全 文 ：·综述与专论· 2015, 31(3):1-9
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 ：2014-11-12
基金项目 ：国家“973”计划项目（2014CB138700）
作者简介 ：王艳蓉，女，硕士研究生，研究方向 ：草业生物技术 ；E-mail ：wangyanrong915@163.com
通讯作者 ：吴金霞，女，副研究员，研究方向 ：植物基因功能组学 ；E-mail ：wujinxia@caas.cn
植物所在环境常常会对其生存产生各种不利的
影响，这些不利的环境因素统称为逆境。其中非生
物胁迫，如干旱、盐碱、寒冷及涝害制约植物的生长，
并造成作物减产。在长期进化过程中，植物形成不
同的生理和生化过程以适应或应对非生物胁迫。植
物的这种抵抗胁迫的能力被称为抗逆性［1］。当不利
环境来临时，植物通过代谢反应积累一些保护物质
或渗透调节物质（如糖醇、甜菜碱和甘氨酸等）来
维持正常的生理生化代谢或调节细胞内渗透压，以
LEA 蛋白及其在植物抗逆改良中的应用
王艳蓉1  张治国2  吴金霞2
（1. 兰州大学草地农业科技学院，兰州 730000 ；2. 中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081）
摘 要 ： 干旱、盐碱、高温和寒冷等逆境制约着植物的生长发育。植物中含有一组亲水性极强的蛋白，称为胚胎发育晚期
丰富蛋白（late embryogenesis abundant，LEA 蛋白），在自然条件下这种蛋白质一般在种子发育晚期积累，其对多种非生物胁迫具
有很强的抵抗能力，并能响应干旱、寒冷、高盐和 ABA 等信号。LEA 蛋白通过保持细胞渗透压、保护细胞膜结构、作为分子伴
侣保护其他蛋白等方式维持植物正常的代谢反应。就 LEA 蛋白的分类、结构、抗逆机制以及在植物抗逆改良中的应用进行了简要
综述。
关键词 ： LEA 蛋白 ；非生物胁迫 ；植物抗逆性
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.04.001
LEA Protein and Its Application in Improvement of Stress
Tolerance in Plants
Wang Yanrong1 Zhang Zhiguo2 Wu Jinxia2
（1. College of Pastoral Agriculture Science and Technology， Lanzhou University，Lanzhou 730000 ；2. Biotechnology Research Institute，
Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）
Abstract: Adverse conditions, including drought, salinity and extreme temperatures, often restrict the growth and development of plants.
In plants, there exist a group of highly hydrophilic proteins, known as LEA（late embryogenesis abundant）proteins, which generally accumulate
at the last stage of embryogenesis under natural conditions. It has a strong resistance to various abiotic stresses, and can respond to drought, cold,
high salt and ABA signals. LEA proteins can maintain normal metabolic reactions of plants by maintaining cellular osmotic pressure, protecting
the cell membrane structure and functioning as a molecular chaperone to protect other proteins. In this paper, the classification, structure, stress
tolerance mechanisms of LEA protein and its application in improvement of stress tolerance in plant were reviewed.
Key words: LEA protein ；abiotic stresses ；stress tolerance
降低环境胁迫带来的损害。
1 LEA 蛋白简介
1981 年，Dure 等［2］最早从棉花的子叶中分离
得到一类蛋白质，这类蛋白质在棉花胚胎晚期大量
积累，并且使胚胎具有干旱耐受性，被命名为胚
胎发育晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant，
LEA 蛋白）。不久，在其他植物的种子和营养器官
中相继发现 LEA 蛋白，而且大多是在导致植物细胞
脱水的情况下得到的。LEA 蛋白不仅存在玉米（Zea
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.32
mays）、水稻（Oryza sativa）、大豆（Glycine max）和
小麦（Triticum aestivum）等高等植物中，而且在低
等植物，如藻类［3］、苔藓植物［4］和蕨类植物［5］，
甚至在细菌、蓝细菌［6］及一些无脊椎动物，如蛭形
轮虫（Philodina roseola）［7］等中也存在 LEA 蛋白，
这说明 LEA 蛋白并不是植物所特有的，而是广泛分
布于生物界中。LEA 蛋白的积累往往是和寒冷、高
盐及干旱造成的细胞失水紧密联系，在外源 ABA 的
诱导下，许多营养器官也可以产生积累 LEA 蛋白，
这说明 LEA 蛋白既是植物阶段发育的产物又是可被
诱导的，并且是无组织专一性的。大多数 LEA 蛋白
的分子量较小，富含甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸和苏
氨酸等极性氨基酸残基，缺乏色氨酸、半胱氨酸残基，
这使得 LEA 蛋白具有极强的亲水性和热稳定性。大
多数 LEA 蛋白具有与亲水性蛋白类似的保守氨基酸
序列。因此，有些时候 LEA 蛋白也被分类为亲水性
蛋白质。亲水性蛋白的一个显著的特点是含有大量
的甘氨酸，但并非所有的 LEA 蛋白都是具有高甘氨
酸含量的，所以现在普遍认为 LEA 蛋白与亲水性蛋
白在分类上是重叠的。
2 LEA 蛋白的分类
最早，Baker 等［8］根据在棉花种子中分离到的
一些 LEA 蛋白的 cDNA 和基因序列曾对 LEA 蛋白进
行过分类阐述。但随着更多的 LEA 蛋白在其他物种
中被发现，Dure 等［9］根据每个组群所含的特定基序
将 LEA 蛋白分为 3 个组 ：第 1 组 LEA 蛋白包含一
个由 20 个亲水性氨基酸所组成的基序 ；第 2 组 LEA
蛋白的特征是具有至少 2-3 个被 Close 等［10］命名为
K（EKKGIMDKIKEKLPG）、Y（DEYGNP）和 S（Sn）
的基序 ；而第 3 组 LEA 蛋白具有由 11 个氨基酸组
成的多拷贝基序（TAQAAKEKAXE）。另一种分类方
式是由 Dure［11］所提出的，分类的依据是棉花种子
原型标记，即 D-19 为第 1 族，D-11 为第 2 族，D-7
为第 3 族。第 2 族 LEA 蛋白也被称为“脱水蛋白”，
因其是一类由脱水诱导的蛋白，但“脱水蛋白”这
个命名貌似很牵强，因为其他族的 LEA 蛋白大多也
可以被脱水所诱导。这 3 族涵盖了大多数 LEA 蛋白，
但其他 LEA 蛋白难以分类。对此，Bray［12］丰富了
这种分类方式，一些小的 LEA 蛋白族被提出 ：D-113
为第 4 族，D-29 为第 5 族，D-34 为第 6 族。此外，
还有两个未编号的特例 ：LEA5（D-73）和 LEA14
（D-95）。根据这个分类方式，新发现的 LEA 蛋白可
以根据氨基酸序列或特定的基序编入这几族中，但
还是有极个别的 LEA 蛋白不能分入其中。
第 1 族 LEA 蛋白是由小麦 Em 基因所表达的，
并被分为两个超家族［13］。通过圆二色谱（circular
dichroism，CD）和核磁共振（nuclear magnetic reson-
ance，NMR）结构分析表明，第 1 族 LEA 蛋白在溶液
中形成高比例的无规则卷曲结构（70%-82.5%），一
小部分形成左右螺旋或者多聚脯氨酸结构［14］。虽然
其大多包含的是无规则卷曲，但一般具有由 20 个氨
基酸残基组成的序列 GGETRKEQLGEEGYREMGRK，
这些氨基酸可以占到全序列的 20%-40%，其中甘氨
酸残基的含量约为 18%，并且均为极性氨基酸，所
以具有极强的亲水性，可以作为细胞内保水剂，在
植物遭遇干旱、高盐胁迫时防止细胞失水并降低高
盐离子对细胞的损害。在小麦 Em 蛋白体外重组试
验中发现，Em 蛋白防止柠檬酸合成酶在干燥或寒冷
的情况下凝聚或失活［15］。值得一提的是第 1 族 LEA
蛋白不仅在植物中被发现，也在枯草芽孢杆菌和卤
虫中被发现，并且具有保水的功能［16］。第 1 族 LEA
蛋白一般在胚胎发育中积累，尤其是在干燥的种子
中含量丰富，此外在干旱胁迫的组织器官中也发现
它的存在。
第 2 族 LEA 蛋白包括 3 个超家族，常被称为“脱
水蛋白”，其主要存在于包括藻类在内的植物中。其
结构特点是具有 1-3 个特殊的基序 ：富含赖氨酸的
K 基序（EKKGIMDKIKEKLPG）、Y 基序（DEYGNP）
和由多聚丝氨酸组成的 S 基序（Sn）［9］。其中 K 基
序在一个多肽中可以存在 1-11 个不等的拷贝，并
且常常穿插有保守的 F 基序 ；Y 基序一般存在于肽
链的 N 端，有 1-35 个拷贝不等 ；由于富含丝氨酸，
S 基序往往能被磷酸化。根据所含基序不同，根据
基序的排列顺序第 2 族 LEA 蛋白可分为 5 个亚族 ：
K 亚族、SK 亚族、YSK 亚族、YK 亚族和 KS 亚族。
与第 1 族 LEA 蛋白相似，尽管具有一定含量的 α 螺
旋结构，第 2 族 LEA 蛋白仍然包含大量无规则卷曲
的蛋白质，无论是高温、金属离子还是盐都不能使
其形成有序的结构，因此它也是一类亲水性蛋白 ；
2015,31(3) 3王艳蓉等：LEA蛋白及其在植物抗逆改良中的应用
由于含有丰富的游离羟基，它可以对细胞液与细胞
膜具有稳定的作用，从而维持细胞的形态结构 ；同
时第 2 族 LEA 蛋白还可以作为分子伴侣对细胞内蛋
白进行包裹保护，从而降低干旱对植物的损伤。当
外源 ABA、干旱、高盐胁迫信号出现时，第 2 族
LEA 蛋白会在植物体内大量合成积累，表现出对胁
迫信号的敏感性。据报道，第 2 族 LEA 蛋白在所有
植物的种子中均有发现，而且在非维管植物（如苔藓）
和蕨类植物（如卷柏［17］）中也有发现。
第 3 族 LEA 蛋白最主要的结构特征是具有由
11 个氨基酸组成的重复基序［10］，但这族 LEA 蛋白
还包含其他的保守基序，如 D-7 亚族、D-29 亚族，
它们所含有的保守基序与 11 个氨基酸组成的保守基
序（TAQAAKEKAXE）并不完全相同，这就使得第
3 族 LEA 蛋白相对于其他族 LEA 蛋白具有多样性。
圆二色谱与红外光谱分析表明第 3 族 LEA 蛋白大多
缺乏二级结构，在溶液中主要形成无规则卷曲结构，
但在缓慢脱水时，第 3 族 LEA 蛋白能形成 β 片层结
构 ；在快速脱水或甘油、甲醇等有机溶剂存在时，
则能形成特定的 α 螺旋结构。此外，SDS 也会促进
其折叠，说明这些蛋白的结构与脱水速率有关［18］。
如果将脱水的蛋白重新溶于水中，有序的 α 螺旋和
β 片层结构又会重新形成无规则卷曲，证明这些结
构的互变是可逆的［19］。在成熟的种子和花粉细胞中
第 3 族 LEA 蛋白可以像可溶性糖一样使细胞质在极
度脱水的情况下保持稳定。在豌豆线粒体中发现的
第 3 族 LEA 蛋白可以与磷脂双分子层相互作用，并
保护其免受干燥的损伤。第 3 族 LEA 蛋白广泛分布
于高等植物中，在藻类、苔藓、蕨类植物中也有发
现。有趣的是，在脱水的情况下，一些细菌［20］和
线虫［21］也会积累类似于第 3 族 LEA 蛋白的蛋白质。
在昆虫［22］与甲壳类动物［23］中也发现有第 3 族 LEA
蛋白的存在。同样的，第 3 族 LEA 蛋白可以响应高盐、
干旱、低温和 ABA 信号，并且一些成员还可以响应
缺氧［24］和高光强［25］信号。本族 LEA 蛋白在细胞
中呈均匀分布，在成熟的棉花胚胎中浓度可达 200
mmol/L［26］，且存在于所有的细胞质溶胶中，这样的
定位可以使 LEA 蛋白更全面的发挥其功能。在对小
麦的研究中发现中，小麦根部缺少第 3 族 LEA 蛋白
的植株会在干旱环境下死亡。积累在小麦叶绿体中
的第 3 族 LEA-L2 蛋白可以明显增加植株的耐寒性，
使用组成型表达的小麦 LEA-L2 蛋白基因转化拟南
芥也获得了相同的结果，植株的耐寒性明显增加［25］。
还有报道称，在烟草中过表达玉米的第 3 族 LEA 蛋
白 ZmLEA3 可以提高植株对丁香假单胞菌的抗性［27］。
这证明 LEA 蛋白不仅对非生物胁迫具有抗性，而且
对生物胁迫也起一定的作用。另外，最近的研究表明，
卤虫的类第 3 族 LEA 蛋白可以在脱水和高盐环境中
提高果蝇细胞的活力［28］。
第 4 族 LEA 蛋白最主要的一个结构特点是 ：
在 其 N 端 具 有 一 个 基 序 1［AQEKAEKMTA（R/H）
DPXKEMAHERK（E/K）（A/E）（K/R）］。 根 据 所 含
其他特征基序不同，又可以将第 4 族 LEA 蛋白分
为 2 个亚族 ：4A 亚族具有一个包含基序 2 的由 80-
124 个氨基酸残基组成的肽段 ；4B 亚族包含一个更
长的肽段，含有 108-180 个氨基酸残基，从棉花中
分离的 D-113 蛋白就属于 4B 亚族。结构预测表明
本族 LEA 蛋白的前 70-80 个氨基酸残基可以形成 α
螺旋结构，而其余的部分则形成无规则卷曲。大豆
GmPM16 蛋白在水溶液中呈无定型状态，不过在 1%
SDS 或脱水的状态下，该蛋白 90% 的部分会形成有
序的 α 螺旋，且这些构象变化是可逆的［29］。最早发
现的第 4 族 LEA 蛋白是棉花的 D-113 蛋白，它均匀
分布在所有胚胎组织中，浓度可达 300 mmol/L［26］。
尽管第 4 族 LEA 蛋白对 ABA 有响应［30］，但在逆境
中 ABA 是如何调控 LEA 蛋白表达的还不得而知。
不过在转录水平分析中表明，一些第 4 族 LEA 蛋白
表达的下降与组蛋白的去乙酰化有关［31］。在拟南
芥 D-113 同源蛋白的体外试验中发现，其对乳酸脱
氢酶具有保护作用，即使是在 99% 失水的条件下，
也能保持乳酸脱氢酶的活性［32］。番茄中瞬时沉默
第 4 族 LEA 蛋白基因会造成植株对干旱的敏感性提
高［33］。这些都表明第 4 族 LEA 蛋白在植物应对干
旱环境时起到了重要作用。
第 5 族 LEA 蛋白相对于其他族 LEA 蛋白具有
更高比例的疏水性氨基酸残基，凡是疏水氨基酸残
基比例比典型 LEA 蛋白高的 LEA 蛋白都包含在本
族中，因此本族的 LEA 蛋白并不都是同源的。根据
其序列相似性可以将第 5 族 LEA 蛋白分为 5A、5B
和 5C 三个亚族。在煮沸的情况下，本族 LEA 蛋白
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.34
会形成不可溶的球状蛋白结构。第 5 族 LEA 蛋白同
样在种子发育晚期积累，并可以被干旱、寒冷、高盐、
紫外线和机械损伤等信号所诱导。
最早发现的第 6 族 LEA 蛋白是菜豆的 PvLEA18
蛋白［34］，迄今已在 36 种维管植物中发现了第 6 族
LEA 蛋白，它们的显著特征是具有较小的分子质
量，一般 7-14 kD，并且具有高度保守的氨基酸序
列。在所包含的 4 个明显的基序中，基序 1 和基序
2 是高度保守的，基序 1 保守序列为 LEDYK，第 6
位和第 7 位分别是脯氨酸和苏氨酸残基，基序 2 则
是 100% 保守的。通常情况下第 6 族 LEA 蛋白具有
高度的亲水性，缺乏半胱氨酸与色氨酸残基。SDS-
PAGE 电泳显示第 6 族 LEA 蛋白的迁移率比通过氨
基酸序列推导预测的迁移率高，其所处的是无定型
状态。第 6 族 LEA 蛋白一般也是在干种子和花粉中
积累的，同时响应干旱和 ABA 信号，在生长发育中
也会表达。例如，在分生组织中，如顶端分生组织
和根原基，维管束中及表皮中都有第 6 族 LEA 蛋白
的积累，亚细胞定位显示其在营养器官的细胞质和
细胞核中都有表达。与其他族 LEA 蛋白不同的是，
第 6 族 LEA 蛋白不能防止酶的脱水失活，其靶蛋白
有别于其他族 LEA 蛋白［32］。
第 7 族 LEA 蛋白又叫做 ASR 蛋白，属于亲水
性蛋白质，它们的分子质量较小，具有很高的热稳
定性，且多为无定型蛋白［35］。ASR 蛋白在许多双
子叶和单子叶植物中被发现，在裸子植物，如火炬
松［36］、银杏［37］中也有报道，不过在拟南芥中还没
有发现 ASR 蛋白或同源基因。所有发现的 ASR 蛋
白中都包含 3 个高度保守的基序，并且都位于肽链
的 C 端。其还包含一个核定位信号［38］，番茄的亚
细胞组分分离试验中表明，ASR1 蛋白位于细胞核
内，不过有的 ASR 蛋白也位于细胞质内［39］。ASR
基因的表达模式在不同植物中是不同的，其会在衰
老、果实成熟、种子成熟和花粉成熟过程中积累。
ASR 蛋白也可以响应干旱、高盐、寒冷和 ABA 信
号，不过在马铃薯中的 ASR 基因同源物 DS2 不能响
应 ABA［40］。番茄的 ASR1 蛋白在水溶液中呈无定型
状态，不过这种无序的构象在结合锌离子之后可以
转变为有序的构象，这种构象的改变也可以由脱水
引起［35］。
3 LEA 蛋白的作用机制
3.1 作为分子伴侣保护其他蛋白
LEA 蛋白家族中很多成员可以起到保护细胞内
其他蛋白的作用，尤其是第 2 族 LEA 蛋白可以保护
乳酸脱氢酶免受冻害的损伤。最近的研究显示，大
多数 LEA 蛋白在干旱的条件下可以保护对脱水敏感
的酶，如乳酸脱氢酶、延胡索酸酶、柠檬酸合成酶
和苹果酸脱氢酶等。Goyal 等［15］的试验表明 LEA 蛋
白的保护功能有一部分是通过防止脱水敏感性蛋白
的凝聚而发挥作用的，这与分子伴侣在逆境中的作
用是相同的。结构分析表明，许多 LEA 蛋白确实
具有与一些分子伴侣相同的多态结构，这也进一步
证明了上述观点。对第 1 族 LEA 蛋白 EM 和第 3 族
LEA 蛋白（线虫的 AavLEA1 蛋白）研究表明，它
们没有像经典的热休克蛋白那样在高温下防止柠檬
酸合成酶的凝聚的能力，但是具有一些抗脱水分子
伴侣的功能。通常分子伴侣不仅可以防止蛋白质的
凝聚，还可以与靶蛋白短暂地形成复合物，但目前
尚不知道 LEA 蛋白是否也与其靶蛋白形成复合物。
LEA 蛋白发挥作用的机制并不复杂，它就像一个
“分子盾牌”保护着其他蛋白。无定型的、高亲水的
LEA 蛋白在细胞失水、细胞内容物密度增大时可以
降低变性多肽间的相互作用，从而降低了其凝聚的
可能性［41］。
3.2 去除金属离子
细胞失水会导致细胞内离子浓度的上升，这可
能会破坏细胞内大分子的结构从而影响其功能。由
于 LEA 蛋白富含大量极性氨基酸残基，可以使其
螯合离子。Wise［42］发现钙离子可以与 2b 族和 3a
族 LEA 蛋白相结合。2b 族酸性 LEA 蛋白 ERD10、
COR47 和 ERD14 在被磷酸化后可以和钙离子结合。
质谱数据表明这 3 个蛋白的磷酸化位点位于丝氨酸
丰富的基序。本族的 Xero2 由于不含有这段多聚丝
氨酸基序，所以不能被磷酸化，不能结合钙离子。
尽管本族的中性蛋白 DHR18 也含多聚丝氨酸基序，
并可以被磷酸化，但是其不能结合钙离子。这说明
酸性氨基酸残基在结合钙离子中也起着重要作用。
第 2 族 LEA 蛋白可以结合其他金属离子，但作用机
理与结合钙离子是不同的。通过一系列的试验表明
2015,31(3) 5王艳蓉等：LEA蛋白及其在植物抗逆改良中的应用
Fe3+ 与 LEA 蛋白具有最高的亲和力，其次是 Cu2+、
Zn2+、Mn2+ 和 Fe2+。而且许多第 2 族 LEA 蛋白可以
响应重金属离子信号，如暴露于汞离子、镉离子或
铜离子的小球藻和菜豆，其中的第 2 族 LEA 蛋白基
因表达会上调。第 2 族 LEA 蛋白与金属离子的结合
也可能与抗氧化功能有关，如柑橘的 CuCOR19 蛋
白可以保护脂质体免受过氧化作用的侵害［43］。体
外试验表明，CuCOR19 蛋白可以清除羟自由基和过
氧化物自由基［44］，这些活性氧都是由金属离子催
化产生的，并且对机体具有毒害作用。脱水会使这
些有催化作用的金属离子在体内积累。所以 LEA 蛋
白不仅可以直接清除活性氧，而且可以通过螯合催
化产生活性氧的金属离子来保护细胞免受活性氧的
伤害［45］。
3.3 稳定膜结构
Steponkus 等［46］ 对 Cor15am 的研究表明，LEA
蛋白可以与膜结合并且稳定膜结构。小麦的第 2 族
酸性 LEA 蛋白 WCOR410 在冷胁迫条件下会聚集在
质膜上，特别是易受寒冷影响的组织中 WCOR410
积累量更多。虽然很多第 2 族 LEA 蛋白都定位于
细胞膜上，但是其他明显的例子还没有找到。Koag
等［47］在结构上阐述了酸性小单层囊泡上的第 2 族
LEA 蛋白的折叠方式，但是并没有能够揭示其功能。
然而最近的研究表明，豌豆线粒体中的第 3 族 LEA
蛋白 LEAM 可以在干燥环境下抑制小单层囊泡的融
合，并且能改变其凝胶晶体的相变温度［19］。Tolleter
等［48］认为 LEAM 可以在干燥环境下保护线粒体内
膜并且占据大部分膜与蛋白结合的区域，这可能对
氧化磷酸化过程有所影响，而这种机制还有待进一
步的研究。
3.4 作为水和缓冲剂
具有高亲水性的 LEA 蛋白还可以作为水合缓冲
剂在干燥的环境下降低细胞水分流失的速率。在干
旱、高盐条件下细胞失水是不可避免的，水合缓冲
剂可以保留足够的水分使蛋白质保持活性。例如，
在第 2 族 LEA 蛋白的存在下，α 淀粉酶在 20% 聚乙
二醇的水溶液中还可以具有活性［49］。Mouillon 等［50］
阐述了这样一个模型，在通常情况下 LEA 蛋白以无
规卷曲形态存在，这种形态是高度水合状态，当细
胞失水时，这种无规卷曲会转变为 α 螺旋和 β 折叠
结构，从而释放结合的水分到细胞质中。LEA 蛋白
就是这样通过结构转变在细胞严重脱水的情况下增
加细胞内的水分。
4 LEA 蛋白在植物抗逆改良中的应用
众所周知，各种非生物胁迫严重影响着植物的
生长发育。LEA 蛋白作为植物在防御非生物胁迫过
程中的重要一员，在减少环境胁迫对自身伤害中起
到重要的作用。基于 LEA 蛋白的这种特性，利用基
因工程技术使植物过表达内源或外源的 LEA 蛋白，
已经使多种转基因植物提高了自身的抗逆性，这在
植物抗逆改良研究与应用中具有极高的价值和意义。
Xu 等［51］ 运 用 基 因 枪 转 化 方 法， 将 actin1 基
因启动子连接大麦 HVA1 基因构成的表达载体转化
水稻发现，水稻的叶片与根中都有 HVA1 蛋白积
累，植株的耐旱性和抗盐性都有显著提高。使用玉
米 ubi1 启动子在小麦中过表达 HVA1 基因获得的转
化株系具有更高的水分利用效率，在干旱环境下，
转基因植株的干重相比野生型有了显著提高［52］。
HVA1 基因也被应用于桑树的改良，运用土壤农杆
菌转化的方法，组成型表达 HVA1 基因，可以明
显的提高转基因植株的抗旱、抗盐性。进而应用胁
迫诱导型启动子 rd29A 连接 HVA1 基因转化桑树获
得的植株，解除了组成型表达基因在正常条件下的
发育迟缓现象，通过对游离脯氨酸、膜稳定系数和
PS Ⅱ活性的测定，转基因株系提高了对干旱、高盐
和寒冷的耐受性［53］。同样，在匍匐翦股颖中转化
HVA1 基因赋予了转基因植株在极度缺水的条件下
的生存能力［54］。
Cheng 等［55］ 分 别 用 小 麦 的 第 1 组 LEA 蛋 白
PMA1959 基因和第 2 组 LEA 蛋白 PMA80 基因转化
水稻，获得的转基因株系具有较强的抗旱和抗盐性，
通过分子水平的检测证明转基因植株抗逆性的获得
与 LEA 蛋白的积累是密切相关的。玉米的第 5 组
LEA 蛋白 Rab28 基因是在胚胎发育过程中表达的，
并且在组织中可以被干旱和 ABA 所诱导。使用玉米
的组成型启动子过表达 Rab28，后代转基因植株可
以稳定积累 Rab28 蛋白。相比于野生型，转基因种
子在干旱条件下具有较高的发芽率，转基因植株可
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以在 15% 的 PEG 溶液中生长，并且植株具有更高
的含水量、较少的叶绿素降解和较低的丙二醛含量，
这一切可以证明 Rab28 能显著提高玉米的抗逆性［56］。
OsLEA3-1 是可以由干旱、高盐和 ABA 诱导的 LEA
蛋白基因，使用从旱稻分离出的 OsLEA3-1 的干旱
诱导型启动子、CaMV 35S 和水稻 actin1 启动子分别
在干旱敏感型粳稻中花 11 中过表达 OsLEA3-1，结
果发现除转化 actin1 启动子外的转基因植株在干旱
条件下，相比野生型都有产量上的提高。同时发现
拥有较少拷贝数的转基因株系在正常条件下具有较
少的产量损失［57］。同样是在水稻中，Moumita 等［58］
从耐盐水稻品种 Pokkali 中分离得到一种第 2 组 LEA
蛋白 Rab16A，并用自身诱导型启动子在盐敏感籼稻
品种 Khitish 中表达，结果发现使用高盐处理转基因
植株时 Rab16A 蛋白会随着种子的成熟不断在叶片
中积累，并且降低植株叶绿素的破坏，减少钠离子
的积累和钾离子的流失，这都揭示了 Rab16A 对植
物的保护作用。
Wu 等［59］在丹参中分离出一种 LEA14 组 LEA
蛋白，命名为 SmLEA，将 SmLEA 基因转化丹参获
得的转基因植株在模拟干旱和高盐条件下具有较快
的根伸长率和较低的丙二醛含量，并具有很高的超
氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽浓度，这对名贵药材
丹参的分子育种具有重要的意义。在甘薯愈伤组织
中过表达甘薯的 LEA14 组 LEA 蛋白基因 IbLEA14，
使愈伤组织具有更强的干旱和盐离子的耐受性，而
转化 RNAi 载体的愈伤组织表现出对胁迫的敏感
性［60］。早在 1994 年 Godoy 等［61］就发现了番茄的第
2 组 LEA 蛋白 TAS14，但直到 2012 年其抗旱、耐盐
的 功 能 才 被 验 证。Muñoz-Mayora 等［62］ 使 用 CaMV
35S 启动子过表达 tas14 基因获得的转基因株系对干
旱和高盐都具有耐受性，其可以使细胞内积累糖类
和钾离子，并且其作用还与 ABA 的积累相关。
对于干旱的应答，小立碗藓往往比被子植物快
很多，其抗逆性也常常强于其他被子植物，小立碗
藓的原生质体在失水 90% 的条件下依旧可以存活。
Wang 等［63］经过干旱处理小立碗藓，运用蛋白双向
电泳确定了 71 个干旱应答蛋白，其中便包括了一些
LEA 蛋白，这就给植物抗逆改良提供了新的思路。
5 结语
尽管从 Dure 发现 LEA 蛋白至今已经过去了 30
多年，大量 LEA 蛋白已在不同物种中被发现，其结
构也已被较为完整的阐释，但 LEA 蛋白作用的分子
机理仍然是个未解的难题。缺少与其他已知功能蛋
白的相似性，高度无定型的结构都制约着人们对其
功能的探索。LEA 蛋白在非生物胁迫下的转录调控、
表达模式都是人们所关注的。虽然大量的实验结果
从不同角度对特定 LEA 蛋白作用机理进行了阐释，
但由于 LEA 蛋白家族的特殊性，这些结果并不具有
普适性。不过对越来越多表达模型的提出，对模式
植物中 LEA 蛋白突变体的研究，以及转基因技术的
应用都为 LEA 蛋白功能的研究打开了突破口。LEA
蛋白在逆境胁迫中的功能使得其在分子育种上可以
发挥极大作用。通过基因工程技术将外源 LEA 蛋白
导入植株表达，可以培育出抗旱、抗寒、耐盐的作
物品种，这对提高粮食产量具有重要意义。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）