油菜素內(nèi)酯在生長發(fā)育中的作用

油菜素內(nèi)酯在生長發(fā)育中的作用

20世紀70年代，美國農(nóng)業(yè)科學(xué)家michil首次從富含生物活性的食用油（brysicalnathol）花粉中分離并提取生物活性物質(zhì)，并將其涂在豆中。4天后，觀察到豆的生長率增加了10倍。這種提取物被稱為紫蘇。1979年,Grove等經(jīng)X光衍射和超微量分析確定了其分子結(jié)構(gòu),認為是一種甾醇類化合物,正式定名為油菜素內(nèi)酯(Brassinolide,BL)。近年來,有關(guān)油菜素內(nèi)酯的研究有了較大的進展,科學(xué)家們已從不同的植物中分離出60多種與BR類似的化合物,統(tǒng)稱為油菜素甾醇類化合物(Brassino-steroids,BRs)。BL是BRs中活性最強的一種。目前發(fā)現(xiàn)BRs存在于50多種植物中,這些植物包括被子植物、裸子植物、蕨類植物、苔蘚類植物及綠藻。植物的不同器官如根、莖、葉、花粉、雌蕊、果實和種子等均含有BRs。1br生物合成途徑BRs生物合成突變體的發(fā)現(xiàn)為進一步證實BR是植物生長發(fā)育的必需物質(zhì)提供了證據(jù)。已知BR在植物體內(nèi)濃度極低,Takatsuto等發(fā)展了BR的GC-MS和GC-MS-SIM技術(shù),可監(jiān)測10-12g水平的BR,從而極大地促進了對BR生物合成途徑的研究及BR生物合成突變體中所影響合成步驟的確定。BR是28C的類固醇,以固醇為底物合成。以油菜甾醇(Campesterol,CR)為原料能大規(guī)模人工合成BR類似物24-表油菜素內(nèi)酯(eBL)和高油菜素內(nèi)酯。Fujioka等利用懸浮培養(yǎng)的長春花(Catharanthusroseue)細胞系統(tǒng),以CR作為BR生物合成的起始物,用放射性標記前體,以GC-MS分析BR及其各前體的含量,提出植物中至少存在2條BR生物合成途徑:早期C-6氧化途徑和晚期C-6氧化途徑。已證實擬南芥、煙草、水稻中同時存在這2條途徑。而且光照下,晚期C-6氧化途徑的合成活性高,黑暗中,早期C-6氧化途徑的合成活性高。1.1-環(huán)氧化物的合成BRs和動物甾醇激素是類異戊二烯生物合成途徑的產(chǎn)物。一般認為:從甲瓦龍酸(甲羥戊酸)到鯊烯-2,3-環(huán)氧化物的合成步驟在植物和動物之間是相同的,而從鯊烯-2,3-環(huán)氧化物到固醇的前體的轉(zhuǎn)變是不同的。在動物體中,鯊烯-2,3-環(huán)氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檠蛎薮?膽固醇和甾醇激素的前體);而在植物體中,鯊烯-2,3-環(huán)氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)?4-亞甲基膽固醇(所有植物甾醇的前體,包括豆甾醇和谷甾醇)。1.2dql1是24-亞甲基-cr間的c-24還原劑油菜甾醇(CR)由24-亞甲基膽固醇合成。24-亞甲基膽固醇經(jīng)過C-24還原生成油菜甾醇。對dwf1突變體的生化分析表明,DWF1不能催化24-亞甲基膽固醇與CR間的C-24還原作用。對豌豆lkb突變體的內(nèi)源甾醇分析后發(fā)現(xiàn),lkb積累24-亞甲基膽固醇,而它的氫化產(chǎn)物CR極少。飼喂[25,26,27-2H7]24-亞甲基膽固醇,在lkb中檢測不到[26,27-2H6]CR。表明lkb不能將24-亞甲基膽固醇轉(zhuǎn)化成CR。1.3det2的合成CR并不是直接形成CN(油菜烷醇),對參與CR合成CN的類固醇進行代謝和數(shù)量分析表明,它們之間有4步轉(zhuǎn)換,即CR先由異構(gòu)酶重排雙鍵形成(24R)-24-甲基膽固醇-4-烯-3β-羥基,(24R)-24-甲基膽固醇-4-烯-3β-羥基氧化形成(24R)-24-甲基cholest-4-烯-3-酮,(24R)-24-甲基cholest-4-烯-3-酮再經(jīng)5a-還原作用形成(24R)-24-甲基-5a-膽甾烷-3-酮,最后生成CN。用懸浮培養(yǎng)的長春花細胞為材料得到了相同的結(jié)果,顯示上述合成過程在植物中可能是廣泛存在的。而哺乳動物中是先氧化再異構(gòu)化,即動植物中存在不同的轉(zhuǎn)化順序。sax1突變體不能進行上述的異構(gòu)化和氧化作用。而det2的BR合成阻斷在(24R)-24-甲基cholest-4-烯-3-酮到(24R)-24-甲基-5a-膽甾烷-3-酮的5a-還原過程。擬南芥的dwf6和西紅柿lk突變體也不能將(24R)-24-甲基cholest-4-烯-3-酮還原為(24R)-24-甲基-5a-膽甾烷-3-酮。1.4油脂肪醇合成油素內(nèi)政從油菜烷醇開始,由于C-6氧化的時間不同,BR(油菜素內(nèi)酯)的合成出現(xiàn)了分支,即形成了早期C-6氧化途徑和晚期C-6氧化途徑。1.4.1春、花哌酮和板栗哌酮的合成在早期C-6氧化途徑中,CN的C-6立即氧化形成6-氧油菜烷醇,羥化成長春花甾酮(Cathasterone,CA),進一步再羥化成茶甾酮(Teasterone,TE),經(jīng)脫氫、再氫化為香蒲甾酮(Typhasterol,TY),接著轉(zhuǎn)化為栗甾酮(Castasterone,CS)和BR。1.4.2晚期c-6氧化通過飼喂試驗,長春花培養(yǎng)細胞的CN除了立即氧化,經(jīng)早期C-6氧化途徑合成BR外,還可能依次羥基化形成6-脫氧長春花甾酮,6-脫氧茶甾酮,然后脫氫,再氫化成6-脫氧香蒲甾醇,其轉(zhuǎn)化形成的6-脫氧栗甾酮氧化為栗甾酮,再形成BR,形成晚期C-6氧化途徑。然后相繼在擬南芥、西紅柿中進一步證實了晚期C-6氧化途徑在植物中的存在。水稻中BR生物合成途徑與擬南芥中的相似,但水稻中沒有檢測到BL,CS是水稻中活性最高的BR。綜上所述,可將目前對BR生物合成的認識概括如圖1所示。2幼嫩brs含量的變化所有的植物器官如莖、葉、花粉、種子中等都含有BRs,但其含量差別較大。一般來講正在生長的幼嫩組織比成熟組織中BRs的含量相對較高。那BR在植物體內(nèi)是否同生長素一樣存在運輸呢?SymonsandReid等用H標記BR發(fā)現(xiàn)在豌豆中BR不能進行長距離運輸。3br合成突變體BR在植物的生長、發(fā)育和繁殖過程中都起著非常重要的作用。在BR合成或信號接收方面存在缺陷的突變體det2和bri1均表現(xiàn)為矮化、葉色暗綠、葉片上卷、育性降低、發(fā)育延遲等性狀。外源BR可以部分或者完全恢復(fù)BR合成缺陷型突變體的表型,而BR合成抑制劑brassinazole或brz2001可以模擬BR合成突變體的表型。對BR突變體的分析對BR在植物體生長、發(fā)育過程中的功能提供了強有力的證據(jù)。到目前為止,已知的擬南芥BR突變體如表1。一系列BR合成突變體的發(fā)現(xiàn)對我們了解BR在植物體內(nèi)的合成機理起了關(guān)鍵作用。擬南芥BR缺失突變體(det2、cpd、dwf1、dwf4等)在正常光條件中生長表現(xiàn)為矮化、葉深綠、頂端優(yōu)勢喪失以及育性降低。這些突變體表型大都是BRs合成的關(guān)鍵酶失活所導(dǎo)致的,可被外源施加BRs所恢復(fù)。如:DWF1(LKB,BRD2)編碼一個氧化酶催化24亞甲基膽固醇(24-methylene-cholesterol)到蕓苔甾醇(Campesterol)的轉(zhuǎn)變;DET2(LK)編碼一個5a-還原酶催化蕓苔甾醇(Campesterol)到蕓苔甾烷醇(Campestanol)的轉(zhuǎn)變;AtDWF4(OsDWF4),CPD,AtDWF(BRD1,DWARF)屬于細胞色素P450單加氧酶家族,能分別催化BR合成過程中C-22,C-23的羥基化和C-6的氧化。這些突變體的發(fā)現(xiàn)對研究擬南芥中BR生物合成及其生理作用提供了可靠的基礎(chǔ)。水稻BR相關(guān)突變體的研究使得BR在水稻生長發(fā)育過程中的作用日益明確。如水稻的BR合成突變體(d2、d11、brd1和brd2)表現(xiàn)為矮小,去黃化,卷葉和葉直立等表型。對以上這些突變體的研究表明,BR在植物生長發(fā)育過程中具有重要的作用,包括細胞伸長和分裂、光形態(tài)建成、維管束發(fā)育、種子萌發(fā)、花器官發(fā)育、器官衰老和植物抗逆性等。3.1br對織物的影響B(tài)R促進細胞的伸長:試驗表明,BRs處理可以增加大豆上胚軸和玉米根系的ATPase活性,導(dǎo)致H+-ATPase釋放H+酸化非質(zhì)體進而增加細胞壁的可塑性。BR促進大豆、擬南芥、西紅柿、水稻中木質(zhì)素內(nèi)轉(zhuǎn)糖基酶(XTHs)的表達,XTHs參與細胞壁的合成和修飾。BR影響細胞的形狀:BR通過調(diào)節(jié)微管的動態(tài)分布影響細胞的形狀和擴大。BL可以誘導(dǎo)豌豆上胚軸皮層微管方向發(fā)生改變。擬南芥BR缺失突變體bul1表現(xiàn)為細胞小、微管排列紊亂,外源BR可以恢復(fù)微管的排列和細胞的伸長。水稻BR不敏感突變體d61(Osbri1)和BR合成缺失突變體brd1都表現(xiàn)為微管排列紊亂。關(guān)于BR是否促進細胞的分裂還存在分歧。因為細胞培養(yǎng)的試驗系統(tǒng)比較復(fù)雜,培養(yǎng)液的濃度、加入的各種激素以及BR和各種激素之間的交互作用都會影響試驗結(jié)果的判斷。Miyazawa等發(fā)現(xiàn)在煙草BY-2細胞體系中,BL促進細胞的分裂只發(fā)生在懸浮系早期階段和不存在外源生長素的情況下。但在用顯微鏡觀察擬南芥葉片時卻存在相反的結(jié)論:通過對BR缺失突變體cbb1、cbb3和BR不敏感突變體cbb2的觀察,Kauschmann等得到的結(jié)論為植株矮小的表型是由于細胞變小而不是細胞數(shù)目的降低造成的;但是,Nakaya觀察BR合成突變體det2和dwf1的葉片后發(fā)現(xiàn)細胞數(shù)目確實減少了,而且葉片停止擴展也比野生型的要早。由此可見,BR是否促進細胞的分裂還需進一步的試驗證明。3.2br對aba的保護作用BR同其他植物激素一樣也參與到種子萌發(fā)的過程中。試驗已經(jīng)證實GA可以促進種子萌發(fā)和打破休眠,而ABA具有相反的作用。幾個GA合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體的萌發(fā)可以被BR部分恢復(fù),BR合成突變體det2和不敏感突變體bri1與野生型相比對ABA更敏感。G蛋白的α亞基(GPA1)在種子萌發(fā)過程中可能起著非常重要的作用,有試驗證明用GA合成抑制劑PAC處理gpa1、bri1、det2后各個突變體均呈現(xiàn)GA缺失的表型,det2可以用BL完全恢復(fù),而gpa1只能被BL部分恢復(fù),bri1對BL處理無反應(yīng)。這說明BL和GPA1都是GA促進種子萌發(fā)所必需的。3.3br合成缺陷突變體BR可能調(diào)節(jié)氣孔的開張和關(guān)閉,因為2個BR相關(guān)突變體(sax1,det3)在氣孔的開張和關(guān)閉方面與野生型相比發(fā)生了明顯的改變。sax1是BR合成缺陷突變體,此突變體加強了ABA促進氣孔關(guān)閉的效應(yīng)。氧化脅迫和Ca2+能促進野生型氣孔的關(guān)閉,但不能誘發(fā)det3氣孔的關(guān)閉,而ABA和冷處理卻能誘發(fā)det3氣孔關(guān)閉。BR合成突變體bul1/dwf7的單位葉片的氣孔比野生型多5～6倍。這些都說明BR參與了調(diào)節(jié)氣孔的開張和關(guān)閉及氣孔的發(fā)生過程,但其作用機制還需進一步的試驗來證實。3.4提高植物的耐高溫能力已有試驗結(jié)果表明,BR可以提高水稻、西紅柿、玉米、黃瓜、雀麥草對低溫的抵抗能力,還可以提高小麥和雀麥草對高溫的忍耐力,提高甜菜對干旱和小麥對潮濕的抵抗力,也可以緩解鹽害對桉樹和水稻的毒害。這些試驗表明BR可以提高植物對各種逆境的適應(yīng)。BR之所以具有這些功能可能是因為可以激活植物中的抗氧化酶保護系統(tǒng),從而盡快消除植物體內(nèi)由于逆境而產(chǎn)生的過多有害自由基,提高植物抵抗逆境的能力。3.5號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷型BR和植物的育性有很大的關(guān)系,比如擬南芥中BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷型的突變體很多是不育或育性下降,如bin2,bri1-116等。水稻中d61,Osbrd1等BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷型的突變體也是育性極低甚至不育。3.6br對光形態(tài)建成的調(diào)控光對生物的作用不只是提供光合作用的能量,對植物和微生物來說還是一個重要的光形態(tài)建成信號。det2,cpd,dwf4等BR合成突變體暗生長表現(xiàn)為下胚軸短、子葉張開、脫黃化等光形態(tài)建成。同時,用BR合成抑制劑處理暗中生長的擬南芥幼苗可以誘導(dǎo)光形態(tài)建成。馬力耕等的基因芯片結(jié)果表明,有4個BR合成基因被光下調(diào)。這些結(jié)果說明BR在調(diào)控植物的光形態(tài)建成方面起著重要的作用。高水平的BR是暗形態(tài)建成所必需的,而光又抑制BR的合成。4br-信徒號的研究和開發(fā)4.1bri1胞外域突變體的結(jié)構(gòu)和功能BR在細胞表面被其受體BRI1接受,對擬南芥BRI1基因的序列分析表明,它編碼一個富含亮氨酸重復(fù)序列(Leucine-richrepeat,LRR)的跨膜受體蛋白激酶(Receptor-likekinase,RLK)。BRI1的胞外部分包括N-端的信號多肽、亮氨酸拉鏈基序、25個串聯(lián)的LRR以及位于其頭部的2個半胱氨酸殘基,在第21和22個LRR之間還有一個70個氨基酸的島嶼(70aa島嶼)。BRll的胞內(nèi)部分具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性。因為LRR是已知的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的保守域,因此,BRI1可能需要一個蛋白配體同BR相互作用。這個假設(shè)被BRI1-SUPPRESSOR1(BRS1)的發(fā)現(xiàn)所證實,BRS1是一個分泌的絲氨酸羧肽酶,過表達BRS1可以恢復(fù)bri1胞外域突變體表型而對bri1胞內(nèi)域突變體沒有影響。但后來的研究表明,在擬南芥中,BRs可直接結(jié)合在BRI1上,BRI1胞外域能結(jié)合BRs的最小的Motif包括70個氨基酸和第22個LRR,現(xiàn)在已知的發(fā)生在第22個LRR的bri1突變體有bri1-6(Gly644Asp),bri1-7(Gly613Ser),bri1-9(Ser662Phe)和bri1-113(Gly611Glu)。有趣的是,bri1-6(Gly644Asp)的突變中,BRI1仍能與BRs結(jié)合,這說明Gly644Asp對與BRs結(jié)合作用不大,很可能在BR誘導(dǎo)BRI1構(gòu)象從而激活胞內(nèi)激酶的過程中起關(guān)鍵作用。4.2bri1和bak1磷酸化作用的檢測雖然已有試驗證明外源BR可以激活BRI1的活性,但激活BRI1活性的生物化學(xué)機制還不清楚。一種理論認為:BRI1的激活包括BR誘導(dǎo)BRI1和BRI1-ASSOCIATEDRECEPTORKINASE1(BAK1)形成異二聚體,然后在BRI1和BAK1之間發(fā)生相互磷酸化。BAK1是用酵母雙雜交技術(shù)篩選同BRll相互作用的蛋白時鑒定到的,與BRI1有類似的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和亞細胞定位,二者在體內(nèi)和體外都可以相互作用,但BAK1只有5個亮氨酸,也無70個氨基酸的島嶼[99,101,102,103]。另一種理論認為:BRI1和BAK1之間的相互作用更類似于動物細胞中轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,即BR與BRIl的同型二聚體結(jié)合,誘導(dǎo)二聚體構(gòu)象發(fā)生變化激活它的活性,然后磷酸化BAKl,使之活化,被活化的BAKl進而使下游元件磷酸化。Karlova等用蛋白組學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)在一個蛋白質(zhì)復(fù)合體中包括BRI1和BAK1和SOMATICEMBROGENESISRECEPTORKINASE1(SERK1),SERK1是BAK1非常同源的蛋白。但BAK1和SERK1的確切功能還不十分清楚。4.3bri1和bak1相互作用BR信號如何從BRI1傳到細胞內(nèi)呢?在這個過程中可能起作用的蛋白有BAK1,BKI1(BRI1KINASEINHIBITOR1),TTL(TRANSTHYRETIN-LIKEprotein),TRIP1(TGFβ-RECEPTOR-INTERACTINGPROTEIN1)。BR可以誘導(dǎo)BRI1和BAK1相互作用。EugeniaRussinova等的研究表明,在原生質(zhì)體系統(tǒng)中過表達BAK1可以誘導(dǎo)BRI1的內(nèi)吞現(xiàn)象,這暗示著BAK1可能在BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中把BRI1從細胞表面帶到細胞質(zhì)內(nèi),然后,BRI1在細胞質(zhì)內(nèi)直接同它的靶蛋白相互作用。另一個可能調(diào)節(jié)BR信號由BRI1輸出的蛋白是BKI1。過表達BKI1導(dǎo)致植株矮小,BR敏感性降低,RNAi造成的BKI1沉默導(dǎo)致下胚軸伸長。這些說明BKI1是BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的負調(diào)節(jié)因子。BR處理可以迅速使BKI1從細胞膜分離下來。所以,BKI1的作用是同BRI1相互作用阻止了BRI1同BAK1結(jié)合,從而阻止了信號從BRI1傳出。另外2個可能在信號由BRI1輸出過程中起作用的蛋白是TTL和TRIP1,它們在體外能被BRI1磷酸化,這兩個蛋白如何在BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起作用還不是十分清楚。4.4br抑制機制BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE2(BIN2)調(diào)節(jié)細胞內(nèi)BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。BIN2基因編碼一種胞質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸激酶,其催化功能域與果蠅的SHAGGY和哺乳動物的糖元合成酶激酶3(Glycogensynthaseklnase-3,GSK3)有70%的同源性。在動物細胞中,GSK3/SHAGGY激酶參與多個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(如將Wingless/Wnt的信號傳至核內(nèi)),并且它一般通過磷酸化來負調(diào)節(jié)底物以阻遏信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。bin2-1突變體分析表明,BIN2在BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用與動物中途徑類似,通過磷酸化作用使BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的正向作用因子失活,從而阻遏BR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo);推測,當(dāng)BR信號被感知時,BIN2的激酶活性受到抑制,使BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制也得以解除。對BIN2激酶活性的抑制是BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵性步驟,Pengpeng等的研究發(fā)現(xiàn)BIN2激酶活性受抑制是因為蛋白酶體介導(dǎo)的BIN2的降解造成的,外源施加BR合成抑制劑會增加BIN2的積累,而外源施加有活性的BR會減少BIN2的積累。研究表明在擬南芥中至少存在另外2個GSK3激酶,即ASK22和ASK23,它們與BIN2功能相同,也是BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的負調(diào)節(jié)因子。遺傳和生物化學(xué)研究表明BIN2通過磷酸化幾個核內(nèi)的蛋白來調(diào)節(jié)BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,BZR1(BRASSINAZOLE-RESISTANT1)和BES1(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1)是通過2個獨立的遺傳篩選發(fā)現(xiàn)的2個BIN2的底物,二者的序列同源性為88%。外源BR不但抑制BES1和BZR1的磷酸化,而且可以提高蛋白的穩(wěn)定性和在核內(nèi)的積累。BSU1編碼核定位的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,此酶在正在伸長的細胞中優(yōu)先表達。BSU1能對抗BIN2的作用而調(diào)控BES1的磷酸化狀態(tài),從而提高去磷酸化BES1的水平,進而在核中活化BR誘導(dǎo)基因的表達。然而VertG等研究表明BR處理不影響B(tài)ES1的穩(wěn)定性和在核內(nèi)的積累,但是影響了BES1的DNA結(jié)合能力。這和一些研究相矛盾。原因可能是他們所用的是不同發(fā)育時期的材料或不同的轉(zhuǎn)基因株系,因此,BIN2可能通過不同機制磷酸化這些核內(nèi)的蛋白,包括蛋白降解、亞細胞定位和DNA結(jié)合活性。SrinivasSGampala等的研究表明,BIN2磷酸化BZR1和BES1不僅抑制了BZR1和BES1和DNA的結(jié)合,還促進了它們同14-3-3蛋白的結(jié)合導(dǎo)致BZR1在細胞質(zhì)積累。而去除BZR1上14-3-3結(jié)合位點的突變體不僅導(dǎo)致BZR1在細胞核積累還增強轉(zhuǎn)基因植株的BR應(yīng)答反應(yīng)。根據(jù)上述研究,可以總結(jié)出以下BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式(圖2):在BRs不存在或濃度低時,BRI1的激酶活性被自身C末端的磷酸化和與BKI1的結(jié)合所抑制,而BIN2處于活性狀態(tài)時,可磷酸化轉(zhuǎn)錄因子BZR1和BZR2/BES1,使它們被泛素化后被蛋白酶體降解,BIN2磷酸化BZR1不但促進它同14-3-3蛋白的結(jié)合導(dǎo)致BZR1在細胞質(zhì)積累在細胞核中積累減少,而且還抑制BZR1和BZR2/BES1的DNA結(jié)合活性。當(dāng)BRs濃度高時,BRs結(jié)合到BRI1的膜外區(qū)誘導(dǎo)BRI1激酶區(qū)蛋白構(gòu)象發(fā)生改變,導(dǎo)致BRI1C端和BKI1的磷酸化改變,使得BKI1從質(zhì)膜上脫離下來失去對BRI1的抑制作用。激活的BRI1可與BAK1結(jié)合,BIN2被蛋白酶體降解積累降低,BSU1的激酶活性被激活,導(dǎo)致BZR1和BZR2/BES1的去磷酸,結(jié)合在BRs響應(yīng)基因的啟動子上,調(diào)控這些基因的表達,從而參與了對植物生長發(fā)育的調(diào)控。4.5生理指標調(diào)節(jié)細胞表面活化的BRI1和BAK1如何抑制BIN2的活性目前還不清楚,它們之間沒有被發(fā)現(xiàn)有任何物理作用和磷酸化現(xiàn)象。因此推測在受體和BIN2之間可能存在另外的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。關(guān)于在植物體內(nèi)BIN2磷酸化活性的調(diào)節(jié)機制有下面的假說:BRI1和BAK1活化BIN2的結(jié)合蛋白,而活化的BIN2結(jié)合蛋白鈍化BIN2的底物結(jié)合域進而抑制BIN2的磷酸化活性,激素信號也可能調(diào)節(jié)BIN2的亞細胞定位或其穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)其磷酸化活性。Vert等用BIN2-GFP觀察BIN2的亞細胞定位,發(fā)現(xiàn)在野生型植株中BIN2幾乎均等的分布于細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核中;而功能獲得性突變的bin2-1主要分布在細胞核內(nèi)。Pengpeng等的研究發(fā)現(xiàn)BIN2激酶活性受抑制是因為蛋白酶體介導(dǎo)的BIN2的降解造成的。4.6brs1抑制劑的變化試驗已經(jīng)證實BR可以誘導(dǎo)很多基因表達的改變,基因組芯片的結(jié)果表明有幾百個BR調(diào)控的基因,包括參與細胞壁的合成,細胞骨架的構(gòu)成,其他植物激素的合成,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和運輸?shù)幕?而且有很多的基因是轉(zhuǎn)錄因子[111,117,118,119]。這說明植物激素用很復(fù)雜的機制來調(diào)節(jié)基因的表達。但這些轉(zhuǎn)錄因子如何調(diào)節(jié)基因的表達產(chǎn)生BR誘導(dǎo)的各種生理現(xiàn)象還不清楚。研究較多的轉(zhuǎn)錄因子是BZR1和BES1。研究表明BZR1的結(jié)合域是CGTG(T/C)G,CGTG(T/C)G是已知的BR反應(yīng)元件,存在于CPD和DWF4的啟動子區(qū),與BZR1結(jié)合后抑制這2個BR合成基因的表達。BES1的結(jié)合域是Eboxes(CANNTG),CANNTG存在于SAUR-AC1的啟動子區(qū),與BES1結(jié)合后激活SAUR-AC1基因的表達。與此一致的試驗是,光下生長的bzr1-1D表現(xiàn)為弱的BR缺失或不敏感突變體的半矮化表型;而光下生長的bes1-D表現(xiàn)為過表達的DWF4表型。而在暗下bzr1-1D和bes1-D均表現(xiàn)為對BR合成抑制劑brassinazole的抗性?？赡苁嵌咄ㄟ^調(diào)控各自不同的靶基因和相重疊的靶基因而產(chǎn)生的上述現(xiàn)象,試驗表明30個BES1靶基因中有10個在bzr1-1D上調(diào)而幾個BR反饋抑制的BR合成基因在bes1-D中下調(diào)。YuXiaofei等利用酵母單雜交技術(shù)鑒定到ELF6(Earlyflowering6)和REF6(Relativeofearlyflowering6)可以與BES1相互作用,ELF6和REF6發(fā)生突變的轉(zhuǎn)基因擬南芥表現(xiàn)出BR相關(guān)表型,如細胞伸長、BR靶基因表達下降等。BES1可以激活ELF6和REF6來調(diào)控植物的開花時間等過程。在BRs不存在或濃度低時,BRI1的激酶活性被自身C末端的磷酸化和與BKI1的結(jié)合所抑制,而BIN2處于活性狀態(tài)時,可磷酸化轉(zhuǎn)錄因子BZR1和BZR2/BES1,使它們被泛素化后被蛋白酶體降解,BIN2磷酸化BZR1不但促進它同14-3-3蛋白的結(jié)合導(dǎo)致BZR1在細胞質(zhì)積累在細胞核中積累減少,而且還抑制BZR1和BZR2/BES1的DNA結(jié)合活性。當(dāng)BRs濃度高時,BRs結(jié)合到BRI1的膜外區(qū)誘導(dǎo)BRI1激酶區(qū)蛋白構(gòu)象發(fā)生改變,導(dǎo)致BRI1C端和BKI1的磷酸化改變,使得BKI1從質(zhì)膜上脫離下來失去對BRI1的抑制作用。激活的BRI1可與BAK1結(jié)合,BIN2被蛋白酶體降解積累降低,BSU1的激酶活性被激活,導(dǎo)致BZR1和BZR2/BES1的去磷酸,結(jié)合在BRs響應(yīng)基因的啟動子上,調(diào)控這些基因的表達,從而參與了對植物生長發(fā)育的調(diào)控。5br信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的功能及作用機制水稻既是我國三大糧食作物之一,又是單子葉植物基因組學(xué)研究的模式材料,在生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中都占有極其重要的地位。BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在擬南芥中已經(jīng)取得了很大的進展,但在水稻中的報道還不是很多。近幾年來水稻中幾個BR相關(guān)突變體的相繼鑒定為水稻中BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究打開了突破口。第一個被克隆的BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因是OsBRI1,OsBRI1與BRI1無論在結(jié)構(gòu)上還是序列上都有高度的相似性,突變體d61與野生型相比較具有矮小、葉片直立、種子小、第二節(jié)間縮短、對外源施加BR不敏感等表型,將OsBRI1轉(zhuǎn)回到d61可以使d61恢復(fù)到野生型的表型。相繼被鑒定的幾個突變體是BR合成缺失突變體brd1、d2、d11、brd2。這些BR合成缺失突變體表現(xiàn)為生長受抑制,株型矮小、葉片直立、葉色暗綠等。WangLei等在水稻中