全 文 ：·综述与专论·
生物技术通报
B IO TECHNOLO GY　BULL ETIN 2009年第 9期
L EA蛋白研究进展
白永琴　杨青川
(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 ,北京 100193)
　　摘 　要 : 　LEA蛋白 ( late embriogenesis abundant p rotein, LEA)是生物体中广泛存在的一类与渗透调节有关的家族蛋白 ,
该蛋白的编码基因在植物种子胚胎发育晚期表达量丰富 ,而且在环境胁迫如干旱、低温、盐胁迫、ABA、紫外辐射和 NaHCO3 等
条件下 L EA基因的 mRNA也会大量累积。LEA蛋白显著的理化特性是具有很高的亲水性和热稳定性 ,即使在煮沸条件下也
能保持水溶状态。LEA蛋白在细胞中可以稳定细胞膜结构 ,作为分子伴侣 ,具有结合离子和防止氧化等作用 ,被认为是在胁
迫过程中对植物起保护作用的物质之一。针对这些重要特性 ,分别综述了 LEA蛋白的分类、结构、编码基因和表达调节方式
及其在植物生长过程中的作用。
关键词 : 　LEA蛋白 　基因表达和调节 　逆境胁迫
Study of Late Embriogenesis Abundant Prote in
Bai Yongqin　Yang Q ingchuan
( Institu te of Anim al Science, CAAS, B eijing 100193)
　　Abs trac t: 　Late embryogenesis abundant p rotein (LEA) are a suite of important fam ily p roteins found in organism s, which are gen2
erally involved in osmoregulation . These genes encoding p roteins are exp ressed abundantly at the late stage embryonic development of
p lant seeds, or subjected to environmental stress such as drought, low temperature, salt stress , ABA, ultraviolet radiation and saline2al2
kalization stress. Significant physical and chem ical p roperties of LEA p rotein feature high hydrophilic and thermal stability, even under
condition of boiling water they can maintain water2soluble state. LEA p roteins can stabilize the cellmembrane structure , and asmolec2
ular chaperones, can combine ions and p revent oxidation . The classification and structure of LEA p rotein, encoding genes, their ex2
p ression and regulation and their roles in different physiological p rocesses were summarized in this paper.
Key wo rds: 　Late embriogenesis abundant p rotein　Gene exp ression and regulation　Environmental stress
收稿日期 : 2009204214
基金项目 :国家科技“十一五”支撑计划国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助 ,中部温带地区优质高产、抗逆新品种选育的产业化
示范
作者简介 :白永琴 (19852) ,女 ,在读硕士研究生 ,从事牧草生物技术研究 ; E2mail: baiyongq203@163. com
通讯作者 :杨青川 , E2mail: qchyang66@ yahoo. com. cn, Tel: 010262815996　　晚期胚胎发生丰富蛋白 (LEA )是生物体中广泛存在的一类与渗透调节有关的家族蛋白。研究发现在植物胚胎发育晚期 , LEA 蛋白表达量十分丰富 ,在成熟的棉花胚细胞中 , D7LEA蛋白占非细胞器胞质蛋白质的 4% (约 0134 mM ) [ 1 ] ,而且在环境胁迫如干旱、低温、盐胁迫、ABA、紫外辐射和 NaHCO3 等条件下 LEA蛋白 mRNA也会大量累积 [ 2～4 ] ,被认为是在胁迫过程中对植物起保护作用的物质之一。LEA蛋白在细胞中分布广泛 ,起稳定细胞膜、分子屏障、离子结合和防止氧化等作用 [ 5 ] ,这些保护作用对于植物在极端压力条件下存活是必需的。 1　L EA蛋白概述111　LEA蛋白的分类和特点1981年 Dure等 [ 6 ]在胚胎发育后期的棉花子叶中首先发现了 LEA蛋白的存在。后来 ,在包括大麦、小麦、水稻、玉米、葡萄种子和大豆在内的 20种高等植物中也发现了 LEA蛋白。由于 LEA基因序列的多样性 ,除了在高等植物体内 ,在线虫 [ 7 ] ,苔藓 [ 8 ]中也发现了 LEA蛋白的存在 ,使得 LEA蛋白的分类从发现以来一直是充满分歧。最早 ,根据它们普遍存在的特殊氨基酸序列 ,LEA蛋白被分为 3组 [ 9 ]。第 1组 LEA蛋白具有多拷贝串连的 20个亲水氨基酸序列 ,该序
生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 9期
列富含高比例的带电荷氨基酸和甘氨酸 [ 10 ]。第 2组
LEA蛋白也称为脱水素 ,其一级结构特征 :在 C2末端
或附近具有富含赖氨酸基元序列 ,也称 K2片段 ,在高
等和低等植物中高度保守 ,大约有 15个氨基酸残基
(EKKGIMDKIKEKLPG)组成 [ 11 ] ,它的主要功能是作
为分子伴侣。第 3组 LEA蛋白通常含有多拷贝的 11
个氨基酸组成的基元序列 ( TAQAAKEKAGE) [ 12 ]。
Dure等 [ 13 ]在 1993年提出了根据棉花种子的原型进
行 LEA蛋白的命名方法 ,例如 ,D219第 1组 ,D211第
2组 ,D27第 3组 ,但是后来研究者们都直接用第 1
组 ,第 2组 ,第 3组。尽管大多数 LEA蛋白被分为 3
大类之中 ,但是还有报道根据序列的相似性和特征序
列分出了更小组别 :第 4组 (D2113) ,第 5组 (D229)
和第 6组 (D234) [ 13, 14 ]以及 Lea5 (D273)和 Lea14 (D2
95) [ 15 ]。W ise[ 16 ]利用生物信息学 ( POPP)技术分析
定义了 LEA蛋白的超家族 ( SFs) ,而每个主要组是由
一个或多个亚组 SFs组成 ,比如第 2组 LEA蛋白又可
以分为 2a和 2b[ 17 ]。第 1组和第 3组 LEA蛋白也可
以进行亚组分类 ,但是它们的功能和结构特征与已知
LEA蛋白的关联性不大。
LEA蛋白相对分子质量大小各异 ,例如 ,阔叶
香蒲 ( Typha la tifolia)的第 3组 LEA蛋白是 8 kD,而
线虫 (C. elegans)中的编码 Ce2lea21的第 3组 LEA
蛋白是 77 kD ,而且它们的等电点也不相同。其显
著的理化特性是具有很高的亲水性和热稳定性 ,即
使在煮沸条件下也能保持水溶状态 [ 18 ]。LEA蛋白
的高度亲水性有利于 LEA蛋白在植物受到干旱失
水时把足够的水分捕获到细胞内 ,从而保护细胞免
受水分胁迫的伤害 [ 19 ]。
通过凝胶法和斑点杂交法的限制性片段多态性
证明陆地棉 ( G. h irsu tum ) L EA 基因是单拷贝 [ 20 ]。
插入外源基因的拷贝数低 ( 1或 2个 )能较好的表
达 ,插入的拷贝数多则会导致表达的不稳定甚至基
因沉默现象。因此 ,外源 L EA基因可以较好的在转
基因植物中表达。
112　LEA蛋白的结构
1985年 ,McCubbin等最早研究了小麦 ( Triticum
aestivum )第 1组 LEA蛋白基因 Em 的结构特征 ,发
现该蛋白的结构比一般的球蛋白更疏松易变 ,且处
于无规则结构状态 ,例如 ,α2螺旋、β2折叠或者自由
卷曲等结构。他们认为这种结构的形成是由于该氨
基酸组成中富含甘氨酸 ,谷氨酸和谷氨酰胺残基等
亲水基团造成的。这些是最早发现的 LEA蛋白的
典型特征。菜豆 ( P isum sa tivum )中的第一组 LEA
蛋白 P11只有 2%折叠成α2螺旋 ,使得该蛋白在 80°
C水浴中也能处于溶解状态 ,从而有利于脱水应
激 [ 21, 22 ]。同样 ,也有报道胡萝卜 (D aucus carota )中
的 LEA蛋白 EMB 21没有二级结构和三级结构 [ 23 ]。
截形苜蓿 (M edicago truncu la ta )中的第 1组 LEA蛋
白 M tEm6的 50%没有蛋白结构 ,尽管有 37%α2螺
旋和 10%是β2折叠 [ 24 ] ,第 2组 LEA蛋白也有相似
的结构特征 ,比如在玉米 ( Zea m ays) ,复活植物
(C raterostigm a plan tag ineum ) ,柑橘 ( C itrus)和拟南
芥 (A rabidopsis)中具有非常显著的非折叠结构 [ 25 ]。
研究表明该组蛋白比球蛋白能结合更多的水分 [ 26 ]。
第 3组 LEA蛋白也是同样 ,如线虫 (A phelenchus ave2
nae) [ 27 ]和大豆 ( soybean ) [ 28 ]。有很多学者认为第 3
组 LEA蛋白的结构是α2螺旋的 ,其实不然 ,它们主
要由球蛋白组成 [ 29 ] ,在亲水力的作用下它们围绕亲
水核进行折叠 [ 30 ] ,在结合了分子伴侣或者离子时也
会进行非天然折叠 [ 31 ]。环境条件的改变也可以改
变它们的折叠情况 ,阔叶香蒲 ( Typha la tifolia )中的
第 3组 LEA蛋白 ( 8 kD )在快速干旱条件下形成高
度α2螺旋 [ 32 ] ,同样 ,线虫的第 3组 LEA 蛋白 Aav2
LEA1[ 33 ]和豌豆线粒体的 LEAM [ 34 ]在干旱状态下都
形成了高级结构。
113　LEA蛋白的亚细胞定位
通过计算机软件 TMHMM v. 2[ 35 ]预测和试验研
究 ,证明了 LEA蛋白不是跨膜蛋白 ,而是定位在包括
叶绿素、线粒体、细胞核和细胞质等亚细胞中 (表 1)。
研究报道 [ 36 ] , N2末端的信号肽证明了 3组蛋白的两
个密切联系的蛋白定位在内质网膜 ( ER)上。当信号
肽被清除后该蛋白的含量也就急剧下降了。其他一
些信号也可以控制蛋白定位在线粒体和质粒中。例
如 ,玉米中的第 2组 LEA蛋白 DHN1 /Rab17的定位
取决于该蛋白的丝氨酸是否磷酸化 ,当去磷酸化后该
蛋白就可以在细胞质之中定位 [ 37 ]。应用生物信息学
的方法预测了一些 LEA蛋白的定位 (表 2) ,认为第 1
组 LEA蛋白是定位于细胞核中 ,而线虫中的第 3组
LEA蛋白均匀的分布在细胞质中 [ 38 ]。
2
2009年第 9期 白永琴等 : LEA蛋白研究进展
表 1　L EA蛋白已知的亚细胞定位 [ 4]
登录号 LEA组别 物种 定位 参考文献
DHN1_MA IZE 2 Zea m ays (maize) Nuc /Cyt Goday et al. 1994
ERD14_ARATH 2 A rabidopsis tha liana (mouse2ear cress) Clp /Per SUBA A t1g76180
DHR18_ARATH 2 A rabidopsis tha liana (mouse2ear cress) Nuc /Cyt Nylander et al. 2001
COR47_ARATH 2 A rabidopsis tha liana (mouse2ear cress) Nuc /Cyt SUBA A t1g20440
Q9ZR21_C ITUN 2 Citrus unshiu ( satsuma orange) M it Hara et al. 2003
TAS14_SOLLC 2 Solanum lycopersicum ( tomato) Nuc /Cyt Godoy et al. 1994
DHR21_ORYSA 2 O ryza sativa ( rice) Cyt Mundy and Chua 1988
CS120_WHEAT 2 Triticum aestivum (wheat) Nuc /Cyt Houde et al. 1995
CO410_WHEAT 2 Triticum aestivum (wheat) PlMem Danyluk et al. 1998
VCaB45b 2 A pium gravolens ( celery) Vac Heyen et al. 2002
LEA13_GOSH I, LEAD7_GOSH I 2, 3 Gossypium hirsu tum ( cotton) Cyt Roberts et al. 1993
Q06540_WHEAT 3 Triticum aestivum (wheat) Clp NDong et al. 2002
Q8S385_SECCE 3 Secale cereale ( rye) Clp NDong et al. 2002
DRPF_CRAPL 3 Craterostigm a plantagineum Clp Iturriaga et al. 1992
Q42512_ARATH 3 A rabidopsis tha liana (mouse2ear cress) Clp L in and Thomashow 1992b
LEAD8_DAUCA 3 D aucus carota ( carrot) Cyt Franz et al. 1989
Q39873_SOYBN 3 Glycine m ax ( soybean) ER H sing et al. 1995
LEA1_HORVU 3 Hordeum vulgare ( barley) PSV /Cyt Marttila et al. 1996
Q93Y63_9ROSA 3 M orus bom bycis (mulberry tree) ER Ukaji et al. 2001
Q41060_PEA 3 Pisum sativum ( garden pea) Cyt A lban et al. 2000
Q5NJL5_PEA 3 Pisum sativum ( garden pea) M it Grelet et al. 2005
LEA1_APHAV 3 A phelenchus avenae ( nematode) Cyt Goyal et al. 2005b
注 :本表引自 A lan Tunnacliffe, 2007
表 2　预测的 L EA蛋白亚细胞定位
登录号 LEA组别 物种 定位 参考文献
ERD10_ARATH 2 A rabidopsis tha liana Nuc PredictNLS
ERD14_ARATH 2 A rabidopsis tha liana Nuc PredictNLS
Q9ZTR5_HORVU 2 Hordeum vulgare Nuc PredictNLS
Q39058_ARATH 3 A rabidopsis tha liana Clp Predotar
Q42386_BRANA 3 B rassica napus Clp Predotar
Q39660_CHLVU 3 Chlorella vulgaris M it Predotar
DRPF_CRAPL 3 Craterostigm a plantagineum Clp Predotar
Q39873_SOYBN 3 Glycine m ax ER Predotar
Q40869_P ICGL 3 Picea glauca M it Predotar
Q5NJL5_PEA 3 Pisum sativum M it Predotar
注 : Clp. 叶绿体 ; Per. 过氧化物酶 ; Nuc. 细胞核 ; Cyt. 细胞质 ;M it. 线粒体 ; PlMem. 质膜 ; ER. 内质网膜 ; PSV. 蛋白质存储液泡 ; Vac. 液泡
　　总之 ,大量试验表明 ,几组主要 LEA蛋白在胁
迫细胞中广泛存在 ,证明他们是在细胞间隙缺水时
起作用的。
2　L EA蛋白编码基因的表达调控
211　基因表达和调节
LEA蛋白的表达是一个广泛存在的保护机制 ,
它不仅在植物中表达而且在线虫中也表达 [ 39 ]。在
微生物中也发现了 LEA蛋白的存在 [ 40 ]。LEA蛋白
表达受发育阶段控制 ,一般伴随着种子或胚胎的成
熟而形成 ,在种子萌发时很快消失 ,这是 LEA蛋白
在种子发育过程中呈现的特定表达模式。除此之
外 ,许多营养组织可以在 ABA、高渗透、水分胁迫和
低温胁迫诱导下转录 L EA 基因。而且无组织特异
性 ,既能在种子的子叶、胚轴中表达 ,也可在根、茎和
叶中表达。
L EA基因的表达是通过以下 4种途径 : (1) ABA
依赖型 :其表达依赖于植物内源 ABA 积累或外源
ABA, ABA的生理效应是通过基因表达完成的。植
物遭受干旱胁迫时 ,内源 ABA水平增加。在被子植
物毛茛 A. tha liana (A ng iosperm )中 ,高渗透胁迫比如
3
生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 9期
高盐 ,干旱等诱导 ABA 的积累从而提高抗性 [ 41 ]。
(2) ABA诱导型 :干旱能导致植物体内一些内源激
素的变化 ,继而产生激素反应基因 ,多数干旱诱导基
因是由 ABA诱导的。如拟南芥干旱诱导基因 RO22
的诱导受 ABA调节 ,在严重干旱胁迫下 ,从拟南芥
中鉴定了两个 DNA元件 :类 2MYC和类 2MYB元件 ,
它们与 ABA 诱导基因的表达调控相关 [ 42 ]。 ( 3 )
ABA非应答型 :冷胁迫直接调节基因表达 ,对其启
动子进行分析、结果发现 , rd29A基因的启动子除了
含有 ABA应答元件 ABRE外 ,还存在一个与干旱、
高盐及低温胁迫有关的 DRE ( dehydration responsive
element)顺式作用元件 ( TACCGACAT) [ 43 ]。虽然
r29A基因的表达也受外源 ABA 诱导 ,但去掉启动
子区域中的 ABRE元件 ,保留 DRE元件 ,同样也能
使 rd29A基因在干旱、高盐及低温胁迫条件下被快
速诱导表达。表明 rd29A基因在上述胁迫条件下的
快速表达不依赖于细胞内 ABA的作用 ,而是通过另
外一个非 ABA应答型来调节表达 [ 43 ]。 ( 4 )乙烯诱
导型 :番茄中编码 LEA蛋白基因 ER5 ,该基因是乙
烯应答基因 ,在没有使用乙烯抑制剂 12MCP前 ,在
根和叶子中都有表达 ,但在喷施过后只在叶片中表
达 ,证明该基因的表达是可以由乙烯调节的。这是
乙烯介导表达 LEA蛋白家族基因的首例 [ 44 ]。
对 L EA基因的调控表达信息重要来源于单子
叶植物 ,比如大麦 ,小麦 ,水稻 ,玉米 ,但是对于双子
叶植物来说又不太一样 ,因为双子叶植物中的储存
蛋白经常会集中在胚乳、胚胎子叶和胚胎轴中
表达 [ 45 ]。
212　LEA蛋白编码基因的启动子研究
玉米中发现一个由 ABA信号传导的顺式作用
元件 Sph2CGTCCATGCAT,在干旱诱导基因的启动
子上发现了 MYC和 MYB转录因子的结合位点 ,另
外一类与干旱有关的转录因子是锌指蛋白 [ 46 ]。车
前草 (C. plan tag ineum )中 ABA介导的 LEA基因表
达是通过 SAP锌指转录因子 R18调节的 ,它可以结
合启动子上包括 2个 AGCCC元件和 4个 ACGT基
序区域 ( 29 bp ) [ 47 ]。干旱应答元件 (DRE)保守序
TACCGACAT参与了非 ABA依赖型的干旱和冷害
应答基因转录调节 ,比如 rd29A [ 48 ]。
母草属植物 (L. brevidens)中分离的 L EA 基因
CD eT27245 ,该基因启动子全长 1 049 bp,其中 1～
974 bp是启动区域 , 975～1049 bp是 5′非翻译区。
该启动子中含有 ABA应答元件 ACGTG重复序列 ,
和干旱应答转录因子 R182SAP的结合区域 AGCCC
序列。通过构建 Lb2745p roGFP表达载体 ,发现该基
因在母草属植物脱水叶片的保卫细胞和成熟种子的
胚胎中大量的表达 ;在外源 ABA的诱导下 ,该基因
在幼苗的表皮细胞中大量表达 ,因此该启动子主要
与干旱和 ABA诱导有关 [ 49 ]。
玄参科植物 ( C raterostigm a plan tag ineum )中的
第 4组 LEA蛋白 CpC2,它的启动子区 (CPR)包含 2
个 ABA 应答区域 (ABRE )和一个转录结合位点
HDZIP,利用酵母单杂交分离了 CPR的结合蛋白 ,
其中有 1个 CpbZIP1转录因子和 3个组氨酸蛋白 ,
CpbZIP1属于 bZIP (亮氨酸拉链的基础区域 )的 S
组 ,其中有两个是组氨酸修饰的组成性表达的 ,它有
起调节作用的 5′非翻译区 [ 50 ]。
LEA 蛋白 CDeT11224[ 51 ]、第 2 组 LEA 蛋白
CDeT6219和 CpEdi29[ 52 ]的启动子都已经有所研究。
3　L EA蛋白的功能
311　转基因研究
大量研究证明外源 L EA 基因被转入植物或者
微生物体内 ,而且在一定程度上提高了转基因植株
的抗性。利用农杆菌介导法把从小麦中克隆出来的
LEA蛋白基因 TaL EA3成功转入中华羊草 (L eym us
ch inensis)中 [ 53 ] ,发现提高了它的抗旱性 ,这是第一
例报道 LEA基因在羊草中的超表达 ,为草坪草的发
展做基础。利用同样的方法把从甘蓝型油菜 (B ras2
sica napus)中克隆出来的 L EA 基因 M E2leaN 4成功
转到生菜 (L actuca sa tiva L. )中 ,在水分胁迫和盐胁
迫下都表现出比野生型生菜更强的抗性 ,在 100 mM
NaCl的条件下栽培 10 d后 ,平均根长和鲜重是 218
cm 和 215 g每株 ,而野生型的是 012 cm 和 013
g[ 54 ]。利用超声和真空渗入相结合的方法 ,把从甘
蓝油菜中克隆出来的第 3组 LEA基因成功转入菜
豆 ( Phaseolus vu lga ris L. )中 ,在干旱和盐胁迫下它
的生物产量较野生型得到了提高 [ 55 ]。LEA蛋白也
可以对原核生物的抗性起作用 ,大豆 (Glycine m ax )
中的第 3组 LEA蛋白基因 PM 2在大肠杆菌中表达
后 ,抗盐性可提高 0. 5 M NaCl[ 56 ] ,马铃薯 (Solanum
4
2009年第 9期 白永琴等 : LEA蛋白研究进展
sogarand inum )的第 2组 LEA蛋白 DHN 24转入黄瓜
( Cucum is sa tivus)后 ,发现提高了它的抗寒性 [ 57 ]。
但是把从复活植物 ( C raterostigm a plan tag ineum )中
的 2个脱水素和一个第 3组 LEA蛋白基因转入烟
草以后 ,它们的抗旱性并没有提高 [ 58 ]。
312　参与蛋白稳定和分子保护
许多试验证明 LEA蛋白可以保护乳酸脱氢酶
降解从而免受冻害的伤害 [ 59 ] ,保护苹果酸脱氢酶、
延胡索酸酶和柠檬酸合成酶等免受干旱脱水的伤
害 [ 60 ]。W ise[ 16 ]通过 POPP软件预测 ,认为 LEA 蛋
白可以作为亲水特异性分子伴侣 ,通过减少脱水敏
感蛋白的积累从而避免脱水伤害 ,而试验研究发现
LEA蛋白可以作为分子屏障 ,非结构状态的亲水蛋
白在拥挤的脱水细胞质中可以起到体积隔离作用 ,
从而减少蛋白的积累。因此 ,在水分胁迫下分子屏
障是许多生物体中非常重要的保护机制。分子屏障
与其他蛋白表面的相互作用 ,形成立体的稳定结构 ,
最后 LEA蛋白起到空间填充作用 ,从而防止脱水细
胞的互相重叠 ,减小细胞的伤害。
Baker等报道 ,缺水条件下 , D13和 D11 LEA蛋
白能“溶解 ”在细胞质的结构中 ,它们的结构中未卷
曲部分能形成适应其它结构的形状 ,此结构与水产
生的结合力比蔗糖形成的稳定性更强 ,至少在晶体
保护上比蔗糖好 [ 61 ]。也有报道称 , LEA蛋白通过提
高糖的玻璃化转变温度 ( Tg)来稳定细胞膜 [ 62 ] ,同
样第 3组 LEA蛋白在干旱胁迫时可以形成细丝 ,增
加了细胞质的拉伸力 ,从而提高了细胞的稳定
性 [ 63 ]。从拟南芥中分离出的 Kin l基因 ,富含有丙氨
酸 ,阻止冰晶体的形成 ,增加可塑性 ,从而减少了细
胞的伤害 [ 64 ]。
313　参与离子结合和抗氧化作用
脱水会引起细胞内组成物质浓度上升 ,包括离
子浓度。从而损坏大分子物质的结构和功能 , LEA
蛋白含有很多带电氨基酸 , 具有吸附离子的作
用 [ 65 ]。芹菜 (A pium graveolens)中与脱水素相关的
LEA蛋白被磷酸化后可以结合 Ca2 +并定位在液泡
中 ,在苗期受到水分胁迫时表达量上升 [ 66 ]。3个第
2b组的酸性 LEA蛋白 ERD10, COR47和 ERD14,依
赖磷酸化的 Ca2 +结合蛋白 ,它们的磷酸化位点在丝
氨酸末端。在蛋白 Xero2中因其没有连续的多个丝
氨酸而不能被磷酸化 ,所以不能结合 Ca2 + [ 67, 68 ]。
第 2组 LEA蛋白也可以结合金属离子 ,但是它
与 Ca2 +结合机理不同。利用二价金属离子与蛋白
的亲和力可以作为纯化 LEA蛋白的方法。利用这
种方法从蓖麻 ( R icinus comm un is)中分离了第 2组
LEA 蛋白 , 它们之间的亲和力大小由大到小是
Fe3 + 、Cu2 + 、Zn2 + 、Mn2 +和 Fe2 + [ 69 ]。研究表明 ,这种
结合与组氨酸的存在有关。
314　参与细胞膜连接、折叠和稳定作用
研究证明 LEA蛋白可以连接和稳定细胞膜 [ 70 ] ,
第 2组酸性 LEA蛋白 CO410_WHEAT(WCOR410)在
遇到冷害时在原生质膜上大量积累 ,在冻害时植物组
织中也大量积累 ,而且 ,它们一般都定位于膜区。豌
豆线粒体中的第 3组 LEA蛋白 LEAM在遇到干旱和
高温时可以阻止 SUV s的融合而起到连接作用 [ 71 ]。
LEAM蛋白在干旱时保护线粒体内膜 ,并填充了很多
无蛋白区域 ,因此认为它可以影响氧化磷酸化 ,根据
LEA蛋白的亲水性 ,它可以作为水合缓冲液 ,在遇到
干旱时 LEA蛋白的结构由在水分充足时的自由卷曲
变为脱水状态的 PPII螺旋从而降低失水速率 [ 72 ] ,减
少植物组织的伤害。
4　前景展望
LEA蛋白在生物体中可以行使多重功能 ,例
如 ,水分缓冲液、分子屏障、酶保护剂、金属离子结合
作用、抗氧化性和膜连接作用等。通过体外试验或
软件预测蛋白结构得到的单个 LEA蛋白的功能 ,对
多种 LEA蛋白的体内试验和蛋白之间的相互作用
具有非常重要的意义。许多研究已经报道 , LEA蛋
白可以在多种胁迫 ,如干旱、低温、盐胁迫、ABA、紫
外辐射和 NaHCO3 等条件下大量积累从而提高了植
物的抗性 ,因此对未知 L EA基因的克隆和表达鉴定
也是非常必要的。
参 考 文 献
1　 B jO rn V. W elin A, ke O lson. Plant Molecular B iology, 1994, 26:
131～144.
2　 SunderlíkováV, W ilhelm E. Protop lasma , 2002, 220: 97～103.
3　 W ang BF, W ang YC. Journal of Forestry Research, 2008, 19 ( 1 ) :
58～62.
4　 Tunnacliffe A,M ichael J. Naturwissenschaften, 2007, 94: 791～812.
5　 Baker J, Steele C, Dure L. Plant Mol B iol, 1988, 11: 277～291.
5
生物技术通报 B iotechnology　B u lle tin 2009年第 9期
6　 Dure LS, Chlan CA. Plant Physical, 1981, 68: 180.
7　 Tunnacliffe A, Lap inski J, McGee B. Hydrobiologia, 2005, 546: 315～
321.
8　 M inam i A, Nagao M, Ikegam i K. Planta, 2005, 220: 414～423.
9　 Dure L III, The LEA Proteins of H igher Plants. In: Verma DPS, ed.
Control of Plant Gene Exp ression. Boca Raton: CRC Press, 1992,
325～335.
10　Dure L III, Crouch M, Harada J, et al. Plant Mol B iol, 1989, 12:
475～486.
11　B ray EA , A lterations in Gene Exp ression in Response to W aterDef2
icit. In: Basra AS ( ed) Stress2induced Gene Exp ression in Plants,
Newark: Harwood Academ ic, 1994, 1～23.
12　Close TJ, Kortt AA, Chandler PM. Plant Mol B iol, 1989, 13: 95
～108.
13　Dure L III, Structural Motifs in Lea Proteins. In: Close TJ, B ray
EA, eds. Plant Responses to Cellular Dehydration During Environ2
mental Stress. Rockville: The American Society of Plant Physiolo2
gists, 1993, 91～103.
14　B ray EA. Plant Physiol, 1993, 103: 1035～1040.
15　Galau GA, W ang HY2C, Hughes DW . Plant Physiol, 1993, 101:
695～696.
16　W ise MJ . BMC B ioinformatics, 2003, 4: 52.
17　W ise MJ, Tunnacliffe A. Trends Plant Sci, 2004, 9: 13～17.
18　Desp rez T, Am selem J, CabocheM, et al. Plant J, 1998, 14 (5) : 643
～652.
19　 Ingeram J, Bartels D. Annu Rev Plant Physiol PlantMol B iol, 1996,
47: 377～403.
20　Glenn AG, Hank W. Mol Gen Genet, 1988, 211: 305～314.
21　Russouw PS, Farrant J, B randt W , et al. Seed Sci Res, 1995, 5:
137～144.
22　Russouw PS, Farrant J, B randt W , et al . Seed Sci Res, 1997, 7:
117～123.
23　Eom J, Baker WR, Kintanar A, et al. Plant Sci, 1996, 115: 17
～24.
24　Boudet J, Buitink J, Hoekstra FA, et al. Plant Physiol, 2006, 140:
1418～1436.
25　BokorM, Csizmók V, Kovács D, et al. B iophys J, 2005, 88: 2030
～2037.
26　Mouillon JM, Gustafsson P, Harryson P. Plant Physiol, 2006, 141:
638～650.
27　Goyal K, Tisi L, Basran A, et al. J B iol Chem, 2003, 278: 12977
～12984.
28　Shih M2D, L in S2C, H sieh J2S, Tsou C2H, et al. Plant Mol B iol,
2004, 56: 689～703.
29　Gerstein M. Fold Des, 1998, 3: 497～512.
30　Scheef ED, Fink JL, Fundamentals of Protein Structure. In: Bourne
PE,W eissig H eds. Structural B ioinformatics. Hoboken: W iley2L iss,
2003, 15～39.
31　Uversky VN, Gillesp ie JR, Fink AL. Proteins, 2000, 41: 415
～427.
32　WolkersW F, McCready S, B randtW F, et al. B iochim B iophys Ac2
ta, 2001, 1544: 196～206.
33　Goyal K, TisiL, Basran A, et al. J B iol Chem, 2003, 278: 12977～
12984.
34　Tolleter D, JaquinodM, Mangavel C, et al. Plant Cell ( in p ress) ,
2007.
35　Krogh A, Larsson B, Von Heijne G, et al. J Mol B iol, 2001, 305:
567～580.
36　Ukaji N , Kuwabara C, Takezawa D, et al. Plant Physiol, 2001,
126: 1588～1597.
37　 Jensen AB, Goday A, Figueras M, et al. Plant J, 1998, 13: 691
～697.
38　Nair R, Rost B . Nucleic Acids Res 32 (Database issue) , 2004,
517～521.
39　B rowne J, Tunnacliffe A, Burnell A. Nature, 2002, 416: 38.
40　Dure L. Protein Pep t Lett, 2001, 8: 115～122.
41　M inam i A, Nagao M. Planta, 2005, 220: 414～423.
42　Zegzouti H, Jones B. PlantMolecular B iology, 1997, 35: 847～854.
43　Abe H , Yamagu chi2shinozaki K, U rao T, et a1. Plant Cell, 1997,
9: 1858～1868.
44　Marcotte WR, Russel SH, Quatrano RS. Plant Cell, 1989, 1: 969～
976.
45　LopesMA, Larkins B . Plant Cell, 1993, 5 : 1338～1399.
46　 Kao C2Y, Cocciolone SM, Vasil IK, et al. Plant Cell, 1996, 8: 1171
～1179.
47　H ilbricht T, Salam ini F, Bartels D. Plant J, 2002, 31 (3) : 293～303.
48　SekiM, Narusaka M, Ishida J. Plant J, 2002, 31: 279～292.
49　Claudia Sm ith2Esp inoza, Dorothea , et al. Plant Cell Rep, 2007, 26:
1681～1688.
50　D itzer A, Bartels D. PlantMol B iol, 2006, 61: 643～663.
51　Velasco R, Salam ini F, Bartels D. Planta, 1998, 204: 459～471.
52　Rodrigo MJ, Bockel C, B lervacq A2S, Bartels D . Planta, 2004,
219: 579～589.
53　W ang LJ, L i XF. B iotechnol Lett, 2008, 76: 175～178.
54　Park BJ, L iu ZC. Plant Growth Regulation, 2005, 45: 165～171.
55　L iu ZC, Park BJ. Molecular B reeding, 2005, 16: 189～197.
56　L iu Y, Zheng Y. B iochem B iophys Res Commun, 2005, 331: 325
～332.
57　Yin Z, Rorat T, Szabala BM, et al. Plant Sci, 2006, 170: 1164～1172.
58　 Iturriaga G, Schneider K, Salam ini F, et al. PlantMol B iol , 1992,
20: 555～558.
59　Kazuoka T, Oeda K. Plant Cell Physiol , 1994, 35: 601～611.
60　Grelet J, Benamar A, Teyssier E, et al. Plant Physiol , 2005, 137:
157～167.
6
2009年第 9期 白永琴等 : LEA蛋白研究进展
61　Sanchez2BallestaMT, RodrigoMJ, LafuenteMT, et al. J Agric Food
Chem, 2004, 52: 1950～1957.
62　WolkersW F, McCready S, B randtW F, et al. B iochim B iophysAc2
ta, 2001, 1544: 196～206.
63　Berjak P. Seed Sci Res, 2006, 16: 1～15.
64　Q inyin Cai, Gloria A. PlantMolecular B iology, 1995, 29: 11～23.
65　Heyen BJ, A lsheikh MK, Sm ith EA, et al. Plant Physiol, 2002,
130: 675～687.
66　A lsheikh MK, Heyen BJ, Randall SK. J B iol Chem, 2003, 278:
40882～40889.
67　A lsheikh MK, Svensson JT, Randall SK. Plant Cell Environ ,
2005, 28: 1114～1122.
68　Svensson J, Palva ET, W elin B. Protein Exp r Purif , 2000, 20: 169
～178.
69　Steponkus PL, Uemura M, Joseph RA, et al. Proc Natl Acad Sci
USA, 1998, 95: 14570～14575.
70　Danyluk J, Perron A, Houde M, et al. Plant Cell , 1998, 10: 623～
638.
71　Garay2A rroyo A, Colmenero2Flores JM, Garciarrubio A, et al. J B i2
ol Chem, 2000, 275: 5668～5674.
72　Mouillon J2M, Gustafsson P, Harryson P. Plant Physiol, 2006, 141:
638～650.
植物基因工程
王关林 　方宏筠 　主编
97827203202498124　　  75. 00　　　　　2009年 8月出版
内容简介 :本书是由科学出版社申报 ,教育部组织专家评议审批的普通高等教育“十一五 ”国家级规划
教材 ,也是我国第一本植物基因工程专业教科书。全书兼顾了植物基因工程的基础理论及技术原理和实验
操作技术。理论部分系统详尽地讲解了植物基因工程相关知识 ,实验部分不仅列举了多种方案供读者根据
需要自由选择或自我设计 ,还增加了实验结果分析 ,以利于学生开拓思路 ,培养举一反三的分析能力 ,真正掌
握实验技能 ,学以致用。全书以植物基因工程的程序为主线循序展开 ,逐渐深入。既具有较高的理论性 ,又
具有较强的实用性和可操作性 ,构成了独特的植物基因工程理论体系。
本书适合用作各大学生物专业 ,特别是农林院校植物育种专业的专业课教材 ,也可作为该专业研究生和
科研工作者的参考书。
欢迎各界人士邮购科学出版社各类图书 (免邮费 )
邮购地址 :北京东黄城根北街 16号 科学出版社 　科学出版中心 　生命科学分社 　　邮编 : 100717
联 系 人 :李韶文 　010 - 64000849　　　　周文宇 　010 - 64031535
更多精彩图书请登陆网站 http: / /www. lifescience. com. cn,欢迎致电索要书目
7