全 文 ：第24卷 第3期
2012年3月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 24, No. 3
Mar., 2012
文章编号：1004-0374(2012)03-0262-04
植物含油量相关转录因子WRINKLED1的研究进展
黄胜和，丁永红，李东明，陈春香，钟小菊，饶泽昌*
(南昌大学抚州医学分院，抚州 344000)
摘　要：植物油具有重要的食用和工业价值，对其需求越来越大。提高作物种子含油量育种一直在进行，
与通过单一限速酶的遗传工程法相比，利用转相关转录因子基因改造植物脂肪代谢过程是更好选择之一。
介绍植物含油量相关转录因子WRINKLED1的发现、结构、功能、调控、基因工程和聚类分析等，并对其
应用前景进行展望。
关键词：含油量；转录因子；WRINKLED1(WRI1)
中图分类号：Q71 文献标志码：A
Progress on transcription factor of WRINKLED1 related to plant oil content
HUANG Sheng-He, DING Yong-Hong, LI Dong-Ming, CHEN Chun-Xiang, ZHONG Xiao-Ju, RAO Ze-Chang*
(Fuzhou Medical College, Nanchang University, Fuzhou 344000, China)
Abstract: The demand for vegetable oils for food, bio-diesel and bio-product applications is increasing rapidly. To
increase oil synthesis in plants, previous studies have focused mainly on manipulation of oil pathway genes. As an
alternative to single-enzyme approaches, transcription factors provide an attractive solution for altering complex
traits. Here, we summarize the recent progress on the discovery, structure, function, regulation, gene engineering of
the transcription factor of WRINKLED1 related to plant oil content so as to provide reference for better research.
Key words: oil content; transcription factor; WRINKLED1(WRI1)
收稿日期：2011-08-24； 修回日期：2011-10-26
基金项目：南昌大学校科技基金(CDFY-KY1101)
*通信作者：E-mail: rzc2005010@163.com; Tel: 0794-
8251802
植物脂肪代谢是维系其生命活动的基本代谢之
一，也为人类提供了重要的能量来源。生活水平的
日益提高和生物质能源的日益重视，促使培育含油
量更高的油料作物新品种已成为作物育种的主要且
紧急任务之一 [1-2]。随着大量植物功能基因的分离
克隆及表达调控机制的阐明，从分子水平上对油料
作物进行有针对性的改良已成为传统育种方法的重
要补充，并发挥着越来越重要的作用。目前，植物
三酰甘油合成途径已初步阐明，一些相关基因的克
隆、鉴定及转基因育种已开展，但脂类的积累涉及
到多条生物合成与分解代谢途径，不可能通过特异
表达一种基因来大幅提高脂类含量，而调控相关转
录因子，带动代谢途径中的一系列基因超量表达，
可以使脂类水平大大提高 [3-5]。近年来，转录因子
WRINKLED1(WRI1)研究较多，它在控制种子发育
时从糖到油的碳流动中起着关键性作用，有可能成
为第二代目标基因来改良种子或其他组织中的含油
量。本文综述了WRI1转录因子的发现、结构、功能、
调控、基因工程和聚类分析等，以期更好地改造植
物自身的脂肪代谢过程，创造优良的油料作物种质。
1　WRI1转录因子的发现与结构
1998年，Focks和 Benning[6]首次在模式植物
拟南芥中发现了 1个影响种子储藏物质积累的突变
体，因其种皮表面皱褶而被命名为WRINKLED1
(WRI1)。与野生型相比，该突变体在种子的发育过
程中不能正常地把葡萄糖和蔗糖转化成脂肪酸合成
的前体物质，并且降低了己糖激酶、磷酸果糖激酶
等几个糖酵解酶的活性，种子的含油量也减少了
黄胜和，等：植物含油量相关转录因子WRINKLED1的研究进展第3期 263
80%。2004年，Cernac和 Benning[7]通过图位克隆
法得到了拟南芥 WRI1基因。Northern blot检测发
现，其在角果中高水平表达，在叶、茎中表达量较低，
在根和花中也有表达。AtWRI1位于 3号染色体上
(At3g54320)，含有 5个内含子 (4个较小，1个较大 )，
完整 ORF框为 1 293 bp，编码一个含 430个氨基酸
的转录因子，与 ANT (AINTEGU-MENTA，1个参
与花发育的转录因子 )相似性高达 61%，具有 2个
与 DNA结合的 AP2/EREBP结构域，其中一个 AP2
结构域相当保守，另一个保守性差一些，其两端富
含 S和 T，C-端有酸性结构域，如果去掉其 C-端
酸性结构域则没有转录激活活性，因此，AtWRI1
可能是 AP2/EREBP(APETALA2-ethy-lene responsive
element-binding protein)转录因子家族的一个新成
员，与 ANT同属 AP2亚类 [7-8]。
2　WRI1转录因子的功能与调控
Ruuska 等 [9]对 cDNA芯片分析发现，在 wri1
突变体种子发育的不同时期，1%的所测基因表达
水平明显低于野生型，这些基因多为参与脂肪或碳
水化合物代谢的基因。拟南芥WRI1影响种子萌发
和幼苗形态建成时的糖代谢，突变后导致萌发和形
态建成延迟，但可被培养基中添加的糖缓解，在
CaMV 35S启动子控制下，AtWRI1基因的异位表达
不仅可以增加种子的含油量，而且可以引起幼苗积
累三酰甘油 [7,10]。柴国华等 [11]用 RNAi技术干扰油
菜内源 WRI1基因的表达，降低了种子含油量。
转基因植物实验表明 [12-16]，WRI1的靶基因主
要参与糖降解或质体脂肪酸合成，例如，β-淀粉酶、
磷酸甘油酸酯变位酶、质体丙酮酸激酶 -α亚基
(PKp-α)、质体丙酮酸激酶 -β1亚基 (PKp-β1)、丙酮
酸脱氢酶 E1α亚基 (PDH-E1α)、乙酰辅酶 A羧化
酶 BCCP2亚基 (BCCP2)、酰基载体蛋白 (ACP1)、β-
酮脂酰 -ACP合酶 (KAS1)和烯酰 -ACP还原酶 1
(MOD1)等，这些基因的启动子大多含有一个 AW-
box [CnTnG(n)7CG] 或 15-bp element [CAAAAG(T/
G)AGG(G/A)GTTT][14,17-18]。这说明，WRI1转录因
子可能在控制种子发育时，从糖到油的碳流动中起
着关键性作用。与高含糖量的枣椰树相比，高含油
量的油棕的中果皮内 WRI1表达水平提高了 57倍，
脂肪酸合成相关酶、质体转运体和质体糖代谢关键
酶基因表达增强，而三酰甘油组装相关基因表达差
异不显著，进一步证明，WRI1通过调控质体丙酮
酸供应和脂肪酸合成影响含油量 [19]。最近，Baud
等 [20]证明，WRI1还调控 AtGLB1的表达，AtGLB1
编码 PII蛋白，其通过与 ATP及 2-酮戊二酸的结合，
变构调节乙酰辅酶 A羧化酶 BCCP亚基和 N-乙
酰 -L-谷氨酸激酶 (NAGK，催化精氨酸合成途径
的限速反应 )等，进而影响 C/N，因此，WRI1可
能在氨基酸或蛋白质合成中也有调节作用。另一方
面，WRI1基因与 ABI3 (ABSCISIC ACID INSENSITIVE3)、
FUS3 (FUSCA3)等转录因子基因一样，受 LEC2
(LEAFY COTYLEDON2)和 LEC1(LEAFY COTYLE-
DON1)等上游因子调控 (图 1)[21-24]。异位表达 LEC2
会诱导 LEC1、FUS3 和 ABI3 RNA 的积累，但这种
积累是在种子特异蛋白的表达被激活之后才出现
的，表明 LEC2 可能与 LEC1、FUS3、ABI3 共同
作用控制种子的成熟阶段。LEC2直接调控WRI1，
而 LEC1 的异位过表达激活了WRI1，但对 LEC2
无效，LEC1 和 LEC2 可能以两种平行或部分冗余
的方式调控WRI1 的表达。但在油棕的中果皮内，
WRI1大量表达，而没有发现 LEC1、LEC2等，暗
示着在非种子器官中WRI1独立调控脂肪酸合成或
存在其他上游调控因子 [19]。
图1 WRI1参与的调控网络[23]
3　WRI1转录因子的基因工程和聚类分析
对 WRI1基因的基因工程研究集中在模式植物
拟南芥，在其他植物中很少，并且主要针对WRI1
的功能与调控。在玉米中超表达 WRI1基因，种子
萌发、植株生长和产量不受影响，但种子含油量提
高了 48%[25]。在拟南芥中异源表达油菜 WRI1，种
子含油量提高了 10%~40%，同时种子大小和重量
也有一定程度的增加 [26]。因此，WRI1基因在提高
植物种子含油量育种方面具有很高的应用价值。
目前，在拟南芥、油菜、玉米等极少数植物中
克隆了 WRI1基因，另外，在水稻、蓖麻、烟草、
杨树、葡萄等植物中也发现了假定的 WRI1基因，
因为这几种植物全基因组测序已经完成或基本完
成。Pouvreau等 [16]对 WRI1基因及其相似基因和等
生命科学 第24卷264
位基因的聚类分析做了初步探索，分为三个分支，
第一个分支有 AtWRI3、AtWRI4等；第二个分支有
AtWRI2等；第三个分支以 AtWRI1、ZmWRI1为代
表 (图 2)。
4　展望
提高作物种子含油量是一个长期目标，通过单
一限速酶的遗传工程来增加种子含油量的策略取得
了一定的成功，但利用转相关转录因子基因改造植
物脂肪代谢过程，可以更好地创造优良的油料作物
种质 [24]。WRI1是近几年研究较多的转录因子之一，
其功能调控得到初步阐明，转基因试验证明 WRI1
基因在提高植物种子含油量育种方面具有很高的应
用价值。但目前对 WRI1基因的研究仍然达不到现
实要求，表现在以下几方面。(1)已克隆的基因资
源不够丰富。只在拟南芥、油菜、玉米等极少数植
物中克隆了 WRI1基因，在一些含油量高的植物和
常用油料作物中没有得到鉴定，例如芝麻、向日葵、
蓖麻、大豆等。(2)调控网络需要完善，包括上游
调控因子和下游的靶基因。LEC1参与 WRI1基因
的表达调控，但证据仍显不足；下游靶基因推测有
18个 [16]，还需进一步鉴定和补充；与其他平行转
录因子 ABI3和 FUS3等的联系也不够清楚。另外，
与糖水平、ABA、渗透压水平等的关系需要进一步
研究。(3)蛋白序列和结构特征相关资料非常少。
目前只是知道WRI1属于 AP2/EREBP转录因子家
族，关键氨基酸和蛋白结构特征的研究很少。(4)
转基因作物试验需要扩大。一方面需要扩大不同物
种的转基因试验，以及利用不同的启动子，例如，
将组织特异性启动子驱动的 WRI1转化大豆、花生、
蓖麻等油料作物，提高种子含油量以利于农业生产；
另一方面还要研究转基因作物的其他农艺性状变化
情况。(5)进化地位和聚类分析需要开展。受已克
隆的基因资源限制，对WRI1的进化地位和聚类分
析研究极少，以后需要开展。
[参　考　文　献]
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GSVIV，葡萄；GRMZM(Zm)，玉米；Os，水稻；Sb，高粱；At，拟南芥；Jc，麻风树；Bn，油菜；Pt，毛果杨。
图2 WRI1的聚类分析[16]
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