楊正婷劉建祥

（1. 貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 貴州省植物生理與發(fā)育調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550001；2. 復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200433）

植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答研究進(jìn)展

楊正婷1劉建祥2

（1. 貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 貴州省植物生理與發(fā)育調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550001；2. 復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200433）

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是所有分泌蛋白和大部分膜蛋白合成和折疊的場所。當(dāng)植物處于逆境時(shí)，錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白會(huì)大量積累在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫，為了緩解脅迫，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)保守的未折疊蛋白應(yīng)答途徑去幫助蛋白折疊，或?qū)㈠e(cuò)誤折疊蛋白降解。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答在植物發(fā)育、抗逆、抗病等過程中發(fā)揮了重要的作用?？偨Y(jié)了近年來內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫在植物中的相關(guān)報(bào)道，對膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫之間的關(guān)系進(jìn)行了闡述，并提出在研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫途徑中未解決的問題，以期為進(jìn)一步理解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫和抗逆的關(guān)系提供一些參考。

蛋白折疊；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫；未折疊蛋白應(yīng)答；膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子

DOI：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.10.005

在真核生物中，蛋白質(zhì)的合成過程極其復(fù)雜，合成的主要場所是細(xì)胞質(zhì)中的核糖體。對于一些大分子蛋白，例如，約占細(xì)胞總蛋白1/3的分泌蛋白和膜蛋白等需要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的折疊和修飾，只有正確折疊和修飾后的蛋白質(zhì)才能被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體等細(xì)胞器中發(fā)揮生物功能［1，2］。蛋白質(zhì)折疊過程精細(xì)復(fù)雜，容易受生長發(fā)育期或外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致蛋白不能折疊或者錯(cuò)誤折疊［3］。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擁有一套完備的系統(tǒng)，用于清除分泌途徑中的未折疊蛋白和錯(cuò)誤折疊蛋白。當(dāng)遭遇干旱、高溫、鹽害等脅迫后，蛋白折疊需求超過蛋白折疊和降解系統(tǒng)的能力時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)積累大量未折疊蛋白或者錯(cuò)誤折疊蛋白，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫（ER stress），細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)未折疊蛋白應(yīng)答途徑（unfolded protein response，UPR），調(diào)節(jié)一系列下游基因如分子伴侶等幫助蛋白正確折疊，或加速錯(cuò)誤折疊蛋白的降解［4，5］。

在研究植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答中，主要利用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑衣霉素（tunicamycin，TM）和二硫蘇糖醇（dithiothreitol，DTT）處理植物（細(xì)胞），誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。衣霉素能特異阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白折疊過程中的糖基蛋白N-糖基化，未正確糖基化的糖基蛋白不能被分子伴侶識別，無法正確折疊，造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯(cuò)誤折疊蛋白的積累。二硫鍵的形成對于許多蛋白的折疊也很重要，還原劑DTT能破壞蛋白折疊過程中二硫鍵形成所需要的氧化條件，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中某些蛋白錯(cuò)誤折疊。通過檢測下游基因，例如，幫助內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊的分子伴侶BiP等的上調(diào)表達(dá)來判斷植物是否受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。本文對前人關(guān)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答途徑的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，并對植物中膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫之間的關(guān)系進(jìn)行闡述，以期為進(jìn)一步討論內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的研究者提供一些參考。

1　蛋白折疊與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞重要的細(xì)胞器，所有分泌蛋白在合成之后都需要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)一步加工折疊，才能被分泌到細(xì)胞外，發(fā)揮功能。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行的修飾和加工主要包括糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，蛋白折疊主要通過一些分子伴侶和輔助因子來協(xié)同完成。分子伴侶可以與非天然狀態(tài)的蛋白質(zhì)結(jié)合，以幫助他們穩(wěn)定原生狀態(tài)，分子伴侶并不直接參與折疊過程，它們只是防止蛋白錯(cuò)誤聚集，提高折疊的效率［6］。

1.1蛋白折疊方式

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中聚集大量錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生一種毒害作用，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的主要原因。因此，調(diào)控蛋白正確折疊是細(xì)胞維持自我平衡的關(guān)鍵。初生肽鏈通過Sec61易位子復(fù)合體進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白折疊調(diào)控通路［7］，根據(jù)初生蛋白是否具有糖基化位點(diǎn)分為兩種蛋白折疊通路：（1）糖基化蛋白被糖基轉(zhuǎn)移酶（oligosaccharide transferase，OST）識別后進(jìn)入鈣聯(lián)蛋白/鈣網(wǎng)蛋白（CNX/CRT）循環(huán)中進(jìn)行折疊；（2）非糖基化蛋白主要依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的分子伴侶BiP以及其它輔助因子組成復(fù)合體進(jìn)行蛋白折疊［8］。

1.1.1糖基蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的折疊方式 糖基蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的折疊主要是一種由凝集素CNX/CRT介導(dǎo)的蛋白折疊方式。糖基化是一種重要的翻譯后修飾，在肽鏈生物合成后，糖鏈在酶的催化下被接到肽鏈上的特定糖位點(diǎn)，稱為蛋白質(zhì)糖基化。大部分在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白最終都會(huì)被N-糖基化［9］。糖鏈的存在對肽鏈的折疊、糖蛋白的進(jìn)一步成熟、分揀、投送以及最后的定位都有重要影響［10］。對于初生糖蛋白的折疊主要有4種方式：OST介導(dǎo)的N-糖基化修飾、結(jié)合蛋白折疊裝置CNX/CRT、UGGT催化重新糖基化和ERAD途徑執(zhí)行降解。

（1）OST介導(dǎo)的N-糖基化修飾：Asn-X-Ser/Thr三個(gè)氨基酸殘基的序列稱為糖基化位點(diǎn)（其中X是除Pro以外的任意氨基酸）。N-糖基化是指蛋白的糖鏈與肽鏈的天冬酰胺氮（Asn-X-Ser序列）以共價(jià)鍵連接［11］。含有糖基位點(diǎn)的初生多肽鏈通過Sec61復(fù)合體進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，OST將預(yù)先裝配好的脂（長醇）連低聚糖轉(zhuǎn)移到糖基蛋白的天冬酰胺殘基上。通過不斷加入低聚糖形成一個(gè)LLO單元Glc3Man9GlcNAc2。通過葡糖苷酶I和II分別除去末端α-1，2-葡萄糖和α-1，3-葡萄糖得到蛋白折疊的核心寡糖Glc1Man9GlcNAc2。衣霉素（tunicamycin，TM）誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的主要原理就是通過阻斷天冬酰胺連接的N-糖基化過程，導(dǎo)致低聚糖不能連接到初生蛋白上，其它分子伴侶因無法識別初生蛋白上的糖鏈而不能幫助蛋白折疊，導(dǎo)致初生多肽鏈成為未折疊蛋白積累在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。擬南芥中糖基轉(zhuǎn)移酶OST由5個(gè)亞基組成：DAD1、DAD2、STT3A/STT3B、DGL1和HAP6。其中At-DAD1和At-DAD2被認(rèn)為是參與到糖基轉(zhuǎn)移酶OST的識別定位［12］，過表達(dá)At-DAD1和At-DAD2能抑制紫外損傷引起的DNA片段化［13］。在擬南芥中，單突變體stt3a-1和stt3b-1植物仍然能生存，但是雙突變體stt3a-1stt3b-1植物會(huì)胚胎致死。DGL1（defective glycosylation1-1）是糖基化轉(zhuǎn)移酶中重要的亞基，如果在擬南芥中突變掉DGL1，會(huì)削弱蛋白的糖基化，影響細(xì)胞分化和生長［14］。表明OST對于植物生長非常重要并且不同亞基有功能冗余的現(xiàn)象［15］。

（2）結(jié)合蛋白折疊裝置CNX/CRT：外源凝集素鈣聯(lián)蛋白（calnexin，CNX）和鈣網(wǎng)蛋白（calreticulin，CRT）是凝集素樣分子伴侶，具有相似的專一性，參與糖蛋白的折疊質(zhì)量控制過程，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白折疊的主要場所，進(jìn)入該場所必須是先被低聚糖鏈修飾后的糖蛋白。鈣聯(lián)蛋白存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中需Ca2+的凝集素樣分子伴侶蛋白。鈣聯(lián)蛋白是一種膜定位蛋白，鈣網(wǎng)蛋白定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，可結(jié)合新合成的未折疊完全的肽鏈的寡糖鏈，防止蛋白質(zhì)彼此錯(cuò)誤聚集。在脅迫情況下，蛋白折疊的核心寡糖Glc1Man9GlcNAc2，結(jié)合到有效的質(zhì)量控制系統(tǒng)CNX/CRT，進(jìn)入CNX/CRT折疊循環(huán)途徑。

（3）UGGT催化重新糖基化：當(dāng)糖蛋白折疊不完全或折疊錯(cuò)誤，由UDP葡萄糖糖蛋白糖基轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucose：glycoprotein glucosyltransferase，UGGT）催化其重新糖基化［16］。UGGT不能識別折疊正確的蛋白質(zhì)，但UGGT能夠識別不完全折疊的糖蛋白，通過糖苷II和UGGT逐步除去末端的寡糖形式的α-1，3-葡萄糖，重新添加并且催化其葡萄糖基化，指導(dǎo)蛋白再次進(jìn)入CNX/CRT循環(huán)。

（4）ERAD途徑執(zhí)行降解：無法恢復(fù)正確構(gòu)象的糖蛋白，為避免在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過度堆積造成危害，則從 CNX/CRT循環(huán)中釋放出來，由葡萄糖苷酶I和葡萄糖苷酶II共同作用下，α甘露糖苷酶樣蛋白EDEM（ER degradation-enhancing α mannosidase like protein）結(jié)合［17］，去掉部分甘露醇形成的Man5GlcNAc2形式，被外源凝集素OS9識別C鏈末端α-1，6-甘露糖殘基后進(jìn)入泛素-蛋白酶體ERAD途徑中將其降解。ERAD途徑使永久錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)返回胞液，被蛋白酶體降解［18］。

1.1.2非糖基蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的折疊方式 初生蛋白通過Sec61復(fù)合體后，沒有糖基化位點(diǎn)的蛋白與定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的熱激蛋白ERdj3B直接結(jié)合后，招募BiP［19］。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，類基質(zhì)衍生因子SDF2（stromal-derived factor-2）與其它輔助因子包括BiP和ERdj3B形成復(fù)合物來幫助初生蛋白折疊［20］。PDI也能與非糖基化蛋白作用幫助蛋白形成二硫鍵。正確折疊的糖基蛋白和非糖基蛋白被挑選后通過分泌途徑轉(zhuǎn)運(yùn)到其它細(xì)胞器中。糖蛋白EFR發(fā)揮功能必須依賴于SDF2和ERdj3B。EFR是擬南芥抗病途徑PRRs之一，能識別細(xì)菌EF-Tu，幫助植物抵抗細(xì)菌病害。當(dāng)用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM和DTT處理植物，能誘導(dǎo)SDF2轉(zhuǎn)錄，EFR的蛋白量增加；去掉SDF2后，會(huì)導(dǎo)致EFR蛋白不穩(wěn)定［21］。說明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下非糖基化蛋白的正確折疊也是非常重要的。

1.2蛋白折疊過程中的輔助因子

在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊過程中，蛋白折疊需要分子伴侶或協(xié)同分子伴侶的輔助調(diào)節(jié)，分子伴侶能夠幫助穩(wěn)定初生蛋白的狀態(tài)，防止蛋白錯(cuò)誤折疊。分子伴侶是指一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)，它們在細(xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組分。在蛋白折疊中，分子伴侶能夠與其它非自然態(tài)的蛋白短暫互作后幫助它們進(jìn)入自然態(tài)，雖然不能指導(dǎo)蛋白折疊后輸出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，但它們能夠提高蛋白折疊效率。熱休克蛋白HSP70就是已知的一大類分子伴侶。

1.2.1BiP BiP（binding protein）屬于熱休克蛋白HSP70家族，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)含量很高的分子伴侶［22］。能夠與Sec61易位子復(fù)合物一起結(jié)合到進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的初生多肽鏈，避免初生多肽鏈表面的疏水結(jié)構(gòu)間聚合。BiP是免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白，在N端有核酸結(jié)合位點(diǎn)和ATP 酶活性。在與ADP結(jié)合的狀態(tài)下，BiP對蛋白有高親和的結(jié)合力；而在有ATP結(jié)合的時(shí)候，BiP能釋放結(jié)合的蛋白［23］。BiP對蛋白的結(jié)合和釋放過程由輔助因子DnaJ調(diào)控，主要是通過促進(jìn)ATP水解或者ATP：ADP的交換來完成［24］。在擬南芥中有3個(gè)BiP基因：BiP1、BiP2和BiP3。BiP1和BiP2蛋白序列非常相似，在植物生長過程中表達(dá)量較高，受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM/DTT和高溫誘導(dǎo)上調(diào)。BiP3正常情況下表達(dá)量很低，但是受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的誘導(dǎo)大幅度上調(diào)表達(dá)［25-27］。擬南芥BiP基因表達(dá)還受其他環(huán)境脅迫的調(diào)控，例如干旱、冷、病蟲害等［28，29］。在大豆和煙草中過量表達(dá)BiP［30］，植物耐旱性提高［31］。在植物體內(nèi)敲掉BiP2后，植物對病蟲害侵染過程非常敏感，PR1的轉(zhuǎn)錄水平下降，其中PR1是聯(lián)系分泌系統(tǒng)和系統(tǒng)獲得性抗性系統(tǒng)之間的重要基因［32］。另外，在植物生長發(fā)育過程中，當(dāng)特定細(xì)胞中分泌蛋白表達(dá)量較高或蛋白折疊錯(cuò)誤時(shí)，BiP基因也上調(diào)表達(dá)，表明BiP蛋白在蛋白折疊過程中發(fā)揮重要作用［33］。水稻BiP1主要在種子成熟過程中表達(dá)，大幅度抑制（BiP1 KD）或者顯著過量表達(dá)（BiP1 OE）BiP1基因不僅改變了種子的表型和胚乳細(xì)胞的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，還降低了胞內(nèi)貯藏蛋白的濃度、淀粉的積累和籽粒的重量［34］。

1.2.2CNX / CRT 外源凝集素鈣聯(lián)蛋白（Calnexin，CNX）和鈣網(wǎng)蛋白（Calreticulin，CRT）是凝集素樣分子伴侶［35］，具有相似的專一性，參與糖蛋白的折疊質(zhì)量控制過程，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白折疊的主要場所。在脅迫情況下，首先葡萄糖苷酶I快速酶切低聚糖A鏈上α-1，2鍵連接的第14位葡萄糖，隨后葡萄糖苷酶II酶解去除A鏈上α-1，3鍵連接的第13位葡萄糖，形成蛋白折疊的核心寡糖Glc1Man9GlcNAc2，結(jié)合凝集素進(jìn)入CNX/CRT折疊循環(huán)途徑［3］。在擬南芥中，CRT有3個(gè)異構(gòu)體（CRT1-3），CNX有2個(gè)異構(gòu)體（CNX1-2）。CNX的胞外域與CRT結(jié)構(gòu)非常相似，都有球形結(jié)構(gòu)域、脯氨酸結(jié)構(gòu)域（富含脯氨酸的發(fā)卡結(jié)構(gòu)）和C結(jié)構(gòu)域。兩者的主要區(qū)別在于CNX是I型膜蛋白，在脯氨酸和C結(jié)構(gòu)域之間含有跨膜域［36，37］。CRT和CNX的N末端球形β-sandwich結(jié)構(gòu)域都能作用于初生糖蛋白上的單葡糖苷低聚肽鏈［3］。CRT和CNX的N結(jié)構(gòu)域在植物中非常保守，有2個(gè)標(biāo)志性基序：KHEQKLDCGGGYVLL和IMFGPDICG。盡管擬南芥CRTs的N結(jié)構(gòu)域序列中含有一個(gè)潛在的N糖基化位點(diǎn)，但是至今沒有報(bào)道稱擬南芥CRTs被富含甘露糖的低聚糖糖基化。CRT和CNX的P結(jié)構(gòu)域包含2個(gè)三聯(lián)重復(fù)，通過與Ca2+結(jié)合維持發(fā)卡構(gòu)型。擬南芥突變掉CRT3后，植物出現(xiàn)bril-9的表現(xiàn)，表明CRT參與調(diào)控BRl1受體的折疊。小麥（Triticum aestivum）CRT（Ta-CRT）受干旱誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)，在煙草中過量表達(dá)Ta-CRT能提高植物耐旱性［38］。

1.2.3GRP94 與BiP分子伴侶類似，GRP94也是一類內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中含量較高的分子伴侶，受葡萄糖調(diào)控。在擬南芥中只有一個(gè)GRP94的同源基因SHD（SHEPHERD），受TM和DTT誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)。通過生化和細(xì)胞生物學(xué)手段發(fā)現(xiàn)，SHD在體內(nèi)有分子伴侶活性，并且底物非常特異。將SHD敲掉后植株表現(xiàn)為頂端大小異常，類似clavata突變體的表型，遺傳學(xué)分析表明在高溫脅迫的條件下CLV蛋白的合成需要SHD參與［39］。

1.2.4Ero1 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，蛋白二硫鍵的形成需要在氧化狀態(tài)下進(jìn)行。在酵母中，氧化還原物主要有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原酶1（ER oxidoreductase 1，Ero1p）［40］。Ero1p是一個(gè)定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的膜結(jié)合蛋白，在二硫鍵形成中能直接傳遞電子到分子氧。擬南芥中也有兩個(gè)同源基因：AERO1和AERO2，也參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫［41］。水稻的ERO1也定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，對水稻胚乳中蛋白的二硫鍵形成非常重要［42］。

1.2.5PDIs 氧化還原蛋白PDI（蛋白二硫橋異構(gòu)酶），參與鈣聯(lián)蛋白/鈣網(wǎng)蛋白循環(huán)，幫助蛋白折疊形成構(gòu)型穩(wěn)定的二硫鍵［43］。在酵母中，ERp57類硫氧還蛋白結(jié)合到CNX1/CRT1的復(fù)合物上與糖蛋白相互作用。目前不知道擬南芥是否存在與ERp57同樣功能的PDIs，但是在擬南芥中的同源物是PDI家族。擬南芥基因組中共編碼12個(gè)PDIs，其中9個(gè)含有信號肽和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位信號。PDIs在催化過程中需要不同的氧化還原物，用于氧化半胱氨酸形成二硫鍵，還原異構(gòu)化過程中非天然鍵。錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)暴露部分疏水區(qū)，PDI直接以二硫鍵與目的糖蛋白相連，然后將其引入ERAD 途徑［18］。PDIs不僅催化形成二硫鍵，而且當(dāng)?shù)鞍仔枰謴?fù)到天然狀態(tài)時(shí)，PDIs能夠催化非天然鍵異構(gòu)化或重組［41］。

1.2.6DnaJ 哺乳動(dòng)物ERdj同源物DnaJ屬于Hsp40家族成員，參與調(diào)控細(xì)胞生物學(xué)過程。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫反應(yīng)中，作為輔助因子通過促進(jìn)ATP水解或者ATP：ADP的交換來調(diào)控BiP對蛋白的結(jié)合和釋放過程［24］。酵母DnaJ基因在擬南芥中的同源基因是Scj1p，命名為At-J1、At-J2、At-J3，但是在擬南芥中的作用知之甚少［44］。Yang等［45］報(bào)道稱擬南芥含有DnaJ和ERdj5C結(jié)構(gòu)域的THERMOSENSTITIVE MALE STERILE1蛋白，在花粉管的耐熱脅迫中發(fā)揮作用。目前水稻中DnaJ功能研究比較少。Yamamoto等［46］發(fā)現(xiàn)水稻OsDnaJ能夠與增殖細(xì)胞核抗原蛋白OsPCNA相互作用，調(diào)控DNA復(fù)制和DNA修復(fù)過程。最近Zhu等［47］在水稻中鑒定出葉綠體定位的OsDjA7/8，降低OsDjA7/8的表達(dá)會(huì)引起水稻葉綠體發(fā)育受損，導(dǎo)致幼苗出現(xiàn)白化致死。

2　經(jīng)典未折疊蛋白應(yīng)答途徑

真核細(xì)胞的蛋白合成和折疊是一個(gè)非常精細(xì)控制的過程。為了維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的精確性，細(xì)胞演化出一種蛋白監(jiān)控信號通路——未折疊蛋白應(yīng)答途徑UPR［48-51］。當(dāng)非正確折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)聚積，會(huì)引發(fā)UPR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，通過調(diào)節(jié)翻譯水平或轉(zhuǎn)錄水平來幫助蛋白正確折疊。其中主要是靠一類定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子傳導(dǎo)信號，目前哺乳動(dòng)物中已知的有3條途徑：IRE1-XBPl［52-54］、ATF6-S2P［55］和PERK/ATF4［56］。

2.1IRE l介導(dǎo)的XBP mRNA非常規(guī)剪接途徑

IRE1（inositol requiring enzyme 1）在酵母中是已經(jīng)報(bào)道的唯一一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感應(yīng)器，在動(dòng)物和植物未折疊蛋白應(yīng)答中也扮演著非常重要的角色。IRE1是一個(gè)單次跨膜的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白質(zhì)，具有胞質(zhì)激酶活性與內(nèi)切核酸酶RNase活性。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊蛋白質(zhì)累積時(shí)，IRE1蛋白形成多聚體，激活I(lǐng)RE1的蛋白激酶活性并發(fā)生自身磷酸化，進(jìn)一步激活其內(nèi)切核酸酶活性，對動(dòng)物XBP1和酵母HAC1的mRNA進(jìn)行非常規(guī)剪切，剪切掉一部分核苷酸，重新編碼新的蛋白形式。該形式具有轉(zhuǎn)錄激活活性和核定位信號，能夠進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)幫助蛋白折疊的UPR基因，從而緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。

2.2ATF6-S2P水解途徑

哺乳動(dòng)物中的ATF6（activating transcription factor 6）屬于一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)II型bZIP家族跨膜轉(zhuǎn)錄因子，N端位于細(xì)胞質(zhì)中，包含一個(gè)堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，C端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。在正常情況下，全長的ATF6被BiP滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下，ATF6被COPII通過膜泡運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體，由定位于高爾基體的兩個(gè)蛋白酶S1P與S2P分步酶切，酶切后的形式不含跨膜域，通過核定位信號進(jìn)入細(xì)胞核，啟動(dòng)下游UPR基因表達(dá)，而這種酶切方式也稱之為膜內(nèi)介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解方式（regulatedintramembrane proteolysis，RIP）。

2.3PERK/ATF4-CHOP選擇翻譯性途徑

PERK（PKR-like ER kinase）是一個(gè)定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的含有跨膜域的激酶，C末端朝向胞質(zhì)，N末端朝向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，具有絲/蘇氨酸蛋白激酶活性，目前只在動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)。翻譯起始因子eIF2的α亞基（eIF2α）結(jié)合GTP后能與tRNA形成翻譯起始復(fù)合物（eIF2-GTP-Met-tRNA）。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，PERK磷酸化真核起始因子eIF2α上的第51位絲氨酸。eIF2α被磷酸化后，能抑制翻譯起始復(fù)合物中GDP與GTP的交換，抑制蛋白質(zhì)的翻譯與合成，從而減少進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白。

3　植物膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答

植物與其他生物的一個(gè)重要區(qū)別在于植物幾乎是不能移動(dòng)的，因此植物在生長發(fā)育過程中不得不忍受和適應(yīng)環(huán)境的改變。蛋白質(zhì)的正確折疊是其行使功能的前提和基礎(chǔ)，而逆境脅迫可能引起蛋白錯(cuò)誤折疊，從而影響逆境條件下植物的生長和發(fā)育。因此，深入研究植物蛋白折疊調(diào)控的遺傳分子機(jī)制，可為通過提高細(xì)胞蛋白折疊能力來增強(qiáng)植物抗逆性奠定基礎(chǔ)。目前在擬南芥中，bZIP家族和NAC家族膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號途徑方面發(fā)揮重要作用（圖 1）。

3.1AtbZIP28 途徑

正常情況下，擬南芥膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子bZIP28通過跨膜域定位在ER中，當(dāng)感應(yīng)到脅迫后（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫、高溫等），bZIP28進(jìn)入高爾基體內(nèi)被絲氨酸蛋白酶S1P和S2P分步酶切，去掉跨膜域，通過核定位信號進(jìn)入細(xì)胞核，上調(diào)一系列與UPR相關(guān)的基因來幫助蛋白折疊［25，58-61］。在哺乳動(dòng)物中，ATF6被BiP滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下，COPII通過膜泡運(yùn)輸將ATF6轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體［55］。植物中有許多被預(yù)測是?？吭趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)出口位點(diǎn)的移動(dòng)高爾基體，不需要中間囊泡的參與，就能將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體；盡管如此，多數(shù)認(rèn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的轉(zhuǎn)運(yùn)仍與COPII裝置有關(guān)。最近的研究證明植物中bZIP28的亞細(xì)胞器間的移動(dòng)也受COPII的調(diào)控［62］。有趣的是，雖然植物和動(dòng)物中S1P和S2P的序列比較保守，但植物的bZIP28和動(dòng)物的ATF6的蛋白序列同源性較低，只有S1P的酶切位點(diǎn)序列比較保守。

3.2AtbZIP60/OsbZIP74途徑

擬南芥bZIP60（水稻bZIP74）和AtbZIP28的活化方式不一樣。AtbZIP60/OsbZIP74的mRNA能夠形成二級發(fā)夾結(jié)構(gòu)被IRE1識別后在mRNA水平進(jìn)行非常規(guī)剪切。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊蛋白質(zhì)積累，IRE1蛋白形成多聚體，激活I(lǐng)RE1的蛋白激酶活性，并促進(jìn)自體磷酸化，進(jìn)一步激活內(nèi)切核酸酶活性，識別bZIP60 mRNA上的雙莖環(huán)結(jié)構(gòu)，去除掉bZIP60 mRNA上的23個(gè)核苷酸后導(dǎo)致閱讀框移碼，提前出現(xiàn)終止密碼子，重新編碼成一個(gè)不含跨膜域的蛋白形式。該形式具有轉(zhuǎn)錄激活活性和核定位信號，能夠進(jìn)入細(xì)胞核，上調(diào)UPR基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞生存［63-65］。植物的IRE1蛋白與酵母和動(dòng)物的IRE1蛋白序列同源性較高，但植物中的IRE1蛋白的剪接底物的核苷酸序列與酵母和動(dòng)物的IRE1蛋白的剪接底物的核苷酸序列的相似性較低。在擬南芥內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫過程中，膜相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子bZIP60通過IRE1調(diào)控的非常規(guī)mRNA剪切活化進(jìn)核后，既可以通過之前報(bào)道的UPRE-I或ERSE-I調(diào)控下游基因，又可以通過UPRE-III誘導(dǎo)NAC103的表達(dá)，然后通過其編碼的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下游基因的表達(dá)，更好地幫助蛋白質(zhì)折疊［66］。

圖 1 植物膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答［53］

3.3NAC062途徑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、囊泡、質(zhì)膜和疏水區(qū)域（植物中的液泡，動(dòng)物的溶酶體）組成真核的分泌系統(tǒng)。NAC062（也稱為ANAC062或NTL6）是植物特異轉(zhuǎn)錄因子NAC家族的成員，其C-末端具有疏水跨膜域。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM可誘導(dǎo)NAC062的表達(dá)上調(diào)，且這種上調(diào)在bzip60突變體中被完全抑制，而在bzip28突變體中不受影響；酵母單雜交和EMSA實(shí)驗(yàn)分析證明bZIP60可以直接結(jié)合到NAC062啟動(dòng)子上。正常情況下NAC062定位在質(zhì)膜上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下，被未知的方式活化后，從質(zhì)膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，活化后的NAC062可以結(jié)合到BiP等UPR基因的啟動(dòng)子，調(diào)控促進(jìn)細(xì)胞生存的基因［67］。

3.4NAC089途徑

在擬南芥內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答中，bZIP28、bZIP60和NAC062都是幫助細(xì)胞生存的正調(diào)控因子，而膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子NAC089（也稱為ANAC089）卻具有促進(jìn)細(xì)胞死亡的功能。通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM和DTT處理，NAC089受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)上調(diào)，且這種上調(diào)在bzip60和bzip28單突變體中部分降低，而在雙突變體zip28zip60中被完全抑制，說明NAC089的上調(diào)依賴于bZIP28和bZIP60。NAC089也是一個(gè)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，正常情況下定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫嚴(yán)重的時(shí)候，NAC089被未知的方式活化，去掉跨膜域進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)控包括NAC094、MC5和BAG6等與細(xì)胞死亡有關(guān)基因表達(dá)；誘導(dǎo)表達(dá)去除跨膜域的NAC089會(huì)導(dǎo)致類caspase 3/7活性增加和DNA片段化等現(xiàn)象。這些研究證明NAC089在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入細(xì)胞核介導(dǎo)細(xì)胞死亡［68］。

4　植物細(xì)胞死亡因子與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答

在動(dòng)物中，線粒體誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡是動(dòng)物細(xì)胞死亡的主要途徑，例如BCL-2家族通過調(diào)控線粒體膜完整性來調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡。目前植物中沒有發(fā)現(xiàn)BCL-2家族同源基因，但是在植物中仍然存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡（PCD）。

4.1異三聚體G蛋白

擬南芥異源三聚體G蛋白在脅迫信號誘導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡中扮演重要的角色。異三聚體G蛋白由α、β和γ三種亞基構(gòu)成，Gα本身具有內(nèi)在的GTPase活性。Wang等［69］報(bào)道異三聚體G蛋白參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅相關(guān)的程序性細(xì)胞死亡。在擬南芥中，Gβ敲除后，在含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)基上比對照野生型和Gα生長得好，暗示Gβ（AGB1）在植物中能促進(jìn)細(xì)胞死亡，但其作用機(jī)制未見報(bào)道。事實(shí)上，Chen等［70］最近的報(bào)道表明Gβ 敲除后，突變體比野生型對照對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑更敏感，AGB1是促進(jìn)細(xì)胞生存的，但其作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。由于G蛋白復(fù)合體的復(fù)雜性，對于了解它在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫中的功能將是一大挑戰(zhàn)。

4.2BAG蛋白

BAG是BCL2家族基因，在哺乳動(dòng)物中和酵母中非常保守，具有包括從抑制生長到促進(jìn)細(xì)胞死亡多種功能［71］。在擬南芥中發(fā)現(xiàn)有7個(gè)BAG同源物［72］。Williams等［73］報(bào)道擬南芥AtBAG7定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，對于維持未折疊蛋白應(yīng)答是必須的。首先通過雙分子熒光實(shí)驗(yàn)和酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AtBAG7與分子伴侶AtBiP2具有相互作用；加入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM后會(huì)加速AtBAG7突變體的細(xì)胞死亡；抑制AtBAG7的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致植物對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫、熱脅迫和冷脅迫敏感；而當(dāng)在AtBAG7突變體中加入一些分子伴侶后能成功恢復(fù)為野生型的表型；說明AtBAG7能與分子伴侶BiP2相互作用后，調(diào)控高溫和冷害下引起的未折疊蛋白應(yīng)答，延遲內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫引起的程序性細(xì)胞死亡。過表達(dá)BAG6在酵母和動(dòng)物中誘導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡，表明BAG6在植物中是促進(jìn)細(xì)胞死亡的基因［74］。在番茄中過表達(dá)BAG4能夠提高番茄對不同脅迫的抗性，包括紫外損傷、冷害、鹽害和氧化損傷等。

4.3BI-1

在酵母和哺乳動(dòng)物中，BI-1（Bax inhibitor-1）是被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)抑制Bax活性的細(xì)胞死亡基因，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，BI-1不與Bax/Bak，而能與BCL-2相互作用。Kawai等［75］在擬南芥中構(gòu)建地塞米松（DEX）誘導(dǎo)的Bax蛋白植株。在DEX處理后，轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出顯著的細(xì)胞死亡特征：細(xì)胞皺縮、膜的破損以及其它細(xì)胞死亡表型。當(dāng)在轉(zhuǎn)基因Bax中轉(zhuǎn)入花椰菜花葉病毒35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的AtBI-1載體后，能夠維持細(xì)胞的完整性，抑制死亡。Sanchez等［76］通過侵染病原體丁香假單胞菌篩選得到，AtBI-1可以抑制酵母的致死表型和哺乳動(dòng)物凋亡蛋白Bax的活性。傷口或病原體也會(huì)上調(diào)AtBI-1的表達(dá)，這表明其參與生物和非生物脅迫途徑。Coi1是促進(jìn)死亡的基因，在遭遇害蟲、病原體等后會(huì)大幅度上調(diào)；在coi1突變體背景下，AtBI-1會(huì)顯著降低，進(jìn)一步說明擬南芥AtBI-1在功能上類似BI-1，通過抑制死亡基因來促細(xì)胞生存。

4.4Metacaspase

在哺乳動(dòng)物中caspase在細(xì)胞凋亡中起著重要作用［5］。植物細(xì)胞中沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡現(xiàn)象。植物中存在的Metacaspase雖然沒有caspase活性，但被認(rèn)為與動(dòng)物細(xì)胞凋亡中的caspase高度同源［77-79］。擬南芥中有9個(gè)metacaspase，其中metacaspase-8已經(jīng)報(bào)道受UVC和過氧化氫大幅度上調(diào)［80］，激活細(xì)胞死亡途徑。此外，在植物木質(zhì)部形成、重金屬脅迫和抗病等都檢測到與PCD相關(guān)的類caspase活性［81-83］。

5　內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與植物生長發(fā)育和環(huán)境脅迫應(yīng)答

蛋白折疊過程對環(huán)境脅迫非常敏感。在細(xì)胞遭受逆境的情況下，錯(cuò)誤折疊和未折疊的蛋白大量聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，對細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用。為了維持細(xì)胞生存，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答，包括調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)的翻譯在一定程度上消除和減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上蛋白質(zhì)折疊的負(fù)荷，從而達(dá)到緩解脅迫、保護(hù)細(xì)胞的作用。因此，植物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答與多種環(huán)境脅迫應(yīng)答密切相關(guān)。

5.1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與植物生長發(fā)育

擬南芥NAC103編碼植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的誘導(dǎo)，過量表達(dá)該基因后擬南芥生長發(fā)育延遲、葉片鋸齒形、花器官異常。IRE1A、IRE1B和bZIP28都參與未折疊蛋白經(jīng)典反應(yīng)途徑，然而正常情況下ire1a、ire1b、bzip28三突變體會(huì)出現(xiàn)花粉活力下降［84］。擬南芥膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子ANAC089在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫中調(diào)控細(xì)胞死亡，同時(shí)也能夠負(fù)調(diào)控?cái)M南芥的開花過程。長日照條件下，相對于野生型對照，過表達(dá)ANAC089ΔC（去掉跨膜域的形式）轉(zhuǎn)基因植株出現(xiàn)開花延遲和株型矮小的現(xiàn)象［85］。Li等［86］通過QTL定位分析發(fā)現(xiàn)ANAC089（FSQ6）也是果糖信號的抑制子。

5.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與其他環(huán)境脅迫

在擬南芥中膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子bZIP17受高鹽脅迫后活化，誘導(dǎo)鹽脅迫應(yīng)答相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)［87-89］。同時(shí)該途徑在脫落酸（ABA）調(diào)控的種子萌芽過程中也發(fā)揮著重要作用，負(fù)調(diào)控ABA信號通路。bZIP28和bZIP60在UPR調(diào)控通路中發(fā)揮作用外，也參與高溫脅迫途徑［63，90］。分子伴侶BiP2受高溫誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)，在bZIP28突變體中誘導(dǎo)上調(diào)幅度下降，表明在高溫脅迫后bZIP28通過調(diào)控BiP2應(yīng)對外界的高溫應(yīng)答［90］。

擬南芥bZIP60除了受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的誘導(dǎo)上調(diào)，也受鹽脅迫誘導(dǎo)上調(diào)。Fujita等［91］過表達(dá)AtbZIP60全長提高了擬南芥耐鹽性，說明在鹽應(yīng)激應(yīng)答中激活了AtbZIP60蛋白。AtbZIP60在水稻中的同源基因是OsbZIP74，也受高溫和水楊酸活化［65］。

擬南芥中至少存在兩個(gè)IRE1蛋白，即IRE1A和IRE1B。IRE1A和IRE1B都受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫試劑TM、病原菌侵染和水楊酸SA誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步證明IRE1A是在病原菌侵染條件下通過剪切bZIP60 mRNA發(fā)揮作用。UPR信號通路中的IRE1/bZIP60在植物病原菌應(yīng)答反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，IRE1A和IRE1B在病原菌侵染調(diào)控中部分功能冗余，同時(shí)IRE1并不是完全依賴bZIP60應(yīng)對植物免疫應(yīng)答［92］。

環(huán)境脅迫容易導(dǎo)致未折疊蛋白聚集，造成細(xì)胞毒害，因此緩解這種毒害的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫途徑與很多環(huán)境脅迫有著千絲萬縷的聯(lián)系。利用細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等多種方法研究植物中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫途徑，有助于深入理解植物抗逆的分子和遺傳基礎(chǔ)，利于充分挖掘與干旱、高溫、鹽害等環(huán)境脅迫相關(guān)耐逆基因，且有助于改善作物的抗逆性，已成為作物抗性育種的重要方向。

6　總結(jié)與展望

蛋白折疊是真核細(xì)胞基礎(chǔ)生物學(xué)過程。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞重要的細(xì)胞器，所有分泌蛋白和大部分膜蛋白都需要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行加工才能被轉(zhuǎn)運(yùn)到其他細(xì)胞器，進(jìn)而被分泌到細(xì)胞外發(fā)揮生物學(xué)功能。當(dāng)植物遭受高溫、高鹽等逆境時(shí)，會(huì)導(dǎo)致未折疊和錯(cuò)誤折疊蛋白聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。然而由于酵母和哺乳動(dòng)物中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)在植物中都未發(fā)現(xiàn)同源基因，導(dǎo)致植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫途徑研究進(jìn)展非常緩慢。膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子bZIP28和bZIP60（對應(yīng)哺乳動(dòng)物ATF6和XBP1）的發(fā)現(xiàn)，為研究植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫開辟了新的途徑。此外，植物特異的NAC家族的膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子NAC062和NAC089也參與植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與各種環(huán)境脅迫密切相關(guān)，植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答信號途徑的闡明為理解植物逆境響應(yīng)過程中的作用機(jī)理提供了基礎(chǔ)。隨著研究的深入也產(chǎn)生了一些問題，需要進(jìn)一步的研究。

6.1質(zhì)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子如何感應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫

目前關(guān)于未折疊蛋白應(yīng)答的報(bào)道都主要集中在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的信號，其他分泌系統(tǒng)對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的作用目前還不清楚，質(zhì)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子NAC062的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了植物中的UPR途徑，然而質(zhì)膜結(jié)合蛋白如何感應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的錯(cuò)誤折疊蛋白的目前并不是很清楚。在之前的報(bào)道中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不僅在蛋白質(zhì)生物合成，而且在合成ER膜以及質(zhì)膜形成必須的脂質(zhì)和甾醇方面起著重要作用。Sriburi等［93，94］報(bào)道哺乳動(dòng)物中的XBP1（在植物中對應(yīng)bZIP60），在特定的分泌細(xì)胞中被激活，上調(diào)脂肪酸和磷脂質(zhì)合成以驅(qū)動(dòng)粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的擴(kuò)展。Bommias等［95］在2009年報(bào)道過表達(dá)哺乳動(dòng)物ATF6（在植物中對應(yīng)bZIP28）的活化形式，也誘導(dǎo)脂質(zhì)生物合成及ER擴(kuò)展且不依賴XBP1。Seo等［96］報(bào)道NAC062受冷誘導(dǎo)活化，進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控抗病相關(guān)基因，提高植物抗病能力，冷害脅迫期間NAC062的活化可能由膜組成和流動(dòng)性改變導(dǎo)致。我們推測在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)在ER中積累后影響質(zhì)膜脂質(zhì)成分，然后被NAC062或其相互作用組分所感知，從而導(dǎo)致NAC062活化進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)UPR應(yīng)答?？傊?，相信隨著對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號通路研究的不斷深入，將會(huì)有更多的新組分以及新機(jī)制被發(fā)現(xiàn)，對現(xiàn)有的信號通路進(jìn)行完善和補(bǔ)充。

6.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下如何平衡細(xì)胞生存和死亡

在植物中如何調(diào)節(jié)細(xì)胞生存和死亡，目前機(jī)制并不清楚。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫條件下未折疊蛋白反應(yīng)UPR最重要的生理作用之一是確保細(xì)胞生存［97，98］。當(dāng)降低bZIP28、bZIP60或者NAC062表達(dá)水平都會(huì)降低細(xì)胞對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的抗性，表明這幾個(gè)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子是幫助抵抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫，提高細(xì)胞生存能力。IRE1是一個(gè)定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的單次跨膜蛋白，具有胞質(zhì)激酶活性和內(nèi)切核酸酶RNase活性。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊蛋白質(zhì)積累時(shí)，IRE1蛋白形成多聚體，激活I(lǐng)RE1的蛋白激酶活性并發(fā)生自身磷酸化，進(jìn)一步激活其內(nèi)切核酸酶活性。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫不嚴(yán)重的情況下，IRE1對底物有高度特異性，主要剪切有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的mRNA，例如bZIP60；然而當(dāng)這種脅迫繼續(xù)延長，IRE1會(huì)失去底物特異性，利用核酸酶活性通過RIDD（IRE1-dependent decay）途徑降解與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相關(guān)mRNAs，引起細(xì)胞死亡，細(xì)胞是怎樣決定IRE1的作用目前還是未知的。在擬南芥中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫激活S2P-bZIP28和IRE1-bZIP60途徑，促進(jìn)下游基因表達(dá)提高細(xì)胞生存能力；然而活化后的bZIP28和bZIP60也能誘導(dǎo)死亡相關(guān)因子NAC089基因上調(diào)表達(dá)；在我們的研究中還發(fā)現(xiàn)NAC089在脅迫處理前期就被活化，但是NAC089的下游調(diào)控細(xì)胞死亡的基因只有在脅迫非常嚴(yán)重時(shí)才被誘導(dǎo)，我們推測NAC089可能受未知的方式控制，在特定的時(shí)候被釋放來調(diào)控細(xì)胞死亡。

細(xì)胞在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫下是如何決定細(xì)胞生存與死亡的命運(yùn)，仍然是未來研究的一大挑戰(zhàn)。解決這些問題，將有助于我們了解植物如何協(xié)調(diào)生長與應(yīng)對外界環(huán)境脅迫，幫助我們更加精確地調(diào)控植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答，提高植物/作物的抗逆性。

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（責(zé)任編輯 李楠）

Endoplasmic Reticulum Stress Response in Plants

YANG Zheng-ting1LIU Jian-xiang2
（1. Key Laboratory of Plant Physiology and Developmental Regulation，School of Life Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang 550001；2. State Key Laboratory of Genetic Engineering，Institute of Plant Biology，School of Life Sciences，F(xiàn)udan University，Shanghai 200433）

Endoplasmic reticulum（ER）is an important organelle in eukaryotic cells where all the secreted proteins and most of the membrane protein are synthesized. When plants are exposed to various stresses，such as heat and high salinity，unfolded and misfolded proteins are accumulated in the endoplasmic reticulum（ER），which triggers a well-conserved pathway called the unfolded protein response（UPR）to mitigate the ER stress and promote cell survival. In this review，we summarized the current advances in the understanding of the membrane-associated transcription factors and ER stress responses in plants. We also discussed future directions in this field and the potential uses of the ER stress signaling pathway for improving the stress tolerance of plants.

protein folding；ER stress；unfolded protein response；membrane-associated transcription factor

2016-07-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31400223），教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（20130071110011）

楊正婷，女，博士，研究方向：植物生理與發(fā)育生物學(xué)；E-mail：ztyang325@sina.com

劉建祥，男，博士，教授，研究方向：植物逆境生物學(xué)及水稻功能基因組學(xué)；E-mail：jianxiangliu@fudan.edu.cn