全 文 ：·综述与专论· 2013年第7期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
植物激素脱落酸（abscisic acid，ABA）调控植
物生长和发育的许多方面，如果实的发育成熟［1-5］、
种子成熟、萌发和幼苗生长，并且作为一种核心激素
通过调节气孔开闭和胁迫响应基因的表达来调控植
物适用环境胁迫，如干旱、盐害和冷害等［6，7］。作
为一种植物激素信号，ABA 首先必须被靶细胞质膜
或内膜体系上（或胞液中）所具有的特异受体蛋白
所识别，才能经过一系列信号转导和传递等过程，
启动特异的生理生化反应，或产生发育过程的转
换［8］，即 ABA 信号的细胞内转导起始于 ABA 受体
对 ABA 信号的感知。
ABA 受体是 ABA 信号路径中最上游的组分，
这一研究领域受到了科研工作者的广泛关注。近年
收稿日期 ：2013-02-25
基金项目 ：北京市科委重大项目（D0706002000091）
作者简介 ：任杰，男，博士，助理研究员，研究方向 ：植物激素与生长发育 ；E-mail ：renjie313@163.com
CHLH 的 ABA 受体之争
任杰1  冷平2  孙福山1  徐秀红1
（1. 中国农业科学院烟草研究所 农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101 ；
2. 中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193）
摘 要 ： 镁螯合酶 H 亚基是叶绿素合成关键酶之一，自 2006 年在拟南芥上证明 CHLH 为 ABA 受体以来，有关 CHLH 与
ABA 信号传递的关系在大麦、甜樱桃、草莓、桃等方面已有报道，但不同研究结果对 CHLH 是否为 ABA 受体仍然存有争议。全面
评述 CHLH 与 ABA 信号传递的关系研究进展概况，重点介绍 CHLH 是否为 ABA 受体以及 CHLH 对 ABA 信号感知和向下游转导的
研究进展。
关键词 ： ABA 镁螯合酶 H 亚基（CHLH） 受体
The Dispute About CHLH Being an ABA Receptor
Ren Jie1 Leng Ping2 Sun Fushan1 Xu Xiuhong1
（1. Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing，Ministry of Agriculture，Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural
Sciences，Qingdao 266101 ；2. College of Agronomy and Biotechnology，China Agricultural University，Beijing 100193）
Abstract:  Mg-chelatase H subunit（CHLH）is a key enzyme involved in chlorophyll synthesis. Since CHLH was proved to be an ABA
receptor in Arabidopsis in 2006, the relation between CHLH and ABA signal transduction has been reported in barley, sweet cherry, strawberry
and peach, but whether CHLH acts as an actual ABA receptor remains controversial. This paper summarizesd the research on the relation
between CHLH and ABA signal transduction, focused on the dispute about whether CHLH acts as an ABA receptor and advances of CHLH in
perception and transduction of the ABA signals.
Key words:  ABA Mg-chelatase H subunit（CHLH） Receptor
来，脱落酸受体鉴定工作在模式植物上取得了实质
性突破。这些受体，一类是细胞质膜上常规的 G 蛋
白偶联受体 GCR2 和新型的 G 蛋白偶联受体 GTG1、
GTG2［9，10］，另一类是含有 START 特征区的 ABA 受
体 PYR/PYL/RCAR［11-13］，还有一类是定位于质体 / 叶
绿体内参与叶绿素合成的镁离子螯合酶 H 亚基的
ABA 受 体 ABAR/CHLH［14-16］。 本 文 仅 就 CHLH 与
ABA 信号传递的关系作一综述。
1 CHLH 是否为 ABA 受体
镁螯合酶 H 亚基（CHLH）通过催化镁卟啉的
生成而参与叶绿素合成，还参与介导从叶绿体到细
胞核的反向信号转导［17-21］，是一个多功能的蛋白质。
但是对于 CHLH 是否为 ABA 受体目前仍存在较大争
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第7期8
议。Shen 等［14］ 在拟南芥（Arabidopsis thaliana）上
证明 CHLH 蛋白能与（+）-ABA 特异结合，而且，
CHLH-ABA 结合的动力学符合受体 - 配体结合的所
有特征。超表达 CHLH 和 RNAi 改变了 ABA 结合位
点的数量，但是没有改变其与 ABA 的亲和力。这
说明 CHLH 能特异性结合 ABA，并且这些结合具备
了 ABA 受体的基本特征。但是 Müller 和 Hansson［22］
在大麦（Hordeum vulgare）上的研究指出大麦 XanF
基因（拟南芥 CHLH 同源基因）突变导致的叶绿素
缺陷突变体在种子萌发、幼苗生长和气孔运动方面
并没有 ABA 相关表型，并且并没有检测到 XanF 与
ABA 的结合活性，这说明大麦 CHLH 不是 ABA 受
体或者单子叶植物 CHLH 蛋白在与 ABA 结合和信
号传递方面与双子叶植物不同。这一研究结果对
CHLH 作为 ABA 受体的结论提出质疑。
针对大麦上的研究结果，Wu 等［15］利用一项新
的 ABA 免疫亲和层析技术提出了 CHLH 作为 ABA
受体的新证据，研究指出，CHLH 通过 C 端半段而
非 N 端半段特异性结合 ABA（图 1）。与此一致，通
过转基因操作提供的遗传学证据也支持了这一结
论。通过基因重组技术在野生型拟南芥中分段表达
CHLH C-半端蛋白可以导致植株在种子萌发、幼苗
生长和气孔运动这 3 个主要表型上对 ABA 全面超敏，
在 ABA 不敏感型 CHLH 突变体 cch 中表达 C 端区段
蛋白则能恢复突变体对 ABA 的响应。而不结合 ABA
的 N 端区段的作用仅限于调节种子萌发或幼苗生长
之其中之一。这些新发现支持了 CHLH 是 ABA 受体
的观点，并说明 CHLH C 端在 ABA 信号传递过程中
发挥核心功能，其不但是结合 ABA 的核心区域，而
且相应地也是介导 ABA 信号的核心区域。此外 Wu
等研究发现大麦和水稻（Oryza sativa）CHLH 能够
结合 ABA。基于这些研究结果，研究认为，之所以
没有检测到大麦 XanF 对 ABA 的特异性结合，可能
是因为放射性 ABA 测定体系中的蛋白质在试验过程
中被训练不足的研究人员全部除去了［15，23］。此外，
Shang 等［16］将大麦 XanF 基因导入拟南芥野生型植株，
导致植株对 ABA 超敏，将 XanF 基因导入拟南芥 cch
突变体也恢复了该突变体在种子萌发、幼苗生长和
气孔运动方面的 ABA 脱敏表型。这些事实说明，大
麦 XanF 与拟南芥 CHLH 一样是一个 ABA 受体。
但是，Tsuzuki 等［24］通过人工诱变的方法获得
了一个拟南芥 CHLH 突变体 rtl1，研究表明 rtl1 和
拟南芥 RNAi 株系在气孔运动方面表现对 ABA 脱
敏，但 rtl1 表型在种子萌发和根系生长方面仍然对
ABA 敏 感。 此 外， 利 用 H3 标 记 的 ABA 结 合 试 验
表明 ABA 不能与重组的 CHLH 结合，但能与另一
个公认的 ABA 受体 PYR1 特异性结合。研究指出
CHLH 影响了 ABA 介导的保卫细胞的气孔运动，但
并未影响种子萌发和根系生长，因此认为 CHLH 能
够影响保卫细胞对 ABA 的敏感性，但并不是一个
ABA 受体，再次对 CHLH 是 ABA 受体的结论提出
质疑。
2 CHLH 正向调节 ABA 信号是否转导
Shen 等［14］通过转基因技术上调或下调 CHLH
基因的表达，以及利用 CHLH 基因点突变的突变
体遗传材料证明 CHLH 是 ABA 信号的正调节子。
CHLH 基因表达下调的拟南芥株系在 ABA 抑制的种
子萌发、幼苗生长以及 ABA 诱导的气孔关闭方面表
现出显著的 ABA 不敏感表型。与此相反，CHLH 基
因表达上调的拟南芥株系在这 3 种反应方面表现出
对 ABA 超敏表型，并且其叶片和植株更能忍耐干旱
胁迫。总的来说，CHLH 水平与 ABA 不敏感表型强
度负相关，这说明 CHLH 作为一个正调控因子介导
了 ABA 信号传递。此外，通过 RNAi 下调 CHLH 基
因的表达，同时也降低了叶片中 ABA 信号传递路径
正调控因子 RD29A、MYB2、MYC2、ABI4、ABI5 和
OST1 的表达，促进了 3 个负调控因子 ABI1、ABI2
和 CIPK15 的 表 达。 种 子 特 异 性 ABA 信 号 传 递 基
因 ABI3、ABI4 和 ABI5 及其下游与胚形成有关的基
因 EM1 和 EM6 在 RNAi 植株长角果中的表达都下
降。而 CHLH 超表达株系中这些基因的表达与 RNAi
ޘ䮯ABAR/CHLH1
140 530 630 1 000
1 054825
942 1 157
ABAR-WRKY40ӂ֌४ਟ㜭ⲴCㄟ䐘㟌४
㔃ਸABAⲴṨᗳ४⇥
ਟ㜭ⲴNㄟ䐘㟌४
1 381
数字代表氨基酸残基序号
图 1 CHLH 分子的功能区域模型［23］
2013年第7期 9任杰等 ：CHLH 的 ABA 受体之争
株系相反。进一步证明了 CHLH 是正调控因子，并
且可能通过多种途径发挥作用。此外，研究还发现
CHLH 作为一个蛋白普遍存在于绿色和非绿色组织
中。因此，CHLH 可能在植物整体水平上感知 ABA
信号［14］。对草莓果实的研究表明，随着果实的加速
褪绿，FaCHLH 基因表达量迅速降低，至白果期降
到最低点 ；随着果实着色启动，其表达量又迅速上
升。因此认为 CHLH 基因可能参与果实的褪绿和着
色过程。通过 ABA 处理草莓果实圆片温育试验表明，
随着 ABA 浓度的增加，FaCHLH 表达量呈显著上升
的趋势，因此认为草莓果实中 CHLH 基因的转录受
ABA 诱导，是正调控因子［25］。
但是与以上研究结果不同，Ren 等［26］从甜樱
桃 果 实 中 克 隆 了 一 个 CHLH 同 源 基 因 PacCHLH1。
PacCHLH1 推测的氨基酸序列与拟南芥、桃、草莓
和葡萄等的 CHLH 相应片段的同源性都在 90% 以
上，但是 PacCHLH1 在甜樱桃果实中的表达模式
与 CHLH 在拟南芥和草莓果实中的表达模式有很
大差别。PacCHLH1 在甜樱桃果实中的表达在果实
成熟启动时急剧下降，在果实成熟前 4 d 降至最低
值，之后至果实成熟则一直维持在这一低水平，与
ABA 含量在这一时期的变化表现出相反的趋势（图
2）。此外，研究表明，外源 ABA 不但没有促进反
而显著抑制了 PacCHLH1 在果实中的表达。这些结
果与 CHLH 作为叶绿素合成关键酶的性质是一致
的，在甜樱桃的成熟过程中，叶绿素含量急剧下降，
与 PacCHLH1 转录水平变化相一致。此外，ABA 能
促进叶绿素的分解，而抑制叶绿素合成关键酶基因
CHLH 的表达。这些结果说明，PacCHLH1 与甜樱桃
果实叶绿素的合成有关。研究还发现，水分胁迫对
果实 PacCHLH1 的表达并无显著影响，但显著促进
了 PacCHLH1 在叶片中的表达，PacCHLH1 在生殖
器官和营养组织中表现出不同的表达模式［26］。这些
研究表明，PacCHLH1 在果实成熟过程中的表达与
ABA 表现出相反趋势，外源 ABA 抑制了 PacCHLH1
在果实中的表达，与 CHLH 作为正调控因子介导
ABA 信号传递的结果不一致。但是 PacCHLH1 又能
响应叶片水分胁迫，这一结果与其作为正调控因子
介导 ABA 信号传递的结果一致。
3 CHLH 对 ABA 信号向下游转导的机制
CHLH 是一个叶绿体蛋白，其如何向细胞质或
通过细胞质向细胞核进行信号传递成为必须解决的
一个问题。Shang 等［16］利用分子生物学、生物化学
和细胞生物学等多种技术研究发现 CHLH 横跨在叶
绿体被膜上，其 C 端和 N 端暴露在细胞质中，这就
为 CHLH 从叶绿体向细胞质 - 细胞核传递信号提供
了可能。进一步的研究表明，暴露在细胞液中的 C
端部分与一组在种子萌发和幼苗生长中负调控 ABA
信号传递的 WRKY 转录因子（WRKY40、WRKY18
和 WRKY60）相互作用，其中 WRKY40 是核心负
调控因子，抑制下游重要的 ABA 信号调节子基因如
ABI4、ABI5、ABF4 和 MYB2 等基因的表达，从而负
调控 ABA 信号通路。通过一系列遗传学、生物化学
和细胞学试验，Shang 等［16］提出了 CHLH-WRKY40
相偶联的 ABA 信号级联通路模型。该模型指出，
CHLH 与 ABA 信号分子结合后，可以刺激 WRKY40
从细胞核到细胞质的转移，促进 CHLH 与 WRKY40
的相互作用，进而激发一种未知因子（或信号系统），
阻遏 WRKY40 的表达，从而解除 WRKY40 对 ABA
响应基因转录的抑制，最终实现 ABA 的生理效应（图
3）。这些发现描述了一条从早期信号事件到下游基
因表达的 ABA 信号路径。
4 小结
综上所述，有关 CHLH 作为 ABA 受体的研究
还是集中在种子萌发、幼苗生长及对环境胁迫方面，
且均是以传统遗传学技术为研究手段，研究结果不
40
30
20
10
5
4
3
2
1
0
20 24 28
Days after full bloom
32 36 40 44
R
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50
0
250
PacCHLHH1
ABA
图 2 甜樱桃果实成熟过程中 PacCHLH1 的表达及 ABA
含量变化［26］
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第7期10
尽相同，至今仍存在较大争议。有关 CHLH 空间结
构和结构域功能的研究，特别是结合 ABA 的结构
域的研究还未见报道。要想彻底阐明 CHLH 是否为
ABA 受体，需在 CHLH 的结构生物学研究方面取
得进展，以便在亚分子水平上深入揭示 CHLH 结合
ABA 和感知 ABA 信号的机制。
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ABA
ABA ABAR ABARABA
ABA -N -C-N -C
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WRKY40WRKY40WRKY40 WRKY40
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（责任编辑 狄艳红）