全 文 ：第23卷 第6期
2011年6月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 23, No. 6
Jun., 2011
文章编号：1004-0374(2011)06-0598-07
植物糖生物学与糖链植物疫苗
尹　恒，赵小明，王文霞，杜昱光*
(中国科学院大连化学物理研究所天然产物与糖工程课题组，辽宁省碳水化合物重点实验室，大连 116023)
摘　要：植物糖生物学是研究植物与糖类互作机制、植物体内糖链与糖缀合物结构及生物学功能的科学，
具体涉及糖信号、糖蛋白及其糖链功能、糖基转移酶及植物凝集素等研究方向。依据相关文献及实际研究
经验，简要综述植物糖生物学的最新研究进展，其中重点介绍糖链植物疫苗并阐述其应用情况及作用机制。
关键词：植物糖生物学；糖链植物疫苗；糖蛋白；糖基转移酶；植物免疫
中图分类号：Q513+.3; Q522 文献标志码：A
Plant glycobiology and carbohydrate-based plant disease vaccines
YIN Heng, ZHAO Xiao-Ming, WANG Wen-Xia, DU Yu-Guang*
(Liaoning Provincial Key Laboratory of Carbohydrates, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of
Sciences, Dalian 116023, China)
Abstract: Plant glycobiology is concentrated on the plant-carbohydrates interaction mechanism as well as the
structure and biology function of carbohydrates (sugar chains or glycans) and glycoconjugates. It contains several
research aspects like sugar signaling, plant glycoprotein and glycan, plant glycosyltransferases and plant lectins.
Based on published papers and our previous results, the recent research advance of plant glycobiology was reviewed
and focused on carbohydrate-based plant disease vaccines (CPDVs). The carbohydrates which have the ability to
active plant immunity and defense were named carbohydrate-based plant disease vaccines and the application and
mechanism of carbohydrate-based plant disease vaccines were introduced and discussed.
Key words: plant glycobiology; carbohydrate-based plant disease vaccines; glycoprotein; glycosyltransferases;
plant immunity
收稿日期：2011-01-20
基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)
(2011AA090704)；中国科学院知识创新工程重要方
向项目(KSCX2-YW-N-081)；公益性(农业)科研专项
(200903052)；大连化学物理研究所博士探索基金
*通信作者：E-mail：duyg@dicp.ac.cn
糖类是生物体的重要组成成份，不仅可作为代
谢能量来源或结构保护材料，还广泛参与了生物的
生殖发育、生长、应激等过程，是很多生理和病理
过程分子识别的决定因素，与核酸、蛋白质并列为
三种重要的生物信息分子。但由于糖类物质结构复
杂等客观原因，对于糖的研究远远落后于核酸、蛋
白质。直到二十世纪七八十年代，糖生物学的工作
才为人所重视，1988年，Rademacher等 [1]在《生物
化学年评》杂志发表了题为糖生物学 (Glycobiology)
的综述文章，才标志着糖生物学的正式诞生。糖生
物学的广义定义是：研究自然界中广泛分布的糖 (糖
链或聚糖 )的结构、生物合成和生物学意义；尤其
是一些重要的功能糖、生物体内糖蛋白、蛋白聚糖
等糖缀合物的生物学功能。
糖生物学的研究工作开展已略显缓慢，而关于
植物糖生物学的研究更寥寥可数。目前关于植物糖
生物学 (Plant Glycobiology)尚无系统的专著问世，
本实验室从 1996年以来， 持续开展植物糖生物学方
面的研究工作， 并于国内首先提出了植物糖生物学
的概念 [2]，将其定义为研究植物与糖类互作机制、
植物体内糖链与糖缀合物结构及生物学功能的科
尹　恒，等：植物糖生物学与糖链植物疫苗第6期 599
学。植物糖生物学涵盖内容广泛，但基于作者前期
的研究基础，本文将仅从糖蛋白、糖基转移酶
(Glycosyltransferase, GTs)等几方面介绍植物糖生
物学的最新研究进展，尤其是糖链植物疫苗
(carbohydrate-based plant disease vaccines, CPDVs)
概念及其作用机制。
1　糖蛋白
糖蛋白是指由糖链与蛋白质分子相连构成的一
类糖复合物，其中这些糖链被称为聚糖 (glycan)或
寡糖链 (oligosaccharide chain)，由少则一个、多则
数百个糖基连成，生物体内有数百万糖蛋白，参与
到生物活动的方方面面。植物糖蛋白广泛存在于细
胞壁、细胞膜、细胞质中，包括各种酶、凝集素、
贮藏蛋白等，在植物的萌发、生长、生殖、防卫等
生命过程中均起重要的作用。组成植物糖蛋白糖链
的单糖基有半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、N-乙酰氨
基葡萄糖、木糖等。具有类似构成与结构的糖蛋白
可被归入同一个家族，且具有相近的功能。如细胞
壁的富含羟脯氨酸糖蛋白 (HRGP)，在大多数双子
叶植物中均被发现，其蛋白部分大约有 300个氨基
酸残基，其中羟脯氨酸 (Hyp)含量高达 30%~40%；
HRGP的糖链成分主要是阿拉伯糖和半乳糖，含量
达 26%~65%，HRGP在植物抗病抗逆过程起重要
作用 [3]。目前研究较多的植物糖蛋白还有具有高度
特异性糖结合活性的植物凝集素和在被子植物受精
过程中起作用的阿拉伯半乳糖蛋白家族 (AGP)[4]等。
但最为研究者关注的是细胞膜上的糖蛋白，因
为它们往往负责植物细胞接受外界信号，是细胞与
外界信息交换的第一道开关。有些糖蛋白仅在细胞
膜上起重要作用，如植物激素生长素的结合蛋白
ABP1。ABP1由 3个高度保守的结构域构成，含有
1个或 2个 (在双子叶植物中 )糖基化位点，常见
的修饰糖基有甘露糖等。ABP1虽广泛存在于细胞
内质网腔、细胞壁与质膜，但只有位于质膜的
ABP1可以结合生长素，参与激活生长素信号的早
期反应。此外，相当一部分植物激发子的受体也为糖
蛋白，如几丁寡糖的受体 CEBiP[5]、CERK[6]，EF-Tu
的受体 EFR，鞭毛蛋白的受体 FLS2[7]等。
糖蛋白中蛋白质是生理功能的主要实现者，而
糖链通过影响蛋白质的整体构象对蛋白质功能起辅
助作用，如 HRGP的糖链主要负责维持该糖蛋白的
结构稳定。研究发现糖链缺失往往将使糖蛋白丧失
功能，最新的实验证明 N-糖链的缺少将使得 EFR
丧失对 EF-Tu的识别能力 [8]。糖链结构的细微差异，
如糖链的长短及连接位置、单糖组成和数目、排列
顺序和构型，也会导致功能的显著差异。因此，对
糖链结构进行解析也成为了植物糖生物学的一个重
要研究分支，目前通常使用 HPLC和质谱串连技术
进行糖链结构解析，通过对糖链进行柱前衍生化带
上紫外或荧光基团后经由 HPLC分离，再将纯化得
到的糖链样品利用电喷雾质谱或飞行质谱进行结构
解析 [9]。但由于植物体系复杂，糖链形成规律性不
强，目前成功解析的植物糖蛋白糖链尚不多见 [10]，
大部分工作由日本 Kimura实验室完成，自 1997年
以来，他们利用荧光标记、高效排阻液相色谱、离
子喷雾串联质谱等技术对大豆、烟草、番茄等植物
中的多个糖蛋白成功进行了糖链结构解析 [11]。
2　糖基转移酶
糖基转移酶是植物中广泛存在的一大类酶，参
与了蛋白聚糖 (proteoglycan)、糖蛋白等糖缀合物中
糖链部分的生物合成，糖链的合成是通过 GTs将糖
基由糖基的供体转移到受体上，所有的 GTs都有高
度的底物专一性，既对糖基的供体有专一性，又对
受体具有专一性。对 GTs进行研究，可为揭示聚糖
及糖蛋白功能奠定基础，目前在植物体中，已经发
现数以百计的 GTs，虽然其中大多数的具体功能尚
不明了，但总体而言，植物中 GTs的功能可分为以
下三类 [12]。
2.1　合成细胞壁多糖
植物细胞的主要特征是有一层复杂的细胞壁包
围着每一个细胞，细胞壁在细胞生长发育、信号转
导和细胞对病原体响应等方面扮演着重要角色。典
型的细胞壁结构中包含多种糖类物质如纤维素和嵌
于壁上的粘胶质半纤维聚糖等。细胞壁上的聚糖通
常在高尔基体中合成，这一过程分为两个步骤：聚
糖合酶合成骨架，各种各样的 GTs催化添加糖基到
侧链上 [13]。与细胞壁聚糖合成相关的 GTs 通常位
于分泌路径，多数是Ⅱ型膜蛋白，跨膜的疏水端锚
定膜上，一个短 N端部分朝向细胞溶质，糖类的接
触反应区域位于高尔基体的腔内。目前已经在拟南
芥、豌豆等多种作物中克隆得到此类 GTs。
2.2　合成植物糖蛋白上糖链
植物糖蛋白上糖链依据其连接方式和组成的不
同，主要分为 N-糖链和 O-糖链两种。N-糖链指
糖链通过还原端的 N-乙酰氨基葡萄糖 (GlcNAc)以
β-l, 4糖苷键与蛋白质肽链上 Asn-XXX-Ser/Thr序
生命科学 第23卷600
列 (XXX为除脯氨酸以外的氨基酸 )中 Asn残基上
的氨基 (-NH2)相连。第一步合成由 N-乙酰氨基葡
萄糖转移酶 (N-acetylglucosaminyltransferase, GnT)
完成。植物中第一个 GnT基因 (GnTI)于 1999年在
烟草中发现 [14]，GnTI定位于内质网和高尔基体中 [15]。
随后在拟南芥、马铃薯中也鉴定出一系列 GnT基因，
这些基因均与动物 GnT基因有较高的相似性，揭
示真核细胞中 N-糖链的合成路径高度保守。
O-糖链相对 N-糖链更为复杂，有多种组成形
式，在动物体系中研究最深入的是 O-乙酰氨基半
乳糖 (O-GalNAc)连接糖链，在此过程中，多肽 N-
乙酰氨基半乳糖转移酶 (polypeptide-N-acetylga-
lactosaminyltransferase, ppGalNAc)将 UDP- GalNAc
上的 GalNAc基团转移至多肽链上 Ser/Thr特定序
列的羟基上，从而合成 GalNAc-O-Ser/Thr糖蛋白片
段。虽然目前研究者尚未在植物中找到任何
ppGalNAc基因，但有报道在水稻的谷蛋白和醇溶
蛋白中含有 O-GalNAc连接糖链 [16-17]，说明植物中
也应该存在 ppGalNAc。
除了上述发生在内质网和高尔基体的糖基化
外，在细胞核和细胞质中存在另一种 O连接 -N-乙
酰氨基葡萄糖糖基化 (O-GlcNAc)过程，O-乙酰氨
基葡萄糖糖基转移酶 (O-GlcNAc-transferase, OGT)
在此过程中起作用。OGT通过氧连的形式将单个的
N-GlcNAc添加到肽链的 Ser/Thr上。这种修饰方式
与蛋白磷酸化修饰类似，说明 O-GlcNAc修饰很可
能通过改变蛋白质细微结构或形成空间位阻从而抑
制该肽链临近位置的磷酸化，从而影响蛋白质的磷
酸化、定位、稳定性以及与其他蛋白质的相互作用。
糖生物学大师 Hart将这种糖基化与磷酸化的关系形
象的称作“阴阳调控”[18]。目前研究较多的 OGT
基因是 SPINDLY(SPY)，SPY在拟南芥、大麦、番茄、
水稻等植物中均存在 [19]，由作为信号域的 TRP结
构域与催化功能域两部分组成，通常通过与其他具
有核定位信号的蛋白互作而实现功能。SPY广泛参
与植物中脱落酸、赤霉素、油菜素内酯等信号通路 [20-21]，
不仅在植物发育过程中起作用，还涉及到植物抗性
反应。
2.3　植物小分子糖苷糖基转移酶
植物中另一类重要的 GTs将糖基转运到激素、
脂类等小分子上，从而调节代谢物的水溶性、稳定
性、结合性等性质 [22]。植物中小分子糖苷的糖基化
作用影响到植物的大部分生命过程，在次生代谢、
防卫反应等领域都起到重要的作用。目前已经从植
物中鉴定出将糖基加到吲哚乙酸、水杨酸、类黄酮、
芥子酸胆碱酸、腈等物质上的 GTs。GTs大多参与
植物次生代谢物的生物合成，如草莓中的肉桂酸葡
糖基转移酶 (FaGT2)负责催化合成肉桂酸、安息香
酸的 1-O-酰基 -糖基酯 [23]，从而影响植物果实的
口味。更为重要的是此类 GTs通过对植物激素修饰
形成糖苷物在植物体内作为“激素库”从而控制激
素平衡 [24]。目前在植物体内除了乙烯外，其余激素
的糖基化衍生物均已被发现。Hou等 [25]发现拟南
芥中的细胞分裂素可被糖基转移酶在不同位点修饰
形成无活性的 N-糖苷细胞分裂素和 O-糖苷细胞分
裂素，其中后者是细胞分裂素的贮藏形式，起到激
素库的作用，在一定条件下可通过对其去糖基化而
恢复细胞分裂素活性。
3　糖链植物疫苗
自然界中，当植物受到外界生物或非生物胁迫
时，细胞壁起到第一层防御的作用，而植物细胞壁
中富含纤维素、半纤维素和果胶类等多糖，构成这
些多糖的单糖单元主要有 β-D-葡萄糖、半乳糖醛酸、
甘露糖、阿拉伯糖等；与此同时，某些病原菌的细
胞壁上也含有几丁质、壳聚糖等多糖，在病原菌与
植物互作过程中，一系列糖基水解酶活力被激发，
将病原菌与植物细胞壁上的多糖降解为寡糖片段，
而极微量的寡糖就可以激发植物产生有效的抗病反
应。在实际农业生产中，糖类物质的应用也具有悠
久历史，如法国沿海地区的农民将虾蟹壳粉末 (含
几丁聚糖、壳聚糖 )、海带粉末 (含葡聚糖 )直接施
用于田间防治病害已有千余年的传统。但直到 20
世纪70年代，尤其是1985年寡糖素 (Oligosaccharins)
概念提出后 [26]，糖类物质在植物保护方面的研究才
为人们所重视。针对这些糖类物质诱导植物抗性的
特点以及近年来重新活跃的植物免疫学说，本课题
组在 2008年尝试提出了糖链植物疫苗的概念 [27]。
3.1　糖链植物疫苗概念的提出
与动物相比，植物的自身免疫机制往往受到忽
视，甚至在一段时间内不为学术界所认可，但最近
几年，大量的研究工作证实了植物体内也具有整体
性的免疫系统 [28]，且其与动物免疫机制有很多共同
点 [29-30]。同时，在对壳寡糖等糖类物质诱导植物抗
病过程的研究中，发现糖类物质的作用更多体现在
防而不是治，如使用适当浓度的糖类物质在植物感
病前处理植株，并不使植物产生强抗病反应，但经
此处理后的植物再受到病虫害侵染时可表现出比正
尹　恒，等：植物糖生物学与糖链植物疫苗第6期 601
常植株更高的防范作用；且在植物感病后再使用糖
类物质处理，效果往往不如感病前处理好。糖类物
质的这种特性符合植物免疫学中的预警机制
(PRIME)[31]，这种对植物免疫系统起到预警增敏作
用的特性，使我们联想到了动物疫苗在预防动物疾
病过程中的功用，进而联想到这两者间的相似性
(表 1)[32]，从而归纳提出了糖链植物疫苗 (CPDVs)
的概念，将这类可以增敏激活植物免疫系统，具有
预防植物病害功能的糖类物质定义为 CPDVs，当然
这个概念还有待植物免疫学界进一步的讨论与认
可。
3.2　应用研究
比较常见的 CPDVs有几丁聚糖及其寡糖、壳
聚糖及其寡糖、寡聚半乳糖醛酸、葡聚糖及其寡糖
等。与动物疫苗类似，CPDVs在作用对象上具有广
谱性，结合我们实验室开展的温室、田间实验及相
关文献报道发现 CPDV可针对 70余种作物起作用，
涵盖到了粮食作物、经济作物、蔬菜、花卉、林木等
多种作物，可防治真菌、细菌、病毒等多种病害 [33-34]。
除了最明显的防胜于治外，CPDVs还有其他的作用
特点：
(1)同样的植物 -病原菌环境下，不同的 CPDVs
作用不同。如 Ben-Shalom等 [35]研究发现，在黄瓜
接种白粉病前提前 1、4或 24 h喷施壳聚糖，对黄瓜
白粉病有 65%、82%和 87%的抑制率；而同样处
理条件下，几丁寡糖对黄瓜白粉病的防治效果远低
于此。这些研究结果说明不同的 CPDVs针对相同
的植物病害效果不尽相同。
(2)同一种 CPDVs，不同聚合度效果不同。
CPDVs通常为寡糖或聚糖，聚合度不同的 CPDVs
不仅在水溶性等物理性质上有一定差异，在生理活
性上也有所不同，但没有明显的规律性，针对不同
的植物 -病原菌条件往往表现出来的现象各不相同。
如 Cabrera等 [36]报道壳寡糖可以诱导拟南芥中苯丙
氨酸转氨酶 (PAL)与过氧化物酶 (POD)活力提高及
抗性提高，且聚合度越高的壳寡糖能力越强。而
Falcon等 [37]报道壳寡糖可以诱导烟草抵抗烟草黑
胫病，同时烟草中 PAL和葡聚糖酶 (GLU)的活力
也被壳寡糖诱导提高；但在这种情况下，则是聚合
度越低诱抗效果越好。这些现象都揭示了 CPDVs
作用的复杂性，这不仅为 CPDVs研究带来了困难，
也在极大程度上影响了 CPDVs的推广应用。因此，
关于 CPDVs在不同植物 -病原菌环境下作用效果
的应用研究工作仍具有一定意义，也是当前围绕
CPDVs开展较多的工作。
3.3　作用机制
虽然针对 CPDVs的研究从 20世纪 80年代以
来大量增多，但如上所述，目前仍以应用研究为主，
对 CPDVs在植物中的作用机制仍不明了。结合实
验与文献报道，分析认为其作用机制大致由以下几
步组成：信号识别；信号转导与放大；调控防卫相
关基因、激活相关蛋白活性；抗性次生代谢产物积
累从而诱导抗性反应产生。
3.3.1　信号识别
信号识别是 CPDVs 激发植物免疫系统的第
一步，植物通常由一系列模式识别受体 (pattern
recognition receptors)来完成此功能。目前几丁聚糖
及其寡糖、葡寡糖等 CPDVs 的受体已被鉴定发
现 [29]，其中研究最深入的是几丁寡糖的受体。日本
Shibuya实验室从 1993年以来，利用同位素标记及亲
合色谱的方法从水稻、大豆、小麦、大麦等多种植
物中筛选发现了几丁寡糖的特异结合位点和蛋白 [38]。
表1 CPDVs与传统动物疫苗的比较[32]
Content Animal vaccines CPDVs
Immunity inoculated effect Yes Yes
Specificity of resistance Yes No
Microbe-associated molecular patterns (MAMP) Yes Yes
Pattern recognition receptors Yes Yes
Signaling molecules NO NO
Reactive oxygen species(ROS) ROS
Salicylic acid (SA) SA
Kinase mediated signaling Yes Yes
Resistant gene family Immunoglobulin gene superfamily PR gene family
Specialized antigen-presenting cells Yes No
Autoantibodies Yes No
生命科学 第23卷602
2006年，Kaku等 [5]分离得到了水稻中的几丁
寡糖结合蛋白 CEBiP，并克隆其编码基因进行了后
续研究。结构分析显示 CEBiP缺少膜内区域，说
明其可能与其他蛋白形成复合体参与几丁寡糖的
信号识别。果然，随后两个研究组独立发现了这
个推测的结合蛋白 CERK1/LysM RLK1[6,39]。最新
研究结果已经证实CEBiP与CERK1的相互作用 [40]，
并说明 CERK1在几丁寡糖信号识别过程中起主要
作用，且此蛋白中的三个 LysM结构域是作用关键
位置 [41]。虽然几丁寡糖受体的发现是 CPDVs乃至
植物免疫研究领域的一个里程碑式重要发现，但仍
有不少重要 CPDVs(如壳寡糖、寡聚半乳糖醛酸 )
的受体还未被发现 [42]，不过已有文献报道它们在植
物上具有特异结合蛋白 [43-44]，说明了受体存在的可
能性。
3.3.2　信号转导与放大
CPDVs信号转导与放大是一个十分复杂的过
程，通常伴随着离子流、质膜蛋白的可逆磷酸化、
质膜去极化、活性氧和一氧化氮爆发、丝裂原活化
蛋白激酶 (MAPK)等信号通路激活、植物激素 (水
杨酸、茉莉酸、乙烯等 )产生等一系列信号转导和
放大过程，已有文献进行了较详细的综述 [32,42,45]，
因此在此不做赘述。值得一提的是，基于研究技术
的成熟性，目前研究较多的是 CPDVs诱导的活性
氧和一氧化氮爆发反应，大多数已知 CPDVs都被
发现具有此功能，如 Zhao等 [46]发现壳寡糖可以诱
导烟草中一氧化氮产生且与抗性直接相关。而其他
环节的研究相对较少且共性不强，因此至今仍未有
完整的 CPDVs信号转导通路被实验发现，尤其是
其中一些重要的信号节点 (hub)基因仍未知，相信
今后几年寻找这些重要的信号节点将是此领域的研
究热点之一。
3.3.3　调控防卫相关基因、激活相关蛋白活性
许多与直接抗性或信号转导有关的 CPDVs响
应基因如MAPK、SKP1、WRKY、OPR1等已被单
独鉴定出来，并研究了功能。在此基础上，高通量
的基因分析技术也被应用于 CPDVs响应基因的筛
选。如 Feng等 [47]利用 mRNA差异显示技术从烟
草中筛选得到 96个壳寡糖响应基因。此后，基因
芯片技术作为最有效的基因分析技术也被广泛应用
于此，筛选得到了大量的几丁质、葡聚糖、壳寡糖
等多种 CPDVs的响应基因信息 [48-50]，其中有很多
基因参与了植物免疫调控，为寻找信号节点基因，
更好的阐述 CPDVs作用机理奠定了基础。
与响应基因类似，CPDVs的响应蛋白研究最
初也是从单个蛋白开始，最初发现的主要是抗性酶
类，如几丁质酶 (CHI)、GLU、PAL 等。但近年来，
随着蛋白质组学技术发展，大量的响应蛋白被鉴定，
如 Chen等 [51]在水稻质膜蛋白中鉴定了 14个壳聚
糖响应基因，大部分与信号转导有关。此外，Ferri
等 [52]从葡萄中鉴定出 73个壳聚糖响应蛋白，其中
有 11个属于直接参与防卫的 PR-10家族，而其他
蛋白则涉及到次生代谢等方面。
3.3.4　抗性次生代谢产物积累
CPDVs对抗性次生代谢物质的诱导作用研究
开展很早，1980年，Hadwiger发现壳寡糖处理 24 h
内即可以诱导一种植保素——豌豆素的产生 [53]，
CPDVs对香豆素等其他植保素也有较好的诱导作
用 [54]。 此外，CPDVs还可以通过诱导木质素等物
质产生从而增强植物细胞壁，提高植物结构抗性，
与植物整体防效结果相仿，不同的 CPDVs也会有
不同的效果，如 Vander等 [55]发现壳寡糖处理相较
于几丁寡糖处理能更有效地增加小麦中的木质素含
量。
4　现状与展望
糖类物质在植物界中广泛存在，糖基化现象也
涉及到植物的几乎所有生理活动，因此，植物糖生
物学是揭示植物生命活动的重要研究领域。近年来，
植物糖生物学的研究取得了一定进展，但相较于动
物、微生物领域，开展仍十分缓慢，最为明显的标
志是在糖生物学领域的相关期刊及会议中，植物糖
生物学都只能占到很小的一部分。如糖生物学的主
流杂志 Glycobiology 2010年发表的 412篇论文中，
植物糖生物学方面的仅有 10余篇；国内的研究情
况也大同小异，在我国糖生物学界的重要会议——
2010年全国糖生物学大会上，44个会议报告中仅
有 4个与植物糖生物学有关。这些严峻的事实说明
了植物糖生物学发展不快的研究现状，也鞭策着我
们从事此方面工作的科技人员应加快研究步伐、加
深研究内容。
结合现有文献和研究经验，笔者认为近阶段植
物糖生物学的研究重点有以下几方面：植物糖蛋白
功能研究 (尤其是糖蛋白上糖链的结构构象与功能
的关系 )；植物糖基转移酶鉴定及功能分析；
CPDVs作用机制的研究 (重点在于受体、信号网络
中关键节点的寻找 )。值得注意的是，这些研究问
题大多涉及到糖与蛋白质的互作，与“蛋白质和糖
尹　恒，等：植物糖生物学与糖链植物疫苗第6期 603
类的相互作用是糖生物学的基础”理念相吻合 [56]。
而解决这些问题，则将依赖于多学科的协同工作，
尤其是生物化学、分子生物学、植物免疫学等领域
的最新进展，更为重要的是要从现有的动物、微生
物糖生物学理论与技术等资源中学习，用现有动物、
微生物糖生物学的技术来解决植物糖生物学中的问
题，也许能取得事半功倍的良好效果。
[参　考　文　献]
[1] Rademacher TW, Parekh RB, Dwek RA. Glycobiology.
Annu Rev Biochem, 1988, 57: 785-838
[2] 尹恒, 王文霞, 赵小明, 等. 植物糖生物学研究进展. 植
物学报, 2010, 45 (5): 521-9
[3] Deepak S, Shailasree S, Kini RK, et al. Hydroxyproline-
rich glycoproteins and plant defence. J Phytopathol, 2010,
158(9): 585-93
[4] Seifert GJ, Roberts K. The biology of arabinogalactan
proteins. Annu Rev Plant Biol, 2007, 58: 137-61
[5] Kaku H, Nishizawa Y, Ishii-Minami N, et al. Plant cells
recognize chitin fragments for defense signaling through a
plasma membrane receptor. Proc Natl Acad Sci USA, 2006,
103(29): 11086-91
[6] Miya A, Albert P, Shinya T, et al. CERK1, a LysM receptor
kinase, is essential for chitin elicitor signaling in Arabidop-
sis. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104(49): 19613-8
[7] Chinchilla D, Bauer Z, Regenass M, et al. The Arabidop-
sis receptor kinase FLS2 binds flg22 and determines the
specificity of flagellin perception. Plant Cell, 2006, 18(2):
465-76
[8] Haweker H, Rips S, Koiwa H, et al. Pattern recognition
receptors require N-glycosylation to mediate plant immu-
nity. J Biol Chem, 2010, 285(7): 4629-36
[9] 王承健, 王仲孚. 糖链的生物质谱分析. 生命科学, 2010,
23(6): 569-77
[10] Seveno M, Cabrera G, Triguero A, et al. Plant N-glycan
profiling of minute amounts of material. Anal Biochem,
2008, 379(1): 66-72
[11] Maeda M, Kimura M, Kimura Y. Intracellular and extra-
cellular free N-glycans produced by plant cells: occurren-
ce of unusual plant complex-type free N-glycans in extra-
cellular spaces. J Biochem (Tokyo), 2010, 148(6): 681-92
[12] Keegstra K, Raikhel N. Plant glycosyltransferases. Curr
Opin Plant Biol, 2001, 4(3): 219-24
[13] Farrokhi N, Burton RA, Brownfield L, et al. Plant cell
wall biosynthesis: genetic, biochemical and functional ge-
nomics approaches to the identification of key genes. Plant
Biotech J, 2006, 4(2): 145-67
[14] Strasser R, Mucha J, Schwihla H, et al. Molecular cloning
and characterization of cDNA coding for β 1,2N-acetyl-
glucosaminyltransferase I (GlcNAc-TI) from Nicotiana
tabacum. Glycobiology, 1999, 9(8): 779-85
[15] Saint-Jore-Dupas C, Nebenfuhr A, Boulaflous A, et al.
Plant N-glycan processing enzymes employ different tar-
geting mechanisms for their spatial arrangement along the
secretory pathway. Plant Cell, 2006, 18(11): 3182-200
[16] Kishimoto T, Watanabe M, Mitsui T, et al. Glutelin basic
subunits have a mammalian mucin-type O-linked disac-
charide side chain. Arch Biochem Biophys, 1999, 370(2):
271-7
[17] Kilcoyne M, Shah M, Gerlach JQ, et al. O-glycosylation
of protein subpopulations in alcohol-extracted rice pro-
teins. J Plant Physiol, 2009, 166(3): 219-32
[18] Hart GW, Greis KD, Dong LYD, et al. O-linked N-acetyl-
glucosamine: The “yin-yang’’ of ser/thr phosphorylation?
Nuclear and cytoplasmic glycosylation. Glycoimmunolo-
gy, 1995, 376: 115-23
[19] Filardo F, Robertson M, Singh DP, et al. Functional analy-
sis of HvSPY, a negative regulator of GA response, in bar-
ley aleurone cells and Arabidopsis. Planta, 2009, 229(3):
523-37
[20] Silverstone AL, Tseng TS, Swain SM, et al. Functional
analysis of SPINDLY in gibberellin signaling in Arabidop-
sis. Plant Physiol, 2007, 143(2): 987-1000
[21] Shimada A, Ueguchi-Tanaka M, Sakamoto T, et al. The
rice SPINDLY gene functions as a negative regulator of
gibberellin signaling by controlling the suppressive func-
tion of the DELLA protein, SLR1, and modulating brassi-
nosteroid synthesis. Plant J, 2006, 48(3): 390-402
[22] Bowles D, Isayenkova J, Lim EK, et al. Glycosyltransfe-
rases: managers of small molecules. Curr Opin Plant Biol,
2005, 8(3): 254-63
[23] Lunkenbein S, Bellido M, Aharoni A, et al. Cinnamate
metabolism in ripening fruit. Characterization of a UDP-
glucose: Cinnamate glucosyltransferase from strawberry.
Plant Physiol, 2006, 140(3): 1047-58
[24] Gachon CMM, Langlois-Meurinne M, Saindrenan P. Plant
secondary metabolism glycosyltransferases: the emerging
functional analysis. Trends Plant Sci, 2005, 10(11): 542-9
[25] Hou BK, Lim EK, Higgins GS, et al. N-glucosylation of
cytokinins by glycosyltransferases of Arabidopsis thalia-
na. J Biol Chem, 2004, 279(46): 47822-32
[26] Albersheim P, Darvill AG. Oligosaccharins. Sci Am, 1985,
253(3): 58-64
[27] 赵小明, 杜昱光. 寡糖激发植物免疫及寡糖植物疫苗的
研究进展[M]//邱德文. 植物免疫与植物疫苗——研究
与实践. 北京: 科学出版社, 2008: 48-66
[28] Jones JDG, Dangl JL. The plant immune system. Nature,
2006, 444: 323-9
[29] Boller T, Felix G. A renaissance of elicitors: perception of
microbe-associated molecular patterns and danger signals
by pattern-recognition receptors. Annu Rev Plant Biol,
2009, 60: 379-406
[30] Nurnberger T, Brunner F, Kemmerling B, et al. Innate
immunity in plants and animals: striking similarities and
obvious differences. Immunol Rev, 2004, 198: 249-66
[31] Conrath U, Beckers GJM, Flors V, et al. Priming: Getting
ready for battle. Mol Plant-Microbe Interact, 2006, 19(10):
1062-71
[32] Yin H, Zhao XM, Du YG, Oligochitosan: A plant diseases
vaccine-A review. Carbohydr Polym, 2010, 82(1): 1-8
[33] Zhao XM, She XP, Du YG, et al. Induction of antiviral
生命科学 第23卷604
resistance and stimulary effect by oligochitosan in
tobacco. Pestic Biochem Physiol, 2007, 87(1): 78-84
[34] Trouvelot S, Varnier AL, Allegre M, et al. A β-1,3 glucan
sulfate induces resistance in grapevine against Plasmopara
viticola through priming of defense responses, including
HR-like cell death. Mol Plant-Microbe Interact, 2008,
21(2): 232-43
[35] Ben-Shalom N, Aki C, Ardi R, et al. Elicitation effects of
chitin oligomers and chitosan sprayed on the leaves of
cucumber (Cucumis sativus) and bean (Phaseolus vulgaris)
plants. Isr J Plant Sci, 2002, 50(3): 199-206
[36] Cabrera JC, Messiaen J, Cambier P, et al. Size, acetylation
and concentration of chitooligosaccharide elicitors
determine the switch from defence involving PAL
activation to cell death and water peroxide production in
Arabidopsis cell suspensions. Physiol Plant, 2006, 127(1):
44-56
[37] Falcon AB, Cabrera JC, Costales D, et al. The effect of
size and acetylation degree of chitosan derivatives on to-
bacco plant protection against Phytophthora parasitica ni-
cotianae. World J Microbiol Biotechnol, 2008, 24(1): 103-
12
[38] Yamaguchi T, Ito Y, Shibuya N. Oligosaccharide elicitors
and their receptors for plant defense responses. Trends
Glycos Glyc, 2000, 12(64): 113-20
[39] Wan JR, Zhang XC, Neece D, et al. A LysM receptor-like
kinase plays a critical role in chitin signaling and fungal
resistance in Arabidopsis. Plant Cell, 2008, 20(2): 471-81
[40] Shimizu T, Nakano T, Takamizawa D, et al. Two LysM re-
ceptor molecules, CEBiP and OsCERK1, cooperatively
regulate chitin elicitor signaling in rice. Plant J, 2010,
64(2): 204-14
[41] Petutschnig EK, Jones AME, Serazetdinova L, et al. The
Lysin Motif Receptor-like Kinase (LysM-RLK) CERK1 is
a major chitin-binding protein in Arabidopsis thaliana and
subject to chitin-induced phosphorylation. J Biol Chem,
2010, 285(37): 28902-11
[42] Hamel L-P, Beaudoin N. Chitooligosaccharide sensing
and downstream signaling: contrasted outcomes in patho-
genic and beneficial plant-microbe interactions. Planta,
2010, 232(4): 787-806
[43] Cabrera JC, Boland A, Messiaen J, et al. Egg box confor-
mation of oligogalacturonides: The time-dependent stabi-
lization of the elicitor-active conformation increases its
biological activity. Glycobiology, 2008, 18(6): 473-82
[44] Guo WH, Ye ZQ, Wang GL, et al. Measurement of oligo-
chitosan-tobacco cell interaction by fluorometric method
using europium complexes as fluorescence probes. Talan-
ta, 2009, 78(3): 977-82
[45] Garcia-Brugger A, Lamotte O, Vandelle E, et al. Early si-
gnaling events induced by elicitors of plant defenses. Mol
Plant-Microbe Interact, 2006, 19(7): 711-24
[46] Zhao XM, She XP, Yu W, et al. Effects of oligochitosans
on tobacco cells and role of endogenous nitric oxide burst
in the resistance of tobacco to tobacco mosaic virus. J
Plant Pathol, 2007, 89(1): 55-65
[47] Feng B, Chen Y, Zhao C, et al. Isolation of a novel Ser/
Thr protein kinase gene from oligochitosan-induced to-
bacco and its role in resistance against tobacco mosaic vi-
rus. Plant Physio Biochem, 2006, 44(10): 596-603
[48] Yin H, Li S, Zhao X, et al. cDNA microarray analysis of
gene expression in Brassica napus treated with oligochito-
san elicitor. Plant Physio Biochem, 2006, 44(11-12): 910-6
[49] Libault M, Wan JR, Czechowski T, et al. Identification of
118 Arabidopsis transcription factor and 30 ubiquitin-liga-
se genes responding to chitin, a plant-defense elicitor. Mol
Plant-Microbe Interact, 2007, 20(8): 900-11
[50] Shinya T, Galis I, Narisawa T, et al. Comprehensive ana-
lysis of glucan elicitor-regulated gene expression in to-
bacco BY-2 cells reveals a novel MYB transcription factor
involved in the regulation of phenylpropanoid metabo-
lism. Plant Cell Physiol, 2007, 48(10): 1404-13
[51] Chen F, Li Q, He ZH. Proteomic analysis of rice plasma
membrane-associated proteins in response to chitooligo-
saccharide elicitors. J Integr Plant Biol, 2007, 49(6): 863-
70
[52] Ferri M, Tassoni A, Franceschetti M, et al. Chitosan treat-
ment induces changes of protein expression profile and
stilbene distribution in Vitis vinifera cell suspensions. Pro-
teomics, 2009, 9(3): 610-24
[53] Hadwiger LA, Beckman JM. Chitosan as a component of
pea-fusarium-solani interactions. Plant Physiol, 1980,
66(2): 205-11
[54] Orlita A, Sidwa-Gorycka M, Paszkiewicz M, et al. Appli-
cation of chitin and chitosan as elicitors of coumarins and
furoquinolone alkaloids in Ruta graveolens L. (common
rue). Biotechnol Appl Biochem, 2008, 51: 91-6
[55] Vander P, Varum KM, Domard A, et al. Comparison of the
ability of partially N-acetylated chitosans and chitooligos-
accharides to elicit resistance reactions in wheat leaves.
Plant Physiol, 1998, 118(4): 1353-9
[56] 王克夷. 糖生物学和糖组学. 生命的化学, 2009, 29(3):
299-305