全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (6): 717~724　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0066 717
收稿 2014-03-03　　修定 2014-05-07
资助 国家自然基金重大研究计划培育项目(91131008)和国家自
然基金项目(31171571)。
* 通讯作者(E-mail: cxwu1001@163.com; Tel: 0531-86180792)。
mRNA选择性剪切在植物发育中的作用
曲瑞莲, 吴春霞*, 冯献忠
山东师范大学生命科学学院逆境植物重点实验室, 济南250014
摘要: mRNA选择性剪切(alternative splicing)是生物体基因转录调控的基本方式之一, 随着新一代测序技术的广泛应用, 越
来越多的基因的选择性剪切现象被揭示。在植物发育的不同阶段及其应对外界逆境胁迫的过程中, 许多基因发生了选择
性剪切, 产生植物各个发育阶段所需的特定蛋白质来完成不同的发育过程和形成不同应答因子以适应外界环境的变化。
本文从种子发育、器官形态发育、开花时间、生物钟调控、环境胁迫等方面综述选择性剪切在植物发育中的研究进展。
关键词: mRNA选择性剪切; 植物发育; 逆境胁迫
Function of mRNA Alternative Splicing in Plant Development
QU Rui-Lian, WU Chun-Xia*, FENG Xian-Zhong
Shandong Provincial Key Laboratory of Plant Stress Research, College of Life Science, Shandong Normal University, Jinan
250014, China
Abstract: mRNA alternative splicing is one of the basic ways for regulation of gene transcription in eukaryotes.
With the wide application of new generation sequencing technology, more and more splicing events are re-
vealed currently. During different stages of plant development and response to environmental stress, many
genes could produce different alternative splicing products to participate in particular developmental processes
and response to various environments. In this paper, we reviewed the progress of alternative splicing studies in
seed and organ development, flowering time, circadian clock and environmental stress in plant.
Key words: mRNA alternative splicing; plant development; environmental stress
选择性剪切(alternative splicing, AS)又称可变
剪切, 是指mRNA前体通过不同的剪切方式产生各
种各样的mRNA剪切异构体, 最终产生功能和结构
不同的蛋白产物, 其中比较常见的是通过产生提
前终止的密码子(premature termination codons,
PTC)而导致编码终止。选择性剪切最早发现于免
疫球蛋白μ基因和降钙素基因中, 免疫球蛋白基因
和降钙素基因通过选择性剪切途径分别产生两种
不同的mRNA (Early等1980; Rosenfeld等1982)。随
后研究者陆续发现选择性剪切广泛存在于真核生
物中, 是一种基本的基因表达调控方式。随着第
二代测序技术的迅猛发展, 发现人类超过95%的基
因中存在选择性剪切现象(Pan等2008), 并因此产
生了各种各样的蛋白质 , 参与细胞的分化、发
育、各种生理过程以及许多疾病的调控。到目前
为止, 研究的参与选择性剪切的基因在植物中所
占的比例远远低于动物(周新成等2012)。在植物
中大约60%包含内含子的基因有选择性剪切现象,
如拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sati-
va)中分别有61%和33%含有内含子的基因有选择
性剪切现象(Wang和Brendel 2006; Barbazuk等
2008; Wang等2008; Filichkin等2010; Marquez等
2012), 并且在不同的组织、发育阶段和环境条件
下发生选择性剪切的基因数量, 还会发生较大的
差异(Syed等2012)。植物发育过程中具有选择性
剪切现象的许多相关基因的功能已被阐明(表1),
选择性剪切在植物发育和环境应答中的作用已受
到研究者越来越多的重视。
1 选择性剪切的过程和方式
真核生物的前体mRNA含有内含子剪接信号
(剪接位点, polyA加尾位点和分支位点序列)以及
外显子和内含子剪接增强子和抑制序列[此序列为
剪切因子(splicing factor, SF)的结合位点]。前体
mRNA形成后, 剪切因子将结合在目标序列上帮助
招募剪接相关蛋白(例如, 拟南芥的U2AF和U1sn-
RNP等 )以确定剪切加工位点和剪接体的组装
植物生理学报718
(Agafonov等2011)。剪切因子主要包括Ser/Arg-
rich (SR)蛋白和异质核核糖核蛋白颗粒(heteroge-
neous nuclear ribonucleoprotein particle, hnRNP)蛋
白两个家族。前体mRNA的剪切加工的产物由特
定细胞环境下剪切因子与目标位点的结合位点的
数量和所招募剪接相关蛋白的种类决定。
真核生物的前体mRNA可以通过不同的选择
性剪切方式产生多种mRNAs, 从而增加了转录组
的可塑性和蛋白质组的多样性(章国卫等2004)。
常见的选择性剪切方式有4种: (1)一个或几个外显
子被跳过或保留的选择性剪切; (2) 3′剪切位点的
选择性剪切; (3) 5′剪切位点的选择性剪切; (4)一个
或几个内含子被保留的选择性剪切 (Reddy等
2013)。同一个基因可以通过一种或几种选择性剪
切方式, 产生不同的mRNA亚型。不同的剪切方式
在人类以及拟南芥中发生的频率不同(图1), 在人
类中跳过外显子的选择性剪切方式较多, 而植物
中主要以内含子保留的选择性剪切方式居多(Red-
dy等2013)。
2 选择性剪切在植物种子发育中的作用
胚和胚乳发育是种子发育过程的一个重要阶
段 , 二者的发育过程是协调进行的。在玉米中
Rough endosperm3 (Rgh3)基因编码一种参与U2和
U12拼接的RNA剪切因子U2AF35相关蛋白(U2AF35
related protein, URP), 在胚乳细胞分化、胚乳-胚胎
的相互作用和胚胎及幼苗发育中发挥作用。在种
子发育中期胚乳细胞由增殖状态转化为分化状态,
而rgh3突变体的胚乳细胞则一直保持增殖状态。
Rgh3通过选择性剪切至少可以产生19种mRNA产
物, 除编码全长的RGH3α外, 还有4种选择性剪切
产物编码RGH3β蛋白 , 3种编码RGH3γ蛋白 ;
RGH3α与U2AF65共定位于细胞核中, 在原生质内
呈斑点状分布, 其余蛋白在这些部位表达量较低;
不同剪接的RGH3蛋白共同调节胚和胚乳的发育
(Fouquet等2011)。在水稻中Waxy (Wx)基因能够编
码淀粉合成酶, 影响胚乳中直链淀粉的合成; Wxa
和Wxb是Wx的2个等位基因, Wxb在内含子1的5′剪
切位点发生碱基突变, 导致与Wxa相比其表达量下
降了10倍, 最终使含有这对等位基因的品种中直
链淀粉的含量减少(Isshiki等1998)。在胚的发育过
程中, 一些基因的选择性剪切决定配子细胞的发
育, 例如lachesi (Gross等2007)、clotho (Liu等2009)
和atropos (Moll等2008)。
近期研究证明, 选择性剪切能够影响种子的
萌发以及种子成熟。SUPPRESSOR OF ABI-3
(SUA)是拟南芥中一种新型的剪切因子, 属于人类
剪切调节因子RBM5 (RNA binding motif protein 5)
的同源蛋白, 其表达能够抑制ABSCISIC ACID IN-
SENSITIVE3 (ABI3)的选择性剪切, 在拟南芥中与
U2AF65互作, 可能参加剪切体的形成; ABI3产生2
种选择性剪切亚型: ABI3-α和ABI3-β。ABI3-β缺少
77 bp隐藏的内含子, 在种子成熟的末期积累, 并且
在成熟的种子中很可能有助于全长ABI3的快速下
调, SUA通过控制ABI3的选择性剪切来影响种子
的成熟(Sugliani等2010)。玉米(Zea mays)的Vivipa-
rous1 (Vp1)转录因子通过激活胚成熟, 同时抑制萌
表1 通过选择性剪切参与植物发育过程的基因
Table 1 The elucidated alternative splicing genes involved in plant development
植物发育过程 相关的选择性剪切基因(基因全称见下文) 参考文献
种子发育 rgh3、Wx、Vp1、ABI3、lachesi、clotho、atropos、PIF6 Isshiki等1998; McKibbinet等2002; Gross等2007; Moll
等2008; Liu等2009; Penfield等2010; Sugliani等2010;
Fouquet等2011
器官发育 SR (SR32、SR33a、SR33)、YUCCA4、Osrca、ZIFL1、 Zhang和Komatsu 2000; Airoldi和Davies 2012; Kriech-
PLENA、FARINELLI baumer等 2012; Remy等2013; Zhang等2013
开花时间 FLC、MAF2、SOC1、FCA、AtSRp30、FVE、FLM、 Quesada等2003; Balasubramanian等2006; Terzi 2008;
SMZ、TCE1,2、SPL4 Song等2009; Rosloski等2013
生物钟 CCA1、LHY、PRMT5、PRR9、RVE2、LCL1、PRR7、 Deng等2010; Filichkin等2010; Hong等2010; Filichkin
CIR1、CKB3、ASG4、CCR1、GRP8 和Mockler 2012
生物和非生物胁迫 HsfA2、INH2、sad1/lsm5、Wdreb2、N、RPS4、SR (SR32、 Dinesh-Kumar 和 Baker 2000; Egawa等2006; Zhang和
SR33a)、TNL、CNL Gassmann 2007; Gassmann 2008; Brummell等2011;
Golisz等2013; Liu等2013; Zhang等2013

曲瑞莲等: mRNA选择性剪切在植物发育中的作用 719
发来调控种子发育; 而在小麦(Triticum aestivum)种
子中, Vp-1的错误剪切导致种子休眠减弱, 容易发
芽(McKibbin等2002)。光敏色素互作因子(phyto-
chrome interacting factor, PIF)在环境因素的诱导下
能够调节种子休眠和发芽, 许多PIF转录因子家族
在种子中表达, 但是只有PIF1和SPATULA (SPT)控
制种子的发芽, 其中PIF6在种子发育过程中强烈
表达, 并通过选择性剪切产生两种产物: 全长的α
型和剪接后的β型; PIF6缺失导致种子休眠加深,
过表达剪接后的β型PIF6的种子能够减少休眠
(Penfield等2010)。在大豆(Glycine max)种子的休
眠、吸涨以及干燥处理的过程中, 选择性剪切在
新陈代谢和激素介导的信号途径中发生的频率很
高(Aghamirzaie等2013)。
3 选择性剪切在器官形态决定中的作用
对于高等植物来讲, 不同类型器官的发生是
形态建成的重要过程, 参与选择性剪切的蛋白的
改变会导致器官数量性状及质量性状的改变。选
择性剪切因子可以结合在前体mRNA的内含子或
外显子的剪接增强子的基因序列上招募剪接相关
蛋白, 产生不同的剪接本。Ser/Arg-rich蛋白(SR)是
剪切因子的主要成员, 在植物器官形态决定中的
功能已逐渐被认识。在植物中, SR蛋白的缺失突
变体sr45表现为叶片和花瓣变窄、花瓣和雄蕊数
量发生改变、根变短等异常发育现象 ( A l i等
2007)。Zhang等(2013)对3种不同生态型的水稻
(indica、japonica和javanica)中的22个SR基因进行
了研究, 发现来自于不同生态型的SR基因能够产
生不同的选择性剪切产物, 并且不同的组织中选
择性剪切形式不同, 其中SR32、SR33a和SR33在3
种生态型中都有表达(Reddy和Golovkin 2008)。
SR32可以产生5种选择性剪切产物, 在所有组织中
表达 , 其中产物1和3表达量比其他亚型都高 ;
SR33a基因可以产生3种选择性剪切产物, 产物3在
叶片、茎节、花序中表达, 产物1和2在叶片中广
泛表达; SR33产生2种选择性剪切产物, 在所有组
织中都有表达, 在叶中表达量尤其多; 不同类型的
SR基因所产生的不同选择性剪切产物在特异的组
织中发挥作用(Zhang等2013)。snRNP是剪接因子
的重要招募剪接相关蛋白, 拟南芥中At-SmD3-b突
变体中, snRNP的核心蛋白D3 Sm缺失, 表现多样
性的表型, 包括晚花、根生长减缓、叶脉部分缺
失、毛状体分支数量发生改变、花器官数量发生
改变等(Swaraz等2011)。
YUCCA基因是生长素生物合成途径中的重要
基因。在拟南芥中YUCCA基因除抑制花分生组织
图1 不同类型的选择性剪切在人类和拟南芥中的发生频率
Fig.1 Frequency of common types of AS events in humans and Arabidopsis
参考Reddy等(2013)文献并作修改。
植物生理学报720
的发育外, 还对叶的近远轴极性形成及叶缘(Wang
等2011), 以及导管系统和花的脉络系统的发育起
一定的调控作用(Cheng等2006); 在水稻中过量表
达YUCCA基因则能促进生长素合成(Yamamoto等
2007)。Kriechbaumer等(2012)对生长素生物合成
酶的基因YUCCA4的选择性剪切进行的研究表明,
YUCCA4的选择性剪切能够导致选择性的细胞定
位; 非特异表达的YUCCA4转录本编码的蛋白定位
于细胞质中, 而花特异性转录本编码的蛋白则通
过一个疏水性的C端跨膜区定位于内质网(ER)中,
参与花器官发育的调控。PLENA和FARINELLI的
选择性剪切能够影响植物生殖器官的发育, 其中
FARINELLI影响雄蕊发育( Airoldi和Davies 2012)。
二磷酸核酮糖羧化酶(RuBisCO)活化酶催化
体内二磷酸核酮糖羧化酶的激活, 是光合作用中
最重要的一个酶。水稻(Oryza sativa) RuBisCO活
化酶基因经选择性剪切后产生2种亚型, 分别是Os-
rcaA1 (编码47 kDa的蛋白)和OsrcaA2 (编码43 kDa
的蛋白), 二者编码的氨基酸序列99%相似(Zhang
和Komatsu 2000); 与OsrcaA2相比, OsrcaA1拥有额
外的33个氨基酸残基, 并且在C端有5个氨基酸是
不同的。Osrca mRNAs和RuBisCO活化酶特异性
存在于叶片中, 在叶片的发育过程中, Osrca mRNAs
的含量在第7片至第3片叶中逐渐增加, 在第2片叶
中含量达到最大值。OsrcaA1和OsrcaA2的含量在
这7片叶中并无明显变化, 进行蛋白质表达后二者
都能够参与调控RuBisCO的活性, 但是只有分子量
较大的OsrcaA1参与氧化还原反应(Zhang和Portis
1999)。
ZINC-INDUCED FACILITATOR-LIKE1
(ZIFL1)是主要的物质运输超家族, 通过选择性剪
切能够形成两个蛋白亚型ZIFL1.1和ZIFL1.3, 二者
都能调节H+-K+的运输, 但却定位于不同的组织和
亚细胞中; 全长的ZIFL1.1分布于根中的液泡膜上,
影响细胞生长激素的流出以及植物激素的极性运
输; 截短了的ZIFL1.3则位于叶片气孔保卫细胞的
细胞膜中, 调节气孔的运动(Remy等2013)。
4 选择性剪切对植物开花时间的调控
植物开花是由营养生长转变为生殖生长的一
个重要发育进程。植物开花的时间是由内在因素
和外界环境信号来(包括生长前的层积处理, 昼夜
时长和环境温度等)决定的(Andrés和Coupland
2012), 选择性剪切在调控开花时间的过程中也起
着重要的作用。Terzi和Simpson (2008)对拟南芥开
花过程中相关的基因进行了研究, 发现很多基因
会发生选择性剪切, 如FLOWERING LOCUS VE
(FVE), FLOWERING LOCUS M (FLM), SCHLAF-
MUTZE (SMZ), trichloroethylene 1、2 (TCE1、2),
squamosa-promoter binding protein-like 4 (SPL4)
等。Rosloski等(2013)研究发现, MADS ASSOCI-
ATED FLOWERING1 (MAF1)/FLOWERING LO-
CUS M (FLM)和MAF2是开花抑制蛋白FLOWER-
ING LOCUS C (FLC)的旁系同源蛋白, FLC的表达
能抑制拟南芥开花, 其表达水平的变化能够影响
拟南芥成花转化的过程, 是很多开花调控基因的
上游基因; MAF2能够识别短的低温期, 防止在这
种条件下出现早花的表型; 在较短的冷处理下, 经
选择性剪切后, MAF2产生两种选择性剪切产物,
其编码全长蛋白的选择性剪切产物MAF2 var1在
植物体内积累, 抑制开花, 而其编码短的蛋白的选
择性剪切产物MAF2 var2在植物体内表达量下
调。花调节器基因SUPPRESSOR OF CONSTANS
OVEREXPRESSION1 (SOC1)在选择性剪切的作
用下产生的SOC1选择性剪切产物通过EARLY
FLOWERING9 (ELF9)作用于无义介导的mRNA降
解(nonsense-mediated mRNA decay, NMD)途径, 影
响开花时间(Song等2009)。
拟南芥FCA基因通过选择性剪切能够控制植
物由营养生长向生殖生长的转变 (Quesada等
2003)。FCA经选择性剪切产生4种产物: α, β, γ和δ;
α包含完整的内含子3, β内含子3经过聚腺苷酸化, γ
则不包含内含子3, δ不包含内含子13; 只有转录产
物γ编码全长的蛋白, 能够弥补fca突变体的晚花表
型(Quesada等2003)。FCA的选择性剪切通过限制
FCA蛋白的数量影响开花时间, FCA基因中内含子
3的选择性剪切在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和
油菜(Brassica napus)中是保守的, 说明FCA的选择
性剪切对其他物种开花时间的影响也是十分重要
的(Macknight等2002)。开花过程中, SR基因也参
与选择性剪切, 在拟南芥中, AtSRp30的过量表达能
够影响其他SR前体mRNA的选择性剪切, 导致晚
花表型(Balasubramanian等2006; Lopato等1999)。
曲瑞莲等: mRNA选择性剪切在植物发育中的作用 721
5 选择性剪切对植物生物钟的调控
生物钟是控制植物生理活动周期波动的内在
因素, 作为植物内源性的一种计时器来适应昼夜
以及季节变化等节律性变化。控制植物昼夜节律
生物钟的选择性剪切在植物中广泛存在, 植物中
超过30%的基因与生物钟有关, 这些基因编码的蛋
白通过光信号诱导途径和昼夜节律振荡器来参与
生物钟系统的调控(Schöning和Staiger 2005; Más
2008; Herrero和Davis 2012)。Hazen等(2009)使用
嵌合芯片技术对拟南芥全基因组的编码区和非编
码区进行了分析, 在与生物钟有关外显子的相邻
位置会检测到大量与生物钟有关的内含子, 发现
了大量与生物钟基因相关的选择性剪切。
James等(2012)对一些生物钟相关基因[如
CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1),
LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY), TIMING
OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1), proline rich 3、
5、7、9 (PRR3、5、7、9), ZEITLUPE (ZTL), GI-
GANTEA (GI)和chemotaxis (CHE)]进行了系统分
析, 发现这些基因有的不发生选择性剪切(CHE)或
者选择性剪切的产物含量很低(GI), 大部分都是无
义的选择性剪切。CCA1和LHY是植物生物钟调
控网络的组成部分, 二者随着温度的变化其选择
性剪切呈动态变化, LHY在低温条件下其选择性剪
切的产物明显高于常温条件 , 而CCA1则相反 ;
CCA1包含内含子4的选择性剪切产物在植物高光
胁迫时表达量上升, 在低温时表达量下降(Filichkin
等2010)。此外, Filichkin和Mockler (2012)对其他
生物钟相关基因做了分析 , 发现REVEILLE 2
(RVE2)、LHY/CCA1-LIKE 1 (LCL1)、Corepressor
interacting with RBPJ 1 (CIR1)、Casein kinase II
beta chain 3 (CKB3)、ALTERED SEED GERMINA-
TION 4 (ASG4)、chemokine (C-C motif) receptor 1
(CCR1)和Glycine-rich RNA-binding protein 8
(GRP8)等基因也有选择性剪切现象。
拟南芥招募剪接相关蛋白PRMT5 (PROTEIN
ARGININE METHYL TRANSFERASE5)能够醇化
大量底物 , 包括组氨酸和剪切体蛋白 (Hong等
2010), PRR9 (PSEUDO RESPONSE REGULATOR9)
编码核心生物钟系统的一个组份。拟南芥prmt5突
变体表现为生理周期增长, 强烈影响PRR9的选择
性剪切, PRMT5的形成需要前体mRNA的正确选
择性剪切(Hong等2010; Deng等2010)。
6 选择性剪切在植物应对生物与非生物胁迫中的
作用
因为植物固定的生活方式, 在生长发育过程
中往往会受到环境的影响, 来自环境的影响包括
非生物胁迫(温度、光强、干旱、土壤性质、脱落
酸等)和生物胁迫(病原体等)。在各种胁迫的影响
下植物体能够通过选择性剪切迅速地调整其自身
的转录组, 以提高植物的逆境耐受性。曾纪晴和
张明永(2006)对植物逆境诱导的选择性剪切机制
的研究进展进行了阐述, 提出了这些抗逆基因的
选择性剪切几乎都是在逆境条件下发生的, 或者
说逆境诱导了抗逆基因的选择性剪切。
选择性剪切对温度的响应极为显著, 选择性
剪切对较小的温度变化(4 ℃)就会产生明显的响应
(James等2012)。低温和高温的胁迫不仅能够影响
转录组的稳定性, 而且能够引起选择性剪切形式
的改变(Christensen等1992; Larkin和Park 1999; Iida
等2004; Filichkin等2010)。植物对高温的响应主要
是热休克转录因子(heat shock transcription factor,
Hsfs)起作用, 它能够结合在热休克转录因子的启
动子上, 介导植物对高温、热击等产生响应(Von
Koskull-Döring等2007)。在拟南芥中, HsfA2基因
在不同温度诱导下通过选择性剪切产生两个亚型
HsfA2II和HsfAIII, HsfAIII随着温度的升高其含量
逐渐升高, HsfA2II则相反, 通过改变两者的比例来
调控HsfA2的表达水平(Sugio等2009; Liu等2013)。
高温还会影响miRNAs的加工, miR400内含子与其
宿主基因At1g32583共转录, 在高温胁迫下miR400
定位的306 bp的内含子发生选择性剪切 , 导致
miR400初始转录产物明显增多 , 但是成熟的
miR400减少(Yan等2012)。在低温条件下, 马铃薯
(Solanum tuberosum)中编码的一种转化酶基因(in-
vertase gene)的激活位点受到剪切修饰, 导致液泡
内的酸性转化酶将淀粉转化成蔗糖、葡萄糖或是
果糖, 最终导致马铃薯变甜(Bournay等1996); 而其
抑制基因inhibitor-2 (INH2)通过选择性剪切产生高
度表达的2种选择性剪切产物INH2α和INH2β, 来
阻止低温诱导的变甜(Brummell等2011)。
Sm-like (LSM)蛋白存在于所有生物当中, 与
植物生理学报722
RNA代谢相关, 其中LSM5是U6 snRNP的核心组分
(Golisz等2013)。拟南芥中sad1能够编码LSM5的
同源蛋白, sad1突变体对干旱和ABA超敏感, 在干
旱和ABA胁迫下, sad1/lsm5突变体中U6 snRNP水
平降低, 引起未发生剪切的前体mRNAs大量积累
(Golisz等2013), 而对盐和ABA敏感的lsm4突变体
表现出错误剪切(Zhang等2011)。
Wdreb2是DREB2的同系物, 是Cor/Lea (低温
响应/胚胎发生晚期丰富蛋白)基因的转录因子的
候选基因, 在低温、干旱、盐、外源ABA的处理
下能够激活Wdreb2的表达。Wdreb2经选择性剪切
后产生3种选择性剪切产物: Wdreb2α、Wdreb2β和
Wdreb2γ; 在干旱和盐胁迫下, Wdrebβ2的表达量一
直处于稳定水平, 其他二者则表现为瞬时增加; 在
低温处理下, 三者表达量都表现为上调(Egawa等
2006)。在外界环境胁迫下, 众多SR基因的选择性
剪切也会受到相应变化, 上文提到的3种水稻生态
型中, 在低温胁迫下SR32的选择性剪切产物2、
3、4和5在indica生态型中表达受到抑制; 在japoni-
ca和javanica生态型中SR33a选择性剪切产物2在
盐胁迫下表达受到抑制, SR33在低温胁迫下其选
择性剪切产物2表达量上升(Zhang等2013)。
防御蛋白对于植物抵抗病原物是至关重要的,
大部分植物防御(R)基因包含一个核苷酸结合位点
(nucleotide binding sites, NBS)和富含亮氨酸的重
复序列(leucine-rich repeat, LRR), NBS-LRR R蛋白
分为两大类: CC-NBS-LRR (CNL)和TIR-NBS-
LRR (TNL), 二者的选择性剪切在植物防御反应中
起着重要作用, 拟南芥中大部分的R基因属于TNL
家族(Gassmann 2008)。烟草(Nicotiana tabacum)的
N基因是防御基因之一, 能够编码含有TIR-NBS-
LRR结构域的蛋白, 对烟草花叶病毒(TMV)产生防
御反应; 在选择性剪切的作用下能够产生2个转录
本: NS和NL, NS在植物中是普遍存在的, 而NL则
在侵染后4~8 h才能分布到整个植株, 二者都表达
的植株对病毒产生完整的防御反应(Dinesh-Kumar
和Baker 2000)。
拟南芥RPS4 (RESISTANCE TO PSEUDOMO-
NAS SYRINGAE4)的选择性剪切在对病原物防御过
程中呈动态变化, 防御反应需要全长蛋白和截短
了的蛋白共同存在的情况下才能发生; 在其同源
的无毒蛋白avrRps4存在的情况下, 通过EDS1 (en-
hanced disease susceptibility1)途径使RPS4表达增
强(Zhang和Gassmann 2003, 2007)。在接种番茄的
无致病性的假单胞菌后, 包含一个PTC (premature
termination codons)的内含子3的选择性剪切产物
大量增加(Zhang和Gassmann 2007), 不能够产生这
种选择性剪切产物的转基因植株则不能产生完整
的抗病能力, 说明这种选择性剪切对于RPS4产生
的抗病功能是必要的。
7 结语
选择性剪切在植物在发育过程中起着不可或
缺的作用, 在外界环境的影响下, 选择性剪切通过
动态变化来改变自身转录组的水平控制不同转录
亚型的表达, 以此来适应外界环境的变化。近来
测序技术的发展为研究选择性剪切的调控机制提
供了有力的手段, 越来越多的深度转录组测序不
仅证实了大量的已经注释过的内含子, 而且鉴定
了更多新的选择性剪切的mRNA亚型。同时, 剪切
位点的突变对于植物自然变异的产生起着重要作
用, 研究不同基因选择性剪切的多样性, 为研究植
物形态的自然变异和环境适应能力提供了重要的
理论基础。相信随着对选择性剪切的深入研究,
大量的选择性剪切本在植物发育中的功能将会被
揭示, 选择性剪切在植物科学研究中的重要性会
越来越受到关注。
参考文献
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