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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。
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