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拟南芥COI1基因在茉莉素信号传导中的作用

陈艳;任春梅

【期刊名称】《《湖南农业科学》》

【年(卷),期】2011(000)007

【总页数】4页(P11-13,17)

【关键词】茉莉素;受体;COI1蛋白;SCFCOI1复合体

【作者】陈艳;任春梅

【作者单位】湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128;作物基因工程湖

南省重点实验室湖南长沙410128

【正文语种】中文

【中图分类】Q786

茉莉素（jasmonates，JAs）是一类发现较晚的植物激素，它包括茉莉酸

（jasmonicacid，JA）、茉莉酸甲酯（methyljasmonate，MeJA）以及由茉莉

酸衍生的其他一系列具有相似生物活性的化合物。茉莉素能调节许多植物生长发育

过程，包括根生长、雄蕊发育、块茎形成、衰老和果实成熟等，介导植物对生物和

非生物胁迫的抗逆反应，如：机械伤害、昆虫侵害、病原菌侵染和紫外线损伤等。

因此，茉莉素对植物的生存至关重要。在拟南芥中，如果茉莉素的生物合成或者信

号传导受阻，植株会因雄性不育而无法完成生命周期。同时，植株也会因失去对逆

境(如昆虫侵害、病原菌侵染等)的抗性而无法生存。在茉莉素信号传导中，COI1

基因起着非常重要的作用。缺失该基因的拟南芥植株丧失了所有的茉莉素反应，表

现为雄性不育、易感染病虫害等。

1COI1基因突变对茉莉素信号传导的影响

1994年Feys[1]等筛选获得了对植物毒素冠菌素（COR，COR）不敏感的拟南芥

突变体coi1（COR-insensitive1）。冠菌素是假单胞菌分泌的一种致病毒素，与

茉莉素具有相似的化学结构和生物活性。他们发现筛选出的所有coi1突变体都对

茉莉酸甲酯不敏感，并且表现为雄性不育。随后的研究发现coi1突变体易感病虫

害，而且失去了对茉莉素的正常反应，如茉莉素诱导的基因表达，茉莉素诱导的花

青素积累和侧根形成等。

1998年Xie等[2]采用图位克隆法分离出拟南芥COI1基因。该基因编码一个含有

592个氨基酸的F-box蛋白。在coi1-1突变体中，编码COI1蛋白第467个氨基

酸色氨酸的密码子突变成了终止密码子，从而形成没有功能的COI1蛋白片断。因

此，coi1-1突变体完全失去茉莉素介导的生物功能，表现为完全雄性不育、易感

病虫害、不表达茉莉素诱导基因等。而在COI1弱突变体coi1-2中，COI1蛋白的

第245个氨基酸由亮氨酸变成了苯丙氨酸，表现为部分地丧失了COI1的功能。

与野生型植株相比，coi1-2突变体虽然对茉莉素的反应以及对病虫害等逆境的敏

感性都极显著地降低，但对茉莉素仍有轻微的反应，表现为部分不育、能产生少量

的种子等。由此可见，COI1功能完全丧失会完全中断茉莉素信号传导，而COI1

部分功能丧失也会影响茉莉素的信号传导。因此，在茉莉素信号传导途径中，

COI1起着至关重要的作用，是必不可少的控制因子。

2SCFCOI1复合体介导茉莉素信号传导

1998年Xie等[2]通过对分离的COI1基因所编码的氨基酸序列进行分析，发现

COI1是一种F-box蛋白。在酵母和哺乳动物中，F-box蛋白能与Skp1和Cullin

蛋白结合组装成SCF泛素蛋白连接酶复合体（Skp1-Cullin-F-boxprotein

complex）。该复合体可以识别并泛素化某些底物蛋白，进而使这些底物蛋白通

过26S蛋白酶体降解。因此，COI1的克隆首次暗示着泛素介导的蛋白降解途径参

与茉莉素的信号传导。随后的研究证明了COI1作为F-box蛋白，能与拟南芥

Cullin1蛋白和类似于Skp1的拟南芥ASK1或ASK2组装成SCFCOI1复合体，

介导茉莉素的信号传导[3－5]。COI1完全突变体coi1-1丧失了茉莉素调控的所有

反应，正是由于突变的COI1蛋白不能形成SCFCOI1复合体所导致。位于COI1

蛋白F-box结构域的第22位氨基酸由谷氨酸突变为丙氨酸，也会破坏SCFCOI1

复合体的形成，从而丧失了对茉莉素的反应[3]。与拟南芥COI1同源的大豆F-

box蛋白GmCOI1也能与拟南芥的ASK1和Cullin1形成SCFCOI1复合体，介

导茉莉素的信号传导[6]，说明F-box蛋白COI1是植物茉莉素信号传导中保守的

成分。