全 文 ：植物学通报 2006, 23 (2): 197~206
Chinese Bulletin of Botany
收稿日期: 2005-09-27; 接受日期: 2005-11-28
基金项目: 国家自然科学基金(30371189)和国家 863计划(2001AA246102)
* 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: lyhshen@126.com
.专题介绍.
泛素/26S蛋白酶体途径与显花植物自交不亲和反应
于晓敏 蓝兴国 李玉花*
(东北林业大学花卉生物工程研究所 哈尔滨 150040)
摘要 植物的生长和发育离不开短命调控蛋白的有选择性降解, 其中一种重要的降解方式就是泛素/26S
蛋白酶体途径。在这个途径中, 泛素(ubiquitin)和26S蛋白酶体起着至关重要的作用, 需要被降解的蛋白
会通过E1-E2-E3酶接合反应由Ub进行标记, 随后标记蛋白会被26S蛋白酶体识别并降解。自交不亲和反
应也正是通过此途径实现的, ARC1(arm repeat containing 1)和SCFs (skp1-cul1-F-box-proteins)作为E3s分
别在孢子体自交不亲和和配子体自交不亲和反应中起作用。本文综述了就泛素/26S蛋白酶体途径的组成
及其在自交不亲和反应中的作用。
关键词 26S蛋白酶体, 蛋白质水解, 泛素, 自交不亲和性
The Ub/26S Proteasome Pathway and Self-incompatible Re-
sponses in Flowering Plants
Xiaomin Yu, Xingguo Lan, Yuhua Li*
(Research Institute of Flower Biotechnology, Northeast Forestry University, Harbin 150040)
Abstract Plant growth and development is generally controlled by selective removal of short-lived
regulatory proteins. One major pathway is represented by the ubiquitin (Ub)/26S proteasome pathway.
In this pathway, ubquitin and 26S proteasome play essential roles. Ub is attached to proteins des-
tined for degradation by a 3-step enzymatic (E1-E2-E3) conjugation cascade, and the resulting Ub-
protein conjugates are then recognized and degraded by the 26S proteasome. The arm repeat-con-
taining 1 (ARC1) and the skp1-cul1-F-box (SCF) proteins, belonging to the family of E3 Ub ligases,
function in both the sporophytic and gametophytic self-incompatible responses, respectively. This
review highlights the recent progress toward understanding the role of the Ub/26S proteasome
pathway during self-incompatible responses.
Key words 26S proteasome, proteolysis, ubiquitin, self-incompatibility
新多肽的形成和前体蛋白的水解控制着植
物生活的所有方面。植物的生长和发育必须
选择性地降解一些短命调控蛋白。目前已知
主要有2种不同的蛋白酶解系统控制着真核细
胞内的蛋白质降解, 即溶酶体途径和泛素/蛋白
酶体途径。在通常情况下, 细胞内膜蛋白、某
些在应激状态下产生的蛋白质和那些通过内吞
作用从胞外摄取的蛋白质等主要经溶酶体降解;
而泛素/蛋白酶体途径则是高选择性地进行细
胞内蛋白转换, 尤其是短命的功能蛋白。在泛
素/蛋白酶体途径中, 泛素(ubiquitin, Ub)蛋白是
一个可重复利用的识别靶蛋白的信号。Ub聚
198 23(2)
合体通过3步(E1-E2-E3)酶接合级联反应与靶蛋
白共价结合, 导致靶蛋白被26S蛋白酶体降解,
同时Ub被释放出来(Pickart, 2000)(图1)。经过
这个循环, Ub/26S蛋白酶体途径会有效地去除
不正常的蛋白和大部分短命调控蛋白, 因此会影
响到大部分胞内事件, 如自交不亲和反应、细
胞循环、胚胎发生、光形态建成、激素反应
及衰老等(Vierstra, 2003)。本文主要阐述了目
前对Ub/26S蛋白酶体途径的理解及其在自交
不亲和反应中的作用。
1 Ub/26S蛋白酶体途径的组成
1.1 Ub蛋白
Ub(ubiquitin)是一种高度保守的、由76个
氨基酸组成的小蛋白(分子量为8.6 kD), 广泛存
在于几乎所有的真核生物中。它的氨基酸序
列在高等植物中是不变的, 与酵母存在2个残基
的差别, 与动物也仅存在3个残基的差别(Callis
et al., 1995; 朱经春等, 1999)。Ub蛋白是一个
紧密的球状结构, 由5个b折叠形成一个洞, 一
个a螺旋存在于这个洞中并以对角线形式与b
折叠紧密结合起来, 这种结构被称为“Ub折叠”
(Vierstra, 1996)。其C-末端有4个残基从球形
结构中伸出, 且终止于76Gly, 这个76Gly的羧基
能与Ub活化酶(E1)、Ub结合酶(E2)、部分Ub-
蛋白连接酶(E3)以共价力相互作用, 最终使Ub
同其靶蛋白结合起来(Smalle and Vierstra,
2004)。此结构中还有 7个赖氨酸残基(6Lys、
11Lys、27Lys、29Lys、33Lys、48Lys和 63Lys)
可能参与了多Ub链的形成(Peng et al., 2003)。
在通常情况下, 高等植物一般都采用48Lys来连
接另一个Ub的76Gly (Van and Vierstra, 1993),
其他 6 个赖氨酸残基中至少有 4 个( 6 L y s、
11Lys、29Lys和 63Lys)会参与形成多 Ub链,
11Lys和29Lys可能会指引被修饰的蛋白移向蛋
白酶体, 而6Lys和63Lys可能会决定靶蛋白是被
单泛素还是多泛素修饰(Schnell and Hicke, 2003;
Passmore and Barford, 2004)。此外, 除了Ub在
泛素/蛋白酶体中的标记作用使靶蛋白降解以
外, Ub标记还可用于其他非降解目的, 如受体介
导的内吞作用、受体向多泡体的运输等
(Welchman et al., 2005)。
1.2 泛素结合反应酶
游离的Ubs通过一种依赖ATP的E1-E2-E3
酶接合级联反应来正确地与胞内靶蛋白相连
接。此级联反应起始于E1(Ub活化酶), E1的一
个Cys会与Ub的Gly通过ATP水解连接起来,
形成一个E1-Ub复合物; 这个被E1活化的Ub通
过酰基转换作用被转移到一个E2(Ub结合酶)的
Cys上; 随后这个Ub-E2中间体通过E3(Ub-蛋
白连接酶)将Ub转运到底物上去, 形成一个Ub-
蛋白接合体(图1)。这个Ub-蛋白接合体由Ub
的C末端Gly同靶蛋白Lys的e-氨基共价连接
形成(Pickart, 2000)。
1.2.1 E1s (Ub活化酶) E1s对靶蛋白的识别
图 1 Ub/26S蛋白酶体途径
此途径始于E1引起的Ub活化, Ub随后被转移到E2,
最后通过或不通过 E3的帮助同靶蛋白相连。此接
合体被装配成复合Ubs链后就会被26S蛋白酶体识
别并被降解, 或者被去泛素化酶(DUB)分解, 导致Ub
和完整的目标蛋白被释放。K 为赖氨酸。
Fig. 1 The Ub/26S proteasome pathway
The pathway begins with the activation of Ub by E1,
followed by transfer Ub to an E2, and finally attach-
ment of the Ub to the target protein with or without
the help of an E3. Once a conjugate is assembled bear-
ing a chain of multiple Ubs, it is either recognized and
degraded by the 26S proteasome, or disassembled by
DUBs, releasing the Ub and target intact. K, lysine
(Smalle and Vierstra, 2004) .
1992006 于晓敏 等: 泛素 /26S蛋白酶体途径与显花植物自交不亲和反应
几乎没有特异性, 它也是广泛存在着的多肽, 分
子量110~130 kD, 由1 100个左右氨基酸残基组
成(Hatfield et al., 1997)。这个酶被认为是由 1
个腺苷酸化域、1个具催化活性的半胱氨酸域
(由 2个半胱氨酸的半域合在一起组成)、1个
四螺旋束(four-helix bundle)、可能还有 1个类
泛素域(Szczepanowski et al., 2005)组成。E1与
Ub的连接主要通过 3步来实现: 第 1步, 消耗
ATP, 使Ub转变成腺苷酸化Ub, 同时释放焦磷
酸; 第2步, E1的催化半胱氨酸攻击腺苷酸形成
一个硫酯键和一个AMP; 第3步, Ub通过转硫
醇作用被转移到一个E2酶的Cys残基上(Haas
et al., 1982)。目前对 E1酶作用机制的理解主
要来源于对APPBP1-UBA3的研究(Walden et
al., 2003a)。APPBP1-UBA3是一种异源二聚体
E1酶, APPBP1同E1的C端同源, UBA3同E1的
N端同源, 与其结合的Ub是NEDD8(Osaka et al.,
1998)。APPBP1-UBA3的结构研究表明, E1的
腺苷酸化、形成硫酯键、结合 E2这 3种功能
在一个独立的洞内协同进行, 而ATP和NEDD8/
Ub正结合在这个洞旁边的裂缝内, 在APPBP-
UBA3-NEDD8-ATP复合物内, NEDD8的C端处
于腺苷酸化位点上, 与具催化活性的半胱氨酸相
邻(Walden et al., 2003b)。APPBP1-UBA3催化
半胱氨酸附近的一个保守的苏氨酸残基, 这可能
对E1和 /或E2的催化半胱氨酸的去质子化起
作用。UBA3的一个区域会形成类泛素折叠,
这个域可能对结合E2起作用。但有关硫酯键
形成和泛素转移到E2上去的机制的一些细节
还不清楚。(Walden et al., 2003b; Passmore and
Barford, 2004)。
1.2.2 E2s(Ub结合酶) E2s的分子量为14~35
kD, 目前已知在拟南芥基因组中至少存在37个
E2基因, 且被分为 12个亚族(Vierstra, 1996;
Bachmair et al., 2001)。E2s与E1s和E3s 的作
用位点是相同的, 这说明在整个反应中E2s是在
E1s与E3s之间起到桥的作用(Pickart, 2001)。几
乎所有的E2s都有一个长度为150个氨基酸残
基的保守区域, 且E2的活性位点Cys被其包围
在一个窄小的凹槽内, 故 E 2 s 很容易辨别
(Hamilton et al., 2001)。在E2结构中目前还认
为有一个严格保守的 Asp残基可能起重要作
用, 这个Asp的氨基侧链处于E2结构的一个氢
键网络中, 这说明它可能参与了 E2结构的稳
定。Wu等 (2003)认为这个残基在异肽键形成
时会起到催化作用, 尤其会起到稳定oxyanion
中间物的作用。晶体学结构分析表明, E2-E3结
合的特异性仅由几个氨基酸来指导, 利用一个疏
水的凹槽与E2 b折叠末端的2个环状结构相连
接(Passmore and Barford, 2004)。
1.2.3 E3s (Ub-蛋白连接酶) 在泛素级联反
应中E3s的数量最多且种类也最多。它的主要
功能是识别应该被泛素化的靶蛋白, 然后使活化
的Ub接近特异靶蛋白的Lys, 从而将Ub转移
到底物上去。E3s分子量较大(100~300 kD), 根
据该 E3是有 HECT(homologous to E6-AP
carboxy-terminus)域还是RING (really interest-
ing nes gene) finger域大致可将 E3s分为 2类,
即HECT E3和 RING E3(Cardozo and Pagano,
2004)。HECT和RING E3s的作用机制差别在
于RING E3s只起到分子支架的作用, 而HECT
E3s同时还起到催化作用(Passmore and Barford,
2004)。
1.2.3.1 HECT E3 泛素连接酶 HECT E3s具
有一个保守的 350个氨基酸的C末端区域, 即
HECT域(Downes et al., 2003)。HECT E3s会利
用一个保守的Cys来与Ub形成一个硫酯中间
体(Scheffner et al., 1995)。但Ub是如何从 E2
转移到E3, 又从E3转移到底物上去的呢？以前
对E6-AP的HECT结构域的研究发现, 它由2部
分组成, 即N-lobe和C-lobe, 由一个Hinge loop
叠在一起形成“L”形, N-lobe又与E2(UbcH7)结
合, 这样E2-E3复合物就以“U”型存在(图2A),
E2和E3的Cys正好在相对的位置上, 但从这个
结构上还不能看出Ub是如何从E2的Cys上转
移到E3的Cys上的(Huang et al., 1999)。目前
200 23(2)
对WWP1/AIP5 (一种HECT E3)的结构进行的研
究提供了另一种转移机制的可能。WWP1/
AIP5的 HECT域并不是“L”型, 而是一种反
“T”型( ), 即 C-lobe在 N-lobe的中间。C-
lobe从E2接收一个Ub, 然后通过Hinge loop的
旋转将Ub转移到底物上去, 再以同样的方式将
其他的Ub加上去, 这需要Hinge loop进行大量
的运动。如果 E3s普遍具有这种灵活性, 就能
解释E3s如何适应该底物的不断变化(Verdecia
et al., 2003)。
1.2.3.2 RING E3 泛素连接酶 RING E3泛素
连接酶具有一个RING finger域或一个与RING
finger在结构上相关的U-box域(图 2B, C), 如
SCF、ARC1等, 它们在泛素转移过程中不形成
共价中间物(Joazeiro and Weissman, 2000;
Hatakeyama and Nakayama, 2003)。拟南芥基因
组中至少有469个基因编码具有RING域的蛋白
(Stone et al., 2005), 大多数RING域依赖E2形成
多泛素链(Hatakeyama and Nakayama, 2003), 且
RING域与 E2s是直接作用的(Albert et al.,
2002)。finger具有 70个氨基酸, 由 1个“8”
字节的半胱氨酸和组氨酸结合 2个 Zn2+形成
(Zheng et al., 2000); U-Box也具有约70个氨基酸,
但它利用氢键来稳固类RING finger的结构, 而
不是利用金属离子的螯合作用(Ohi et al., 2003)。
根据组成RING E3s的亚基数目, 将其分为单亚
基RING E3s和多亚基RING E3s。单亚基RING
E3s包括ARC1、COP1和 SINAT5等, 多亚基
RING E3s有SCF、APC和CUL3-based BTB等。
1.3 26S蛋白酶体
Ub-蛋白复合体一旦形成, 靶蛋白最可能的
命运就是被26S蛋白酶体降解。26S蛋白酶体
的分子量为2 MD, 在植物细胞的胞质和核中都
存在, 且在分裂旺盛的组织中存在的量最高(Lee
et al., 2003)。它是一个依赖ATP的自我区室
化蛋白酶(Hartmann-Petersen et al., 2003), 包含
31个主要的亚基, 在高盐情况下可被分为2个
亚复合物, 即 20S的核心蛋白酶(core protease,
CP)和 19S的调控微粒(regulatory particle, RP)
(Moon et al., 2004)。此外, 在芽殖酵母中进行
的研究表明, 26S蛋白酶体中还存在着3个额外
的亚基, 即去泛素化酶Ubp6、HECT泛素连接
酶Hul5和Ecm29 (Petersen and Gordon, 2004)。
CP是一个不依赖ATP和Ub的蛋白酶, 由
4层环形的蛋白质组成中空的圆柱体结构, 中间
的 2层蛋白复合物各含 7个蛋白质, 命名为
b1~b7, 具酶活性; 上下2层蛋白质同样各由7个
蛋白质组成, 命名为a1~a7, 但无酶活性, 总体
形成 a1~7/b1~7/b1~7/a1~7构象(Glickman,
2000)。CP的内部中心室有b1、b2和b5亚基
提供的蛋白酶活性位点(Unno et al., 2002)。此
中心室受一个窄的由b亚基环组成的门控通道
控制, a亚基灵活的 N末端延伸会门控此通道
来控制底物的进入或可能产物的排出(Groll et
图 2 部分E3s的组成和结构及它们与Ub-E2中间体的作用方式
K. 赖氨酸
Fig. 2 Organization and structure of some E3s in association with a Ub-E2 intermediate
A. E6-AP HECT; B. Ringlu-box; C. SCF. K. lysines. (Vierstra, 2003; Passmore and Barford, 2004)
2012006 于晓敏 等: 泛素 /26S蛋白酶体途径与显花植物自交不亲和反应
al., 2000)。通过此途径, CP从细胞周围获得蛋
白质进行降解并仅降解那些正确解折叠输入的
多肽。
每个CP的末端都会由一个RP加帽, RP赋
予 26S 蛋白酶体 ATP 依赖性和底物特异性
(Hartmann-Petersen et al., 2003)。RP会帮助识
别并解折叠正确的底物, 去除Ubs的共价键, 打
开a环的门, 然后指引解折叠多肽到CP室内去
降解。RP由17或18个核心亚基组成, 它们还
可以被进一步分为Lid和Base两个亚复合物(Fu
et al., 2001)。Base正好位于 a环通道的上面,
包含一个由6个相关AAA-ATPases(RPT1~6)组
成的环和3个非ATPase亚基(RPN1, 2, 10), Lid
同每个Base的末端相接并包含9个非ATPase
亚基(RPN3, 5-9, 11-13)。大部分RPN亚基的功
能都是未知的, RPN11和RPN13具有蛋白水解
活性, 可能利于多Ub链在底物降解前被释放出
来(Verma et al., 2002); RPN1能够结合UBL域,
识别类Ub蛋白, 它可能帮助运送底物到26S蛋
白酶体中(Elsasser et al., 2002); RPN10帮助将Lid
和 Base连接起来, 也会与多泛素链的 48Lys结
合, 因此可能会作为泛素受体起作用(Fu et al.,
2001); 其他RP亚基可能具有特异性识别靶蛋白
的功能。
1.4 泛素受体
被泛素标记后的底物又是如何转移到蛋白
酶体中去的呢？目前认为存在着一类泛素受体
与被标记底物上的多Ub链相结合使底物运入
蛋白酶体。所谓的泛素受体, 一般包含一个类
泛素域(ubiquitin-like domain, UBL)和一个或多
个泛素连接域(ubiquitin-associated domain,
UBA)。UBL被蛋白酶体识别, 而UBA与Ub结
合(Elsasser et al., 2004)。UBL-UBA蛋白还可
以同特异的E3s连接, 这样它们就可以找到各种
特异的底物。在酵母中发现了 3种UBL-UBA
蛋白: Rad23、Dsk2和Ddi1(Elsasser and Finley,
2005)。此外还有一类泛素受体UBX-UBA, 它
除了UBA域外, 还有一个UBX域(也与泛素结
构紧密相关)使这些泛素受体与Cdc48连接起
来。Cdc48是一类依赖ATP的分子伴侣, 在依
赖泛素的蛋白质降解途径中起着重要作用, 尤其
是与内质网(endoplasmic reticulum, ER)相联系的
降解途径。这2种蛋白运输的差别在于: UBL-
UBA蛋白的UBA域识别底物后将其直接运往
蛋白酶体解折叠并降解; UBX-UBA蛋白的
UBA域识别短Ub链底物后将其运往Cdc48, 在
那里底物被解折叠, 然后再被运往蛋白酶体进行
降解(Elsasser and Finley, 2005)。
1.5 去泛素化酶
植物、动物和酵母中有一类去泛素化酶
(deubiquitination enzymes, DUBs)(Wing, 2003),
它们可从翻译产物中产生游离的Ub基元, 从而
使Ubs在Ub-蛋白复合物降解过程中可以循环
利用, 和 /或周转泛素化效应。在拟南芥中至
少有30个基因编码潜在的DUBs, 其中包括2种
泛素C端水解酶(UCHs)、27个Ub特异性蛋白
酶(UBPs)和1个RPN11。这2种UCHs会利用
一个由Cys/His/Asp组成的催化三联体, 水解同
泛素C端连接的小肽; 27个UBPs是硫醇蛋白酶,
具有半胱氨酸和组氨酸的特征对; RPN11是26S
蛋白酶体 Lid中的DUB。DUBs对Ub具有明
显的特异性, 它们会识别最近的Ub基元并去除
与C末端甘氨酸相连的氨基酸或多肽(Yan et al.,
2000)。对各种DUBs的研究将会加深人们对
泛素系统功能的了解。
2 Ub/26S蛋白酶体途径在显花植物自
交不亲和反应中的作用
自交不亲和(self-incompatibility, SI)是许多
显花植物采取的一种促进异交、避免自交的
机制, 表现为正常可育的雌雄同花植物自交授粉
后不能产生种子。根据花粉 SI表型的遗传控
制方式可将SI分为孢子体和配子体SI(薛勇彪
等, 2002)。目前发现, 芸苔属孢子体自交不亲
和和以S-RNase为基础的配子体自交不亲和反
应都选择了Ub/26S蛋白酶体途径来降解一些
202 23(2)
特异蛋白质, 最终使花粉萌发受到抑制或花粉管
停止生长。
2.1 ARC1与孢子体自交不亲和
单亚基的RING E3s泛素连接酶ARC1的结
构含有1个U-box结构域、C端的ARM repeat
结构域、亮氨酸拉链(leucine zipper)、卷曲螺
旋结构域(coiled-coil domain)、1个核定位信号
(nuclear localization signal, NLS)和2个核输出
信号(nuclear export signal, NES) (Stone et al.,
2003)。ARM repeat结构域含有 42个氨基酸,
ARC1正是通过ARM repeat结构域来与S位点
受体激酶(S-locus receptor kinase, SRK)结合的,
体外实验也表明, SRK的激酶域能使ARC1磷酸
化(Gu et al., 1998)。
芸苔属植物的自交不亲和雌性 S因子是
SRK。SRK含有 3个结构域, 即 1个胞外域、
1个跨膜域和1个具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性
的胞内域(Goring and Rothstein, 1992)。胞外域
与花粉胞被蛋白中的SCR(S-locus cysteine-rich
protein)雄性配体以S等位基因特异性结合。当
不亲和花粉不存在时, SRK被 h-硫氧还蛋白
THL1抑制, ARC1在核和胞质中穿梭, 但由于存
在着核输出信号(NES), ARC1主要位于胞质
内。自交授粉后, 配体SCR与受体SRK胞外域
的结合使SRK的胞内域激活, THL1游离下来,
并且促进 SRK的磷酸化。SRK激酶域通过与
ARC1的C末端ARM repeats的相互作用, 导致
了ARC1的磷酸化(Gu et al., 1998)。磷酸化的
ARC1可能通过N末端亮氨酸拉链和/或卷曲螺
旋结构域与核、胞质中的底物和 /或从 ER中
输出的底物结合。结合底物的ARC1通过U-
box结构与同源的E2酶作用, 使底物泛素化, 并
共同运输到蛋白酶体上, 而此时蛋白酶体位于
ER膜的胞质面上。实验表明, ER膜的胞质面
是蛋白酶体蛋白降解过程中的一个主要位点
(Stone et al., 2003)。在蛋白酶体中, ARC1介
导的泛素化的底物被降解, 导致了自交不亲和反
应的发生。ARC1的缺失会减少大量不亲和相
互作用时雌蕊中的泛素蛋白, 这说明ARC1具有
很多靶蛋白。尽管与ARC1结合的底物目前还
不清楚, 但它们可能是促进花粉水合、萌发及
花粉管生长的雌性亲和因子(Stone et al., 2003;
蓝兴国等, 2004)。
2.2 SCFs与配子体自交不亲和
多亚基RING E3s都包含1个cullin(或cullin-
like)蛋白和1个RING-finger蛋白, 目前对SCF进
行了较为细致的研究。SCF之所以被如此命名
乃是取自组成其核心的 3个亚基的首字母, 即
SKP1(ASK in plants for Arabidopsis SKP1)、
CDC53(或cullin)和F-box蛋白, 后来又发现了第
4个亚基RBX1(for Ring-box 1)(Deshaies, 1999)
(图 2C)。SCF E3s以支架形式起作用, 在这个
复合物中, 类支架cullin同时与RBX1和ASK蛋
白结合(Zheng et al., 2002), ASK蛋白则结合各
种各样的 F-box蛋白底物特异因子(Pickart,
2001)。拟南芥中有5个cullin蛋白、2个RBX1、
21个ASKs和 700多个 F-box蛋白(Risseeuw et
al., 2003; Takahashi et al., 2004)。SCF的已知靶
蛋白包括转录因子、细胞循环调控因子还有涉
及发育和信号转导的因子(Moon et al., 2004)。
茄科、玄参科、蔷薇科中的 SI植物利用
雌蕊表达的S-RNase作为雌蕊决定因子, 而花
粉 S受体分子为 SLF(S-locus-encoded F-box
proteins), 它含有一个 F-box结构域 (Lai et al.,
2002; Ushijima et al., 2003; Sijacic et al., 2004; Qiao
et al., 2004)。对Antirrhinum进行的研究发现,
S-RNase非等位基因特异性地被吸收到花粉中,
并被发现存在于花粉管的胞质中。而目前的
研究表明, AhSLF-S2 (Antirrhinum SLF-S2)也存
在于体外萌发花粉管的胞质中, 分散在萌发和延
伸花粉管的内质网外围(Wang and Xue, 2005)。
A h S L F - S 2 与内质网的联系可能就说明了
AhSLF-S2在蛋白酶体蛋白降解过程中的作用。
Qiao等 (2004)认为花粉S蛋白(AhSLF-S2)含有
一个S等位基因特异性结构域和一个抑制域, 抑
制域非特异性的与非我S-RNases结合, 导致S-
2032006 于晓敏 等: 泛素 /26S蛋白酶体途径与显花植物自交不亲和反应
RNase的核酸酶功能丧失; 特异域则与自我S-
RNases以等位基因特异性形式结合, 这样抑制
域的结合就会被阻止, S-RNase的核酸酶活性得
以保持。在亲和授粉中, AhSLF-S2与 Skp、
Cullin-like蛋白结合, 形成了 SCF复合体,
SCFAhSLF-S(2)这个具有E3活性的复合体会与S-
RNases非特异性地结合, 使 S-RNases被泛素
化, 最后通过泛素 /26S蛋白酶体途径将 S-
RNases降解, 花粉管得以继续生长; 而在不亲和
授粉中, SLF与S-RNase以S等位基因特异性形
式结合, 这样就不会形成SCF复合体, S-RNase
的核酸酶活性就会被保持下来, 从而降解花粉管
中的RNA, 使花粉管停止生长, 最终导致SI反
应(Qiao et al., 2004; 蓝兴国等, 2005)。
3 研究展望
在过去的几年中, 对泛素/蛋白酶体系统的
组成及其功能的研究已取得了较大的进展, 但目
前还有许多重要问题有待解决。如E3s具体是
如何调控的？多Ub链是如何装配的？细胞是
如何区分哪些蛋白应该被单泛素化或被多Ub
链修饰的? 其中最主要的问题就是泛素靶蛋白
的确认, 其难度可能是由 2个原因决定的。第
一, 通过对已知的泛素靶蛋白的分析, 似乎存在
着许多不同的识别基元, 并且这些基元往往都是
翻译后修饰的(Weissman, 2001), 因此对短寿命
蛋白的序列比对就不太可能起很大的作用; 第
二, Ub接合体是自然异质的, 存在时间很短暂,
并且量很少, 这使对它们进行化学分析变得很困
难。有希望将质谱和Ub标签的应用联合起来,
这样可能会帮助我们确定植物 “泛素体 ”
(ubiquitinome)。在芸苔属植物的自交不亲和
反应中, ARC1的底物到底是什么也面临着同样
的困难。
对Ub/26S蛋白酶体途径进行研究应该能
够揭示蛋白的周转是如何控制植物生物学性状
的。然而, 已有的发现可能仅代表冰山的一角,
仍需要大量的研究来对其进行深入的探索。
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(责任编辑: 白羽红)
第七届国际树木年轮学大会会讯
第七届国际树木年轮学大会(The 7th International Conference on Dendrochronology)
将于 2006年 6月 11～17日在北京友谊宾馆召开。本届大会是由国际树木年轮学
学会(Tree-Ring Society)和国际树木年轮研究协会(Association for Tree-Ring Research)
联合主办，中国科学院植物研究所承办，国际林业联合组织树木年轮分部协办
的本领域最权威的国际学术大会。国际树木年轮学大会每 4 年召开一次，在中
国和亚洲召开尚属首次，对推动我国树木年轮学发展将有深远的意义。
本次大会将出版会议论文集，会议论文将分别在 T r e e -R i n g R e s e a r c h、
Dendrochronologia和 Journal of Integrative Plant Biology等国际学术刊物上刊登。欢
迎大家踊跃投稿并届时参会!
联系人： 陈兰 (大会秘书)
通讯地址：中国科学院植物研究所生态中心 100093
电话：86-10-82593485 传真：86-10-62836653
E-mail：7thicd@ibcas.ac.cn