全 文 ：植物学通报 2005, 22 (3): 357~365
Chinese Bulletin of Botany
①国家 863计划项目(2001AA625010, 2002AA245131)资助。
②通讯作者。Author for correspondence. E-mail: cyf800205@hotmail.com
收稿日期: 2004-02-17 接受日期: 2004-04-12 责任编辑: 崔郁英, 于昕
MAPK级联途径在植物信号转导中
的研究进展①
1陈娅斐 1,2冯 斌 1赵小明 1白雪芳 1杜昱光②
1(中国科学院大连化学物理研究所 大连 116023) 2 (辽宁师范大学生命科学学院 大连 116029)
摘要 促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)在植物的胁迫反应应答方面占有
重要地位。本文就MAPK的基本组成、分类、激发子和两种可能的机理的最新进展作了综述。并介绍
了近年来此领域中的研究方法,包括MAPK活性测定的方法、免疫沉淀法、酵母双杂交、基因突变、
RNA干涉和网络模式法。
关键词 MAPK, 信号转导, 研究方法
Progress of Study on MAPK Cascades of Plant Signal
Transduction
1CHEN Ya-Fei 1,2FENG Bin 1ZHAO Xiao-Ming 1BAI Xue-Fang 1DU Yu-Guang②
1(Dalian Institute of Chemical Physics, the Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023)
2(College of Life Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029)
Abstract Mitogen-activated protein kinase (MAPK) play an essential role in response to a variety
of stresses in plants. This paper reviews the recent progresses in the basic constitutions, categories,
elicitors and two possible mechanisms of plant MAPKs. It also introduces several important experi-
mental methods developed in this field, including kinase activity measurement, immune-precipitation,
yeast two-hybrid, gene mutant, RNA interference and a new method-networks modules.
Key words MAPK, Signal transduction, Experimental methods
研 究 简 报
蛋白质激酶是一类可以使特定的蛋白质侧
链中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基共价磷
酸化的酶, 蛋白质磷酸化可以控制酶的活性及其
与其他分子的相互作用(Johnson and Lapadat,
2002)。促分裂原活化蛋白质激酶(mitogen-ac-
tivated protein kinase, MAPK)是丝 /苏氨酸蛋
白质激酶的一个大家族, 包含11个保守的亚结
构域, 现已于真核生物(酵母、哺乳动物、人
及植物)中广泛发现(Widmann et al.,1999)。真
核生物中的 MAPK在将外源刺激信号转入胞内
应答受体/感应器的下游的过程中起着枢纽的
作用(Bogre et al., 2000)。在植物中, MAPK级
联途径与不同的生物及非生物胁迫反应、激
素反应、细胞分化和发育过程有关。
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MAPK级联途径在酵母和动物中的研究起
步比较早, 植物方面的研究虽然从20世纪90年
代才发展起来, 但已经取得了相当大的进步。
本文将就MAPK级联途径的最新进展和研究方
法作一概述。
1 MAPK级联途径的基本组成
真核生物(酵母、动物和植物)中与MAPK
级联途径有关的激酶均为丝/苏氨酸磷酸酶, 其
基本组成为三级激酶模式, 即上游的促分裂原活
化蛋白质激酶激酶激酶(MAPKKK, 如哺乳动物
中的Raf和Mos蛋白质家族)通过将促分裂原活
化蛋白质激酶激酶(MAPKK)中保守区域中丝/
苏氨酸残基磷酸化而激活M A P K K , 再由
MAPKK通过磷酸化MAPK第七和第八亚结构
域之间的丝/苏氨酸和酪氨酸残基激活MAPK
(Camps et al., 1999), 每种MAPKK只可以磷酸
化其特异的MAPK, 功能上不能取代同类其他
的MAPKK, 一套特异的功能上相连的三级激酶
形成一个MAPK通路的基本模块。MAPK的
活性调节是可逆的(Chang and Karin, 2001),
MAPK磷酸酶(MAPK phosphatase, MKP)可以
通过对 M A P K 的去磷酸化而使其失活。
MAPK既可以作为信号转导的一个环节继续磷
酸化下游的成分, 又可以进入细胞核激活转录因
子进而调节基因表达。
MAPK是该级联途径中最后一个激酶, 包
括一个三肽基序TXY, 即ATP磷酸化位点, 也
叫活性片段, 此基序位于激酶催化结构域的第七
和第八亚结构域之间的活化环(T- loop)中。
MAPKK可通过保守的S/T-X3-5-S/T(S代表丝氨
酸, T代表苏氨酸)模块上的2个丝/苏氨酸残基
磷酸化而被活化, 在酵母和哺乳动物中, 中间X
(X代表氨基酸)的个数为3, 而在植物中为5。植
物中已经发现的MAPKKK有CTR1、EDR1、
NPK1/ANP和MEKK1-4(Favata et al., 1998), 其
中 CTR1和 EDR1与动物中的 Raf家族相关
(MAPK group, 2002)。MAPKKK自身可通过
中介桥梁因子(intermediate bridging factors)或者
互联MAPKKKK之后通过生理反应或／和受
体自身的磷酸化而活化(Jonak et al., 2002)。
G蛋白质(如Ras家族或异三聚体复合物)
也可以作为感受胞外刺激的膜受体和胞内
MAPK通路的偶联剂(Lee et al.,2001)。此级联
途径的每一级都包括多个成员, 此种多样性决定
于信号转导的特异性。在同一细胞中存在着
多条MAPK通路,每条通路中的三级激酶与不
同的上游受体和下游目标物连接, 纵横交错,形
成错综复杂的信号转导网络。
2 MAPK的分类
2.1 哺乳动物MAPK的分类
哺乳动物中的蛋白质激酶分为两大家族,
一族可磷酸化丝氨酸和/或苏氨酸, 另一族可磷
酸化酪氨酸。这些激酶在整个动物界中表现
出高度的进化保守性, 行使着很多重要的功能。
其中, 丝/苏氨酸促分裂原活化激酶可以被许多
刺激物所活化。根据生理遗传特性和氨基酸
保守的TXY基序序列比较, MAPK可分为4类:
胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated
kinase, ERK), 其中X为E(谷氨酸);ｃ-jun-氨基
末端激酶(c-jun N-terminal kinase, JNK) 或称为
胁迫激活蛋白质激酶(stress-activated protein
kinase, SAPK), 其中X为P(脯氨酸); p38, 其中
X为G(甘氨酸) (Camps et al.,1999; Berman et al.,
2001)。
2.2 植物MAPK的分类
植物中, 拟南芥全基因组序列测定发现存
在21种MAPK, 10种MAPKK, 60种MAPKKK
(MAPK group, 2002)。他们将以上发现的激酶
与已经鉴定的其他植物(苜蓿、烟草、水稻和
大麦等)中的MAPK相关激酶放在一起, 制订了
一套分类命名法。目前已从高等植物中分离
出50余种MAPK基因, 根据其中保守的TXY基
序内氨基酸序列比较, 将其分成TEY和TDY 2
个亚型, 其中前者又包括A、B和C 3个组, 后
3592005 陈娅斐等: MAPK级联途径在植物信号转导中的研究进展
者为D组。A组的MAPK参与多种生物和非
生物胁迫以及激素反应, 如AtSIPK可被损伤、
盐、渗透压和病原物衍生的激发子所诱导
(Jonak et al., 2002); B组的MAPK研究的较少,
但已证明了它们参与环境胁迫反应和细胞分裂,
比如拟南芥的AtMPK4可参加生物和非生物胁
迫应答; 关于C组和D组的信息很有限, 仅在微
型分析中检测到控制 2 4 小时生理节律的
AtMPK7表达。根据MAPKK氨基酸线性排列
顺序比较, 这 10种MAPKK可以分在 4个组
(A、B、C和 D)中,其数量约为MAPK的一
半, 所以不同的信号转导通路之间的“交谈”
(crosstalk)可能会集中在这个水平。MAPK-
KK的成员较多, 共分成 3组(A、B和 C)。A
组含有典型的MAPKKK (如MEKK1/STE11/
BCK1)激酶结构域, B组和C组的氨基酸序列
与Raf激酶有关。Jonak等(1999)的综述中列
表详细总结了MAPK级联途径中一些有代表
性的激酶的生物功能, 在此不再赘述。
MAPK group(2002)提出的分类命名法给其
他物种中与MAPK有关的各种分子的分类和命
名提供了基础, 即可以通过参考拟南芥中激酶序
列来推测相关植物中类似分子的作用, 这为进一
步的研究提供了指导。
3 MAPK级联反应的激发子
由于植物的固定性, 它们必须通过调整自
身的代谢功能来适应逆境。 MAPK级联途径的
激活与微生物病原体感染、损伤、低温、干
旱、过高或过低的渗透压、盐、碰触和活性
氧等刺激性处理有关(Widmann et al., 1999;
Dangl and Jones, 2001; Yang et al., 2001; Zhang
and Klessig, 2001), 以上因素都可以称为激发子
(elicitors), 其中微生物产生的病原体激发子可分
为种族特异性的和非种族特异性的两种。非
种族特异性激发子包括入侵微生物自身的各种
化合物, 如真菌细胞壁碎片、细菌鞭毛蛋白质
(Gómez-Gómez et al., 2001)、寡糖、脂类、肽
类和蛋白质等(Montesano et al., 2003), 以上激
发子已知的受体均位于质膜上; 种族特异性激
发子多是由病原体无毒基因(avirulence, Avr)编
码的蛋白质产物, 受体为cf-9。这些产物或者被分
泌入胞间空隙, 或者通过第Ⅲ类型分泌系统直接注
入细胞。以下介绍两例最近鉴定的激发子。
3.1 Harpin
harpin是由一群植物病原菌欧氏杆菌属和
假单胞杆菌属等的第Ⅲ类型途径分泌的效应蛋
白质组成的。harpin可导致感病植物的致病和
对非宿主植物和宿主植物抗性品种的过敏反应
(hypersensitive reaction, HR)。研究发现, 有些
效应蛋白质可以与植物胞内蛋白质相互作用, 从
而活化植物体内的防御系统。Lee等(2001)在
豆类中发现 halo-blight病原菌丁香假单胞菌
(Pseudomonas syringae pv. phaselicola)产生的
harpin(harpin Psph)可结合于质膜上, 这种结合具
有特异性、可逆性和饱和性。它可以引起 48
kD水杨酸响应的SIPK(salicylic acid-inducible
MAPK)的活化和与病程相关蛋白质HIN1的转
录积累。他们发现包括SIPK在内的MAPK活
性对于harpin Psph引发的HIN1表达是必需的。
3.2 鞭毛蛋白质(flagellin)
除了对于特殊病原物的识别系统外, 植物
也发展出能识别相对于普遍微生物类群特征的
微生物成分识别系统。不同的微生物结构可
以作为激发子而起作用。对于一部分普遍的
激发子, 已经鉴定出其存在于细胞质膜上的特定
结合位点。特异的、高亲和性的结合位点的
鉴定和表征为理解植物识别这些微生物诱导物
的过程提供了重要信息。Meindl等(2000)已经
鉴定出含有 22 个氨基酸残基的鞭毛蛋白质
FLG22, 它在不同的植物细胞中都可作为抗性相
关反应的激发子。Peck等(2001)发现经过
FLG22处理后, 拟南芥中的识别蛋白质激酶FLS2
是一个编码富含亮氨酸重复结构(leucine-rich
repeat, LRR)的丝/苏氨酸激酶, 同时Gómez-Gómez
等(2001)发现FLS2的磷酸化对于鞭毛蛋白质受
360 22(3)
体复合物正确的结合和信号传递是必要的。
植物识别到激发子之后, 就开始启动一系
列信号转导事件, 比如Ca2+等离子的内流, 活性
氧生成, 激酶活化以及转录水平的一系列变化,
这些防卫机制在感知刺激几分钟之内就能发生
作用。随后,在数小时内, 病程相关(PR)蛋白(如
b-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶等)、植保素和细胞
壁加固有关化合物(如富含羟脯氨酸的糖蛋白和
木质素等)的合成都会发生; 同时, 第二信使分子
如乙烯、茉莉酸和水杨酸也相继生成。这些
抗性反应或是杀死病原物或是将其控制在一定
范围内(Samuel and Ellis, 2002;Yang et al., 2003)。
研究表明, 不同的激发子可以引起共同的
MAPK应答。Holley等(2003)研究了秘鲁番茄
(Lycopersicon peruvianum)悬浮细胞在多肽信
号分子系统素(systemin)、寡糖诱导子(ologos-
accharide elicitors)和紫外线B的作用下, 被诱导
出 3个MAPK类似物, LeMAPK1~3, 其中
LeMAPK1/2可以被以上3种激发子独立诱导,
LeMAPK3只能被紫外线 B诱导。
激发子受体的鉴定是此类研究中的一项巨
大挑战,目前只鉴定出了少数特异性识别受体。
生物化学研究已经得到一些结合蛋白质的激发
子的特征, 结合蛋白质可能是识别复合体的一部
分。病原识别中最为可能的受体种类是跨膜
的受体样蛋白质激酶(receptor-like protein
kinases, RLKs) (Montesano et al., 2003)。
4 MAPK级联途径特异性的几种可
能机理
为实现正常的信号功能, MAPK级联途径
应该以高效性和高忠实性来进行信号传递。
然而, 这种特异性的机理一直未被充分阐明。
最近有研究揭示了两种可能的机制调节信号传
递, 即锚定反应(docking interaction)和搭架
(scaffolding)过程。
4.1 锚定反应
此方面的研究结果在酵母和哺乳动物中较
为完整。MAPK与其相应的MAPKK、底物
和磷酸酶共同构成一个复合体, 这个复合体的形
成过程称为锚定反应(Montesano et al., 2003)。
以下是一些对酶的晶体结构和序列分析得到的
结果, 这些结构为推测MAPK级联途径的作用
机理提供了证据。 在与MAPK相互作用的分
子(如MAPKK、MKP和MAPKAPK)的一级结
构上发现了保守的MAPK锚定模体(docking
motif), 它由疏水性氨基酸围绕的一个带正电的
氨基酸簇形成, 但不在其催化反应结构域。在
MAPK调节的转录因子(如Elk1、Sap1和Mef2)
中存在一个类似的区域称为D结构域。MAPK
中的锚定位点称为通用锚定结构域(common
docking domain, CD domain), 它定位于MAPK
一级结构的C末端, 由一簇带负电的氨基酸残
基组成,由于此位点在与激发子、抑制子和下
游底物的锚定反应中共用, 故得名。由于与
MAPK相互作用分子上的锚定模体带正电, 而
MAPK中的通用锚定结构域带负电, 所以推测
锚定反应实质为静电相互作用。通用锚定结
构域与附近的ED位点及其临近氨基酸一起叫
做锚定沟。MAPK与其他分子相互作用的特
异性不只是与通用锚定结构域有关,还有可能是
由这个锚定沟决定的。使MAPK发生去磷酸
化而失活的MAPK磷酸酶(MKP)存在一个锚定
表面与MAPK的锚定沟相对应。在MAPK的
底物(主要是指转录因子如Elk-1和Sap-1)上存
在着另一个保守模体FXFP(F代表苯丙氨酸, X
代表任意氨基酸, P代表脯氨酸), 此模块的特点
是苯丙氨酸被一个氨基酸(X)所分隔, 后面是一
个脯氨酸(Tanoue and Nishida, 2003)。
对烟草中伤诱导蛋白激酶(wound-induced
protein kinase, WIPK)的研究表明, WIPK与
NtMEK2作用的通用锚定结构域位于C-末端,
并且此结构域对于NtMEK2和WIPK的活化是
起关键作用的(Yang et al., 2003)。
4.2 搭架过程
Xu等(1995)观察到即使在细胞中过表达
3612005 陈娅斐等: MAPK级联途径在植物信号转导中的研究进展
MEKK1, 使之组成性的活化, 它也只能磷酸化并
激活MEKs, 而不能将信号转导至下游的ERK。
根据类似的结果人们猜测在信号转导过程中, 一
定有某种机制在调节酶-底物的亲和性方面起
作用。作者认为所谓支架蛋白质或者接头蛋
白质(adaptor)是一类可以与酶和底物相互作用,
但不直接参加磷酸化反应的第三方分子, 它可以
使酶-底物复合物的形成更加便利。在酵母中,
蛋白质STE5通过将信息素应答的上游激发子
和MAPK级联的三组分组织成为一种特殊的
模式, 起到了支架的作用, 这种模式调节了两种
不同信号途径的特异性(Herskowitz, 1995)。对
哺乳动物中支架蛋白质类似物的研究表明
(Schaeffer, 1998), 哺乳动物中与JIP无关的一种
支架蛋白质MP1(MEK partner 1)能特异地结合
到ERK1和MEK1上, 并且使二者更易活化。在
悬浮细胞中过表达(overexpression)MP1, 能提高
ERK的活性, 同时活化一个由转录因子Elk-1驱
动的报告基因。此过程中, MP1能促使 ERK1
结合到MEK1上, 使其活性潜能发挥出来。
5 MAPK的研究方法
近年来在蛋白质激酶的研究过程中, 研究
者们逐渐发展出一些比较成熟的方法。
5.1 用MBP测定MAPK活性
近年来, 多数测定动物或植物中MAPK活
性的方法都以髓磷脂碱性蛋白质MBP作为底
物(myelin basic protein, MBP)。MBP是一族携
带正电荷、能促进髓鞘形成和折叠的蛋白质
(Atkins et al., 1999)。Miyamoto和 Kakiuchi
(1975)在鼠脑中发现MBP, 并且是磷蛋白磷酸酶
(phosphoprote in phosphatases)的底物。
Shanker和Pieringer(1987)在从鼠脑胚胎细胞中
分离得到的髓磷脂样膜组分中发现。研究表
明, MBP是几种蛋白质激酶(蛋白质激酶 C、
蛋白质激酶 A、钙 /钙调蛋白质依赖的蛋白
质激酶Ⅱ和MAPK等)的最适底物。
以MBP 为底物的胶酶活性分析( inge l
MAPk activity assay)的实验策略如下: 将MBP
与放射性标记的[r-32P]ATP加入MAPK(或蛋白
质提取物)中, 用SDS loading buffer中止反应后
进行SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析, 然后用放
射自显影技术定量磷酸化的MBP(Gupta and
Luan, 2003; Yang et al., 2001)。基于类似的原
理, 可以测定MEK的自磷酸化和磷酸化活性。
5.2 激酶抑制剂(inhibitors)
MAPK级联途径的研究方法之一是使用其
抑制剂进行分析。植物中应用较多的抑制剂
是PD98059和U0126。通常证明某种代谢通路
或中间产物是否与MAPK级联途径相关的方法
是用特异性的抑制剂与MAPK或MEK等发生作
用, 再检测其他代谢产物受到的影响, 结果可作
为复杂信号转导网络信号之间相关性的证据。
在动物中, 当前此方面的研究热点是 p38
和MEK1/2蛋白质激酶的小分子抑制剂特性。
在动物疾病模型中, 其中的一些抑制剂已经显示
出效果, 并且已经发展到治疗炎症和癌症的临床
试验阶段(English and Cobb , 2002)。研究发现,
多数蛋白酶抑制剂与ATP有竞争性, 人们相信它
们与ATP结合位点有相互作用。但有研究表明,
MEK1/2 的抑制剂不与底物 ATP 发生竞争
(Favata et al.,1998), 这表明抑制机制并不单一依
赖激酶, 它们只是把ATP作为磷酰基提供者。
因为蛋白质激酶的种类繁多, 其抑制剂的
特异性成为该领域研究的一个热点。抑制剂
结合结构分析设计阻断剂的发展表明, 其特异
性将通过模型化和以结构为基础的设计得到提
高。抗炎剂吡啶异咪哒唑类(pyridinylimida-
zole)化合物(Wilson et al.,1996), 比如VK19911及
SB类化合物(smithkline beecham, SB)(Shanker
and Pieringer, 1987),都是p38的高效和高选择性
抑制剂, 它们对于与之紧密相关的ERK2或其他
丝 /苏氨酸激酶无此作用。晶体结构数据表明,
SB类化合物可与p38低活性形式的开放区域结
构互补, 并结合于其活性位点的伸展口袋
(extended pocket)上, 而相对关闭的ERK2结合
362 22(3)
区域只能容得下较小的分子olomoucine[一种较
好的ERK2抑制剂(Wang et al., 1998)]。
M E K 1 / 2 的第一个合成的抑制剂是
PD98059, 它是在有ERK活性的抑制剂的体外筛
选中被鉴定出的(Dudley et al., 1995)。不久在
佛波酯诱导的细胞活性蛋白质1(AP-1)的活性筛
选中发现了第二个抑制剂U0126。这两个抑制
剂都与ATP无竞争性, 似乎都结合于MEK1上
相似的位点(Favata et al.,1998)。但目前对于如
何设计真正基于此种类型的抑制剂的策略还知
之甚少, 所以大量化合物的高通量筛选仍是最有
希望的方法之一(Halazy, 2003)。
5.3 免疫沉淀法
大分子蛋白质是一种完全抗原, 具有免疫
原性和特异反应性, 即它不仅能免疫机体并促使
机体产生抗体, 还能与抗体产生特异性结合。
抗原-抗体反应可能是生物体中已知的最特异的
反应(于善谦 等, 1999)。在确定MAPK级联途径
中有关激酶的种类时, 特别是在与其余相似的激
酶进行区分时, 免疫沉淀法是一种微量、灵敏和
特异性强的检测方法, 得到了广泛的应用。
MAPK特异性抗体是通过识别双磷酸化的
苏氨酸-谷氨酸-酪氨酸三肽模体pTEpY而发生
免疫结合的。使用某种MAPK的一段特异性
序列制备的单一特异性抗血清(mono-specific
antiserum)可以直接鉴定这种特定的MAPK(Lee
et al., 2001)。Zhang和 Klessig(1998)证明了
WIPK和 SIPK对各自的抗体Ab-p44N和Ab-
p48N有高度的免疫特异性, 水渗入和损伤诱导
的蛋白质激酶是 SIPK而非WIPK。
5.4 酵母双杂交
酵母双杂交体系(yeast two-hybrid system),
也叫相互作用陷阱(interaction trap), 是90年代
初期发展起来的一种敏感的体内鉴定基因的方法
(吴乃虎, 1998)。它可以用来分离能与靶蛋白质
(target protein)相互作用的蛋白质的编码基因。
在MAPK级联途径的研究中, 人们常用这
种方法来分离能与一种激酶相互作用的蛋白质
或其他因子。比如, Yang等(2001)在烟草中找
到了与 SIPK相互作用的上游激酶 SIPKK。
Moon等(2003)在拟南芥中用酵母双杂交及其
他方法找到了与2个MAPK(MPK3和AtMPK6)
发生特异性相互作用的上游激酶AtNDPK2, 并
第一次发现其在H2O2介导的MAPK信号通路
中发挥调节作用。
5.5 基因突变
在对基因结构和功能的分析中, 突变是一
种最基本的手段。近年来, 在MAPK的基因
功能研究中, 应用较多的是点突变和基因敲除
等。突变体的构建是基因功能研究中的一个
难点,现举几例。
Yang等(2001)在烟草中把一种MAPKK-
NtMEK2上保守的S/TXXXXXS/T模体中的S/
T用谷氨酸(E)或天冬氨酸(D)代替时, 突变体表
现出组成性的活性, 比野生型的NtMEK2的活
性有很大提高。在酵母和动物中也有类似的
结果。而将烟草中的MAPK、SIPK或WIPK
催化中心上的赖氨酸用精氨酸取代后, 它们就失
去了自磷酸化活性。
对线虫(Caenorhabditis elegans)的 p38类
似基因PMK-1/3做敲除实验时发现, 突变体未
见生长缺陷或, 也未见对几种已知胁迫的过敏反
应, 但是 pmk-2突变却使突变体在幼虫期就停
止生长并死亡(Berman, 2001)。
对拟南芥基因MPK4敲除突变的逆向遗传
分析表明它在获得性抗性(systematic acquired
resistance, SAR)上很重要, 包括积累水杨酸的能
力(Petersen, 2000)。
5.6 RNA干涉(RNA interference, RNAi)
RNAi是近年来发展起来的一项基因工程
技术, 它是指用双链RNA诱发内源的同源基因
沉默(gene silencing)。RNAi是在转录后水平
上对特定序列的封闭, 可用于动植物基因功能的
研究, 现已成为敲除生物体内特定基因, 制止其
表达的有力工具(Hammond et al., 2001)。
Xiong和Yang (2003)从水稻中分离和表征
3632005 陈娅斐等: MAPK级联途径在植物信号转导中的研究进展
了胁迫应答的一个MAPK基因OsMAPK5,它是
一个单拷贝基因, 但是可以产生至少两个差异剪
切的转录产物。此基因可以被脱落酸和各种
生物(病原菌侵染)和非生物(损伤、干旱、盐
和寒冷)胁迫所诱导。有趣的是, 在构建的两种
转基因水稻植株中, OsMAPK5的抑制型(双链
RNA干涉)植株表现出病程相关蛋白质PR1和
PR10的组成型表达, 同时对真菌和细菌病原抵
抗能力增加, 但对于干旱、盐、和寒冷的耐受
能力却大幅度减小; 而过表达(overexpres-sion)
该基因的转基因植株却表现出OsMAPK5酶活
性增加, 同时增强了对干旱、盐和寒冷的耐受
力。这表明了该基因可以正向调节对于干
旱、盐和寒冷的耐受力, 而负向调节 PR基因
的表达和抗病能力。
5.7 网络模式法
最近, Rives和Galitaki(2003)通过研究相互
作用的蛋白质之间的组织关系和蛋白质复合体
形成的模式网络来建立分子网络模式。
MAPK及其支架蛋白质和各种调节子和效应子
形成的信号放大模式是他们研究的较早的例
子。他们发展并评价了使用酵母信号蛋白质
网络模式的网络集簇方法。这种方法通过使
用功能性富集的高通量数据组(data sets)进行工
作。酵母庞大复杂的mfMAPK模式结构进一
步说明生物可以通过复制和分化过程以及增长
和连接模式来进化。
6 结语
过去的十几年中, 植物中MAPK信号转导
领域的研究发展迅速。酵母和哺乳动物中对
MAPK的研究更加成熟, 这为植物领域的研究
提供了很多有价值的方法和思路。尽管现有
的生物化学、遗传学和分析化学的方法已经
有很大发展, 但由于信号转导网络错综复杂, 很
多情况下得到的都是间接证据, 所以发展更为有
效的研究方法来鉴定响应特定刺激的蛋白质及
其对应基因成为本领域中的一大挑战。
参 考 文 献
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