 号输出 拟南芥中有一种蛋白能被水分胁迫激 活，这种蛋白与酵母“渗透感应器”有同源性。此 外，还有一种跨膜感受器 SholP蛋 白，该蛋白含有4 个堆在一起的疏水跨膜多肽，其碳端在胞外，高渗 条件 F，它能激情 MAPK级联系统 ”J。 Usami等 报道机械伤害可以激活一个 460 00的蛋白激酶，该激酶能够促使 MBP磷酸化， 而使 MBP磷 酸化是 MAPK的典型 特征；Bogre 等 发现一种特异的 MAP激酶能被机械伤害瞬 间激活 Seo等 从烟草 cDNA中分离到一个伤 诱导基因、该基因编码的蛋白是一个 MAPK的同源 物(WIPK J，机械伤害能诱导 WIPK的快速转录，分 析 WIPK过表达的转基因植株时，发现 WIPK介导 了莱莉酸和水杨酸诱导的伤信号传递途径。真菌 激发子能增加一种使烟草 MBP磷酸化的蛋白激酶 活陛，并且该激酶表现活性时需 Tyr残基的磷酸 化，这说明该酶是一种 MAPK⋯；Lebrun等 以烟 草细胞为试材同样发现病原激发子能诱导 MAPK 的同源物。在荷兰芹 细胞中也看到多肽激发子 能激活类似烟草中的 MAPK。水杨酸是一种介 导 病原反应的分子 而实验表明水杨酸同样能够激活 MAPK ⋯ 。 在抗病信号转导过程中，系统素(syste— rain)位于茉莉酸之前，通过比较它们与MAPK的关 系，认为 MAPK的激活可能出现在植物抗病反应 的早期阶段⋯ 。 2 钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶(CDPK) 胞质游离钙离子是植物细胞信号转导中最基 本的第二信使 ，它几乎介导植物生长发育的所有反 应 细胞内钙的分布是严格区隔化的，其中胞质游 离钙离子浓度最低，而且保持钙的恒稳态是细胞正 常生长发育的前提。只有当细胞感受到刺激信号 时．胞质游离钙离子浓度才会发生短暂而复杂的变 化，产生第二信使，将刺激信号以独特的方式传递 下去 钙信号的进一步传递，是经钙离子的受体蛋 臼、CaM和钙依赖蛋白激酶等完成的 ． 动物中钙依赖蛋白激酶为 Ca ／CaM依赖的 蛋白激酶 CaMK和 ca ／磷脂依赖 的蛋 白激酶 PKC 植物中 Ca ／CaM依赖的蛋 白激酶已有报 道，传统意 义上的 PKC在植物中的存在也有报 道 ，但植物中还存在着一种独特的钙依赖蛋白 激酶——cDPK，它的全称为：钙依赖而钙调素不依 赖的蛋白激酶 (calcium—dependent and ealmodulin— independent protein kinase)或类似钙调素结构域的 蛋白激酶 (calmodulin—like protein kinase)。它是 目 前植物中研究较多、了解较为清楚的一类蛋白激 酶，厂‘泛分布于植物、藻类和一些原生动物中，但 高等动物中没有 在植物中，从根到茎、叶，包括果 实、种子，都可检测到 CDPK的存在 Jo] CDPK 在细胞内的亚细胞定位也几乎涉及了所有的细胞 器，包括质膜、共生膜、微粒体膜、细胞骨架、胞质、 细胞核和叶绿体、线粒体等 ’ 。 CDPK在结构上具有明显的特征 分析 CDPK 的氨基酸序列，它具有3个功能区，从 N端起依次 为催化区、连接区和调控区。催化区由200多个氨 基酸残基组成．具有典型的 Ser／Thr蛋白激酶催化 保守序列；连接区由2O一3O个氨基酸组成．在各类 功能区中最为保守 ，富含碱性氨基酸，紧靠催化区 而以拟底物的方式与催化区结合起自抑制作用．所 以该区又称自抑制区；调控区是 CDPK自别于其它 激酶类型的特有区域，有一段结构和功能类似于 CaM的氨基酸序列组成 ，区内共有 4个与 ca 结 台的EF手型结构，这是 CDPK对 ca 高度亲和而 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第37卷 第 3期 ，2001年 6月 不依赖于CaM的原因。调控区的氨基酸序列保守 性最差，不同的 CDPK在钙结合区的结构上有差 异。ca“与CDPK的调控区结合后，CDPK被活化。 活化机制有两种．一种是结合后诱导了调控区与连 接区的结合，从而解除了连接区与催化部位的结 合，也就解除了自抑制作用，这是一种与 Ca“／CaM 依赖的蛋白激酶相似的作用方式；另一种作用机制 是使 CDPK的 CaM类似区发生了构象变化，这 变化直接将连接区“挤出”或“拖出”了 自抑制位 点，而解除了自抑制作用。植物可能同时利用上述 两种机制介导着不同的 ca 信号。另外，从拟南 芥中克隆出的8种CDPK，在催化区前端都带有一 段长短不一的序列，称为可变区，8种 CDPK在此 段很少有同源关系，目前还未弄清这段序列对 CD— PK作用的生理意义。据推测，编码 CDPK的基因 是由原有 的 2个基因融合而成 的，一个是编码 Ca ／CaM蛋白激酶催化区和自抑制区的基因，一 个是编码 CaM的基因 ’“。 CDPK可以像 CaM 一样受 CaM 的拮抗剂如 W7、氯丙嗪 、三氟拉嗪、Calmidazolin等抑制 但 CaM拮抗剂抑制 CDPK的浓度要比抑制 CaM依赖 酶的浓度大，如 w7抑制纯化的 CDPK的半抑制浓 度 (IC )为 1]0 p．moJ，I ，抑制不纯的 CDPK的 Ic 。为400 p,mo]·L ，而抑制 CaM依赖酶的 Ic5。 在50 p．mol，L 左右。CDPK与 ca“结合后，可将 其疏水基团暴露出来，而以钙依赖的方式与疏水介 质如苯琼脂糖(phenyl—sepharose)结合。此外，一些 脂类和碱性多肽也会影响 CDPK的活性，碱性多肽 抑制 CDPK的活性．而 一些脂类如磷脂酰肌醇、溶 血磷脂酰胆碱则激活 CDPK。CDPK的自抑制区 (也即连接区)极富碱性，碱性多肽的抑制作用可 能类似于自抑制区的作用 ；而带负电荷的脂类可能 中和了CDPK的带正电荷的碱性抑制，从而激活了 CDPK活性，而且脂类的激活作用小于钙的激活效 应 -”。。 经纯化的 CDPK为单体酶， 在 40 000～ 90 000。Mg“是激酶的重要辅助因子，在体外检测 CDPK活性时，要求反应介质中有 5～10 mmo]· Mg“存在。纯化 的 CDPK在 mmol·L 级 Mg“存在的情况下．受 p,mol·L 级 ca 的激活， 2 p,md· 。就可使酶活达最高值的一半，受 ca“ 激活的程度在 50～100倍。有时所测得的 CDPK 活性对 ca“的敏感性不高，可能是酶的纯度不高 或纯化时发生部分水解而丧失了调控区造成的 ca 激活 CDPK是与其直接结合起作用的，CDPK 活性达到最高时原则上只受 ca“的激活而不需要 CaM或磷脂和 DAG的作用。组蛋白Ⅲ一s是绝大部 分 CDPK的最适外源底物，由于它被 CDPK磷酸化 的作用受生理浓度范围内的 KCI的抑制、所以推测 它可能不是 CDPK的体内底物 此外、不同来源的 CDPK对组蛋白Ⅲ一S的亲和力不同，如大豆和水稻 中CDPK对其亲和力强，而杜氏盐藻的亲和力则要 差些 。 虽然 CDPK普遍存在，生物特性研究也 比较 多，然而人们对它在植物信号转导中的生理功能却 了解甚少 。近年来的研究表明，CDPK与植物的 胁迫反应璃密切关系。Sheen等 !利用报告基因 和效应基因共表达的方法，发现玉米原生质体 CD— PK1和 CDPKla能激活可被干旱和高盐胁迫诱导 的启动子，去除 CDPK1激酶区的突变体对胁迫和 ABA刺激设有反应 Pestenaacz等 发现玉米和 高粱根中的CDPK经PEG处理 1 h后，活性明显升 高 Urao等 从拟南芥中分离了编码 CDPK的2 个 cDNA克隆(cATCDPK1和cATCDPK2)；No．hem blot分析表明在干旱和高盐胁迫下，这两个基因的 mRNA被迅速诱导。 CDPK体内底物的识别是了解其生物功能的 重要线索 ，迄今推测的 CDPK底物主要有：一是结 瘤素 (nodule)26，它是一种跨膜运输蛋白，是通道 蛋白的同系物，可能在代谢物跨越豆科根瘤共生膜 运输时起作用；二是质膜质子泵 (H’一ATPase) ， 由它产生对细胞生长所必需的 pH梯度和电势梯 度，CDPK对其产生的磷酸化可能发生在 C一末端区 域 ，也可能不在c一末端 ，并不排除多种调节机 制存在的可能性 ；三是细胞骨架 ，这是植物细胞 中发现的CDPK的最有意义的功能。免疫细胞化 学研究证明，CDPK在花粉管和节间细胞中与肌动 蛋白微纤丝定位在一起，这两种细胞中钙依赖的肌 动肌球蛋白与器官或囊泡的定位移动有关；玉米花 粉萌发和花粉管的伸长需要花粉特异的 CDPK参 与 ：CDPK还参与 了植物细胞肌动张 力的调 节’ 。这些研究表明 CDPK与胞质环流、器官运 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第 37卷 第 3期 ，2001年 6月 动关系密切。另外，还发现叶片硝酸还原酶、磷脂 酰肌醇4激酶、氯离 子 通道 钾离子 内 向通道 (KAT1)、水孔蛋白以致逆境诱导的启动子 HVA1 等也可能是 CDPK作用的底物 。 “ 。而钾离子 和氯离子通道 水孔蛋白以及质子泵，在逆境胁迫 尤其是盐胁迫反应中起重要作用。 3 其它类型的蛋白激酶 3．1 受体蛋白激酶 (RPK) 受体蛋白激酶位 于 细胞膜上，能够感受外界刺激，并参与胞内信号转 导过程 它由胞外配体结合区(extraeellularligand— binding domain) 跨膜区(trm]smembrane domain)和 胞质激酶区(eytosolic kinase domain)3个结构域组 成。胞外配体结合区的功能是识别配体感受外界 信号．跨膜区则将被胞外配体识别的信号传递给胞 质激酶区．而胞质激酶区能够通过磷酸化作用将信 号传递给下 一级信号传递体。目前 已在多种高等 植物中分离出 系列受体蛋白激酶基 因 !⋯，并 分析了它们的基因特征和表达特性。例如 Hong 等 从拟南芥植株分离到一种类似受体的蛋白激 酶基因RPKI，该基因编码的氨基酸序列包含蛋白 激酶中的 11个保守亚区，属丝氨酸／苏氨酸蛋白激 酶类型．具备胞外配体结台区、跨膜区和胞质激酶 区等全部受体蛋白激酶的特征区 此外RPKI激酶 的胞外部分含有富亮氨酸重复序列(LRR leucine— rich repeat sequence)，该序列参与蛋由质 一蛋白质 间的相互作用．与感受发育和环境胁迫信号有关。 表达特性分析表明，RPKI在植物的根、茎、叶和花 中都能够表达 ，干旱或高盐(250 mmol·L。。NaCI) 胁迫下，1 h内 RPK1的表达显著增强，6 h后达到 峰值，并至少在此后的 18 h内保持稳定的高表达。 此外，低温及脱落酸处理也能快速诱导该基因的表 达。 3．2 核糖体蛋白激酶 从拟南芥中分离到一类蛋 白激酶基因——Az 和 ATPK19 ，它们编码的 氨基酸序列分别与动物核糖体蛋白s6激酶 t'70 和PPgO 有很高的同源性 ，在动物中PTO 能够通 过磷酸化 40S核糖体蛋 白 S6而激活蛋 白质的台 成 。ATPK6和 ATPKI9基因的核苷酸序列有 82％的同源陆 它们均能被干旱、高盐或低温诱导， 但ATPK19从被 导到表达高峰所需时间 比A PK6短，例如低温胁迫下 ATPK19的表达量 1 h后 明显增加．2 h后达到峰值，而ATPK6则分别需要 2 和 10 h；高盐胁迫下也类似。此外，ATPK19的表达 能被 2，4-D轻微诱导，而不受 ABA的影响，但 4 PK6的表达能同时被2，4一D和 ABA诱导。研究表 明MAPK所催化的磷酸化能够激活 PFgO ，而且 ATPK19的表达方式与编码 MAPK的 ATMPK3和 ATMEKK1的表达方式颇相似：(1)在干旱、高盐或 低温诱导下，它们均在 5 rain内开始表达 ；(2)它们 都不被外源ABA诱导，所以ATPK19可能在由渗透 胁迫引起的不依赖于 ABA的信号传递 中起作用 由于 s6激酶参与蛋 白质的合成．所 以 ATPK6和 ATPKI9可能通过增加某些特定蛋白的台成使植物 对外界胁迫作出反应 。 3．3 转录调控蛋白激酶 最近从拟南芥果实中分 离鉴定出的一种新的蛋白激酶，其氨基酸序列与酵 母(Saccharomyces cerevisiae)dbf2基因编码的氨基 酸序列具确很高的同源性 ，并且编码该激酶的基因 At—d 能补偿酵母 d ，2突变体的功能缺陷．故被 称为 At．DBF2 。At—DBF2的同源物酵母 DBF2 蛋白激酶是酵母 CCR4转录复台物的重要组分，该 转录复台物参与酵母生长、细胞周期、染色正常结 构维持、氨基酸台成等多种生命话动相关基因的表 达，同时还影响一系列转录因子、如 TFIIB，RPBI， SRB2，SRB4等的活性 ，所以At—DBF2很可能是 植物的一种转录调控蛋白激酶．位于信号传递的下 游．作为转录复台物的重要组分．在转录水平上调 控基因的表达。研究表明，At—DBF2激酶亦属丝氨 酸／苏氨酸蛋白激酶类，同样包含有 11个蛋白激酶 的保守亚区。高盐、低温及脱水均能很快诱导 A 一 她f2基因的表达，转化实验亦显示 、At．d§ 超表达 的酵母 DY株系抗高盐、低温及脱水能力均比对照 有所提高。同时，分别将 At—dbf2及其反义 RNA转 人烟草 BY2细胞系．使它们在烟草细胞中过量表 达，经高盐、干旱、低温或高温处理 2周后发现，稳 定表达At—d 基因的烟草细胞系抗胁迫能力明显 强于转人反义 RNA的细胞系D8,49。 4 结束语 蛋白质的磷酸化与去磷酸化是生物体中普遍 存在的一种调节机制，它在细胞的信号识别与转 导中起着重要作用。植物的蛋白磷酸化与去磷酸 化研究起步虽然较晚，但随着越来越多蛋白激酶 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第 37卷 第 3期 ．2001年 6月 类型的发现，由蛋白激酶所催化的蛋 白磷酸化作 用在植物细胞信号转导中的地位显得越来越重要 另外，许多编码植物蛋白激酶的基因已经分离出 来，并且发 现这类基 因可能 占到植物 总基因的 2％ ～3％ [5ol 。 然而人们对大多数植物蛋白激酶的 功能还不甚了解，它们对基因表达和代谢过程的 调节机制 、偶联胞外刺激和胞内反应的方式以及它 们调节的功能蛋白等许多问题还有待进一步的研 究。 参与环境胁迫信号的传递是蛋白激酶的重要 功能之一 ，但在许许多多的蛋白激酶中只有 MAPK 研究得较清楚。尽管如此，MAPK家族新成员还 需要进一步分离鉴定，各级成员之间的相互关系也 需要进一步明确，MAPK级联途径模型仍有待进一 步完善。CDPK是植物和低等动物所特有，RPK能 直接识别胞外刺激，转录调控蛋白激酶以及核糖体 蛋白激酶参与 了，基因的转录和蛋白质合成，它们在 传递环境胁迫信号中的作用非常重要，但人们对此 了解却很少 植物在进化过程中形成了一套非常 完善的适应不良环境的机制，同一信号刺激，能引 发不同的信 号传递途径，各条途径之间存在复杂的 交叉转导作用，各种各样的蛋白激酶在传递逆境信 号的过程中同样有交叉作用，所以在现有研究基础 上彻底弄清各条途径以及各种蛋白激酶之间的相 互关系，对于揭示植物逆境信息传递的机制有重要 意 义 参考文献 1 Davies wJ．Zhang J Root signals and the regulation of and d~elopment of pl~ts in drying soil Atom R Plant Ph iot plant Mol 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may mediale the glbberdtic acid response in barley aleumne P m Ph ． ~io．1998．116：765—776 16 T】 m C Pfo~ser M Jo~mi C at Evidence for the aetivalion of a MAP kinase upon phosphate-induced cell eyele ·entry in 10bac- }cells Ph~iol Plant，1998 102：532～538 17 Chitlara E，Seger R，Piek U Acti*afim~of a 74 kDa pi⋯ ⋯ bmne protein kitu~e by hyp⋯ m0tlc sh~ks in the haMto~erant alga D~naliella sa~ma J Pl~tt Physio1．1997．151：429～436 18 McGrath RB．Eeker JI ．Ethylene signaling in 4mbtdopsia ~．ents fn Jm the memhrane~1o the n~c[eu s Pf “ Phyazo d Big'hem l998 36fI一2 103～113 19 Kovtun Y．Chu／WL．Zeng W et al Suppression ~uxin signal lransduetion by a MAPK cascade in higher plants ㈣ 1998 395：716—720 20 Bngrel_．Caldefini 0．Binarova P at A MAP kin~eis activated lale in plant nfil~is and he~omes localized 1o the plane of cell divi— s1111i Plo~zt Ce．q．【999．11 101一ll3 21 Y Z Signal transdueing pinteins in pl~ts ⋯ ⋯ Tew In Ve~ma DP8(ed) Signal tran~duelion in plant growth and develap- ⋯ t Bedin：Sptinger-Verlag／Wien．1996 1—38 维普资讯 http://www.cqvip.com 植物生理学通讯 第 37卷 第 3期 ．2001年 6月 191 22 I'ena G．Renaudm JP Cylosoli acidification but not auxin at physiolc~gmal eoncentraPon is all acti,'ator of M gP kinm,es in toby"一 37 cu ells H r J I998．16：173～I82 23 I iu{) K~uga 5t Sakuma Y el口 Pwo traaseripgon factor； 38 I／REBI mid 1)RE112 with an EREBP／AFE DNA binding domain sepamte lwIl eellul~ signal lranscrlpthm pathways in drought and low—temperature responsive gene expression I respee~vely，in．4ru 39 btdopsis Plant Cel1．I998 ，l0：1 391～1406 24 Mizognchi Ichimura K．1fie K ]dent+ficallon of possible MAP kina e c~scatle 1n Arabldopsia th~iana based on pai~ se Ye two—h?brid analysts mtd Junctional complementation teflt8 of yea 40 mu1且nb lwtt 1998．437：56～6O 2．5 Wu+gier Mut~hy SM．Saito H Two一~mponent signal traneducem a．d MAPK e~ ades T~tLd Bioeh*ra Sci．1997．22：172～1 76 26 Bogre L．Ligterlak W ．M~kiene l et Wounding induces 1he rapid曲d transient activation of a specific MAP k】na艘 pathway 4l plant 0 I 997 9：75～83 27 S S，Okam rItD M Seto H al q'obar．co MAP kin~e： Fm sible medJatOl⋯ und signal tmoeductiI)11 pathways 5ci．I995 ． 270 42 t988～1992 2g 【 b】1】n—Gamin A Ouaked F Chillz A al &ctivation 0f MAPK homoIognes by elhIt0 in tI】b ac‘_rI cells Pl~tt J，1998．15l6)： 43 773～78I 29 lagtennk W，Kroj Nieden UZ ll~eplor-mediated actiwtmn of a MAP klna in pathogen defense of plants Sci． 1997．276： 44 2054～2057 30 Bush I)S CaIclum ~gulation in plant cells mtd its role in slgna— lmg ^¨ H Plattt Physiol Plmzt Mol Bio1．[995．46 95～122 45 31 grabskt S．Amoys E．Busch B et al Regnlafion of atria tension in plant cem by ki r se and ph~phatasm Plato Physlo~．】998． 116 279～290 32 H~ lon AL： YI H f{C．McCaffetT C P~udosubstmte inhibitton of 46 CI)PK． I+rotei,I k⋯ase w-ilh a calmed ulln—like domaii1 Bwchem 】994 33 278～7287 33 Hrabak EM，J)mkmann IJ．garter'lee．IS et f Chamclenaafi