全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (6): 683~690　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0012 683
收稿 2014-01-14　　修定 2014-03-20
资助 国家自然科学基金(30870209)和国家重大研究计划(2013-
CB967302)。
* 通讯作者(E-mail: youpiye@stu.xmu.edu.cn; Tel: 0592-218 3151)。
拟南芥ASK基因研究进展
叶佑丕*
厦门大学生命科学学院, 福建厦门461000
摘要: 泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system, UPS)是广泛存在于真核生物中的一种重要的蛋白降解系统。拟南
芥ASK (Arabidopsis SKP1-LIKE)基因编码拟南芥E3连接酶SCF复合物的一个亚蛋白, 在拟南芥SCF复合物中起到连接器的
作用。近年来, 人们对ASK基因及其同源基因进行了很多表达规律、基因功能方面的研究。本文从ASK基因表达方式、对
生理发育过程的调节、与F-box相互作用及ASK基因的进化方式4个方面对这些进展进行总结。已有的研究结果表明, ASK
基因在拟南芥中广泛地表达并表现出各自不同的表达水平和表达方式, 它们在很多发育和生理过程中起到重要作用。
关键词: SCF复合物; 拟南芥; ASK基因
Research Progress on ASK Genes in Arabidopsis
YE You-Pi*
School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen, Fujian 461000, China
Abstract: UPS (ubiquitin-proteasome system) is a kind of fundermental ubiquitin-mediated proteolysis path-
way that widely exists in eukaryotes. In Arabidopsis, ASK (Arabidopsis SKP1-LIKE) encodes a subunit of SCF
E3 ligase, which functions as a connector in SCF complexes in Arabidopsis. In recent years, the scientists con-
ducted various research in expression pattern and gene function for ASK gene as well as it’s homologous. This
review summarizes these progresses on the expression pattern, regulation mechanism, interaction with F-box
protein and gene evolution source. The existing results highlight these progresses and suggest that ASK genes
have different expression level and expression patterns. They are widely expressed in Arabidopsis and play very
important roles in many development and physiological processes.
Key words: SCF complex; Arabidopsis; ASK genes
蛋白质的特异性降解, 是生物代谢中的核心
问题之一, 这关系到细胞周期调控、胚胎发育、
光形态建成、开花、昼夜节律、植物激素信号、
同源异形性、抗病和衰老等重要过程的正常进行
(Hellman和Estelle 2002)。泛素-蛋白酶体降解系统
(ubiquitin-proteasome system, UPS)由多个成分组
成, 包括E1激活酶、E2结合酶、E3连接酶、26S蛋
白酶体和DUBs (Hershko和Ciechanover 1998; del
Pozo和Estelle 2000)。在这个系统中, 底物蛋白被
加上泛素标签, 需要经过E1、E2、E3三种酶的传
递与识别。其中E3连接酶是这一过程的核心, SCF
(Skp1-Cullin/Cdc53-F-box-Rbx1)复合物是最常见
的一种E3连接酶。SKP1蛋白作为SCF复合物的核
心成分, 可以连接cullin蛋白和F-box蛋白, 使SCF复
合物发挥正常功能, 并且在泛素化调控中起到间
接的作用, 它与同源基因的分化趋势也可以作为
拟南芥进化的一个依据(Willems等1999; Schulman
等2000; Zheng等2002; Kong等2004)。在拟南芥中,
ASK (Arabidopsis SKP1-LIKE)起到SKP1的作用, 在
拟南芥的生长、发育、生殖各方面都发挥重要功
能(Yang等1999; Zhao等1999)。近10多年来, 国内
外对ASK进行了多方面深入的研究, 这些结果不仅
可以解释植物在生长发育中的信号传递与发育机
理, 还可以为拟南芥的信号网络的建立与植物进
化提供思路和佐证(Dornelas等1998)。本文对这些
结果进行总结和展望。
1 泛素蛋白酶体途径及E3连接酶
泛素蛋白酶体途径参与很多半衰期短的调节
综　述 Reviews
植物生理学报684
蛋白及结构异常和损伤蛋白的降解。该系统自上
世纪末被发现后, 便得到广泛的重视(Hershko和
Ciechanover 1998)。研究表明, 这种蛋白的降解方
式同其他翻译后修饰一样, 对生物的生理代谢及
生长发育起着十分重要的调节作用(Fredrickson等
2013)。在这一过程中, 泛素激活酶(E1)、泛素结
合酶(E2)、泛素连接酶(E3)三种酶依次将泛素传
递给特异性底物, 被泛素化的底物能够被蛋白酶
体识别最终降解为短肽。这是一个需能、涉及三
步酶促级联反应的过程。单个连接的泛素不足以
引起底物被降解, 细胞中可以有一系列的泛素残
基加到上一个泛素的第48位赖氨酸残基上形成多
聚泛素化(Ciechanover等2000; Pickart和Eddins
2004)。泛素解离酶(DUBs)可以将底物蛋白上的
泛素解离下来, 释放出泛素并重新利用(Amerik和
Hochstrasser 2004)。
泛素化降解最重要的特点就是能够降解特异
性底物, 这一功能是直接由E3连接酶所决定的。
根据E3和泛素的连接方式不同可以将E3分为三大
类: HECT (homologous to E6-AP carboxyl terminus)
结构域家族、RING (really interesting new gene)-
finger结构域家族和U-box结构域家族(Ardley和
Robinson 2005)。HECT E3通过硫脂键与泛素接合
后直接将其转移到底物上, RING-finger E3和U-box
E3不能直接接合泛素, 而是作为接头蛋白分子促
进泛素从E2转移到底物。RING-finger家族E3含有
一段富含半胱氨酸和组氨酸残基的约70个氨基酸
的复合体, 并有2个锌离子螯合其中来稳定这种构
象。三类E3中, HECT结构域家族成员较少。U-
box E3是一种新型的E3, 它的结构与RING结构域
相似, 区别在于其特征结构有盐桥和氢键构成的
稳定的RING-finger结构, 而不是氨基酸和金属离
子(Hatakeyama和Nakayama 2003)。在这3种E3连
接酶中, RING-finger E3可以分为2种, 一种是由单
个蛋白构成, 另一种是多蛋白形成的复合体SCF
(Skp1-Cullin/Cdc53-F-box-Rbx1)复合体(McGinnis
等2003) (图1)。
SCF复合物E3连接酶是在生物体中分布最广,
研究最多的一类E3连接酶。它由F-box蛋白、
Skp1蛋白、Cullin/Cdc53蛋白、Rbx1蛋白构成。
Cullin处于SCF复合物的中心位置, 它的N端含有3
个α螺旋束的结构域, 与Skp1相结合, C端含有球状
的CHD (cullin homology domain)结构域, 能与
Rbx1结合。其中Skp1作为该复合物中F-box蛋白
和Cullin/Cdc53蛋白的复合物连接器, 两端分别与
F-box的N端、Cullin/Cdc53蛋白的N端结合。
F-box蛋白(FBP)是一种适配蛋白, 它有一段约50个
氨基酸的区域能够介导蛋白之间的相互作用, 它
是SCF复合物中能特异性识别底物的蛋白(Zheng
等2002; McGinnis等2003)。被泛素标记的底物蛋
白, 最终被26S蛋白酶体的两个19S调节颗粒(RP)
识别并最终在20S核心颗粒(CP)中降解。
2 ASK基因表达方式的研究
在拟南芥基因组中, 目前报道的ASK基因有21
种(Arabidopsis Genome Initiative 2000), ASK1在整
个营养生长和生殖生长过程中都有持续、广泛的
表达, 而在细胞有丝分裂较旺盛以及减数分裂部
位的表达量更高(Porat等1998)。而对其他20种
ASK基因的表达方式的研究比较少。Zhao等
(2003b)和Takahashi等(2004)用RT-PCR、原位杂交
(in situ hybridization)和GUS染色的方法对拟南芥
的21种ASK基因的表达模式进行了较全面的研究,
2012年Dezfulian等又用Real-time PCR的方法研究
了ASK基因在拟南芥各个部位的表达规律, 并构建
了超表达ASK基因与YFP融合的载体, 研究了部分
ASK基因在拟南芥体内的分布及在亚细胞结构的
定位。结果表明部分ASK基因定位在细胞核内, 这
个结果与很多SCF复合物底物都是一些半衰期短
的蛋白转录因子相符。从多方研究的结果来看,
所有ASK基因在空间上都表现出不同的表达水平
和表达方式。序列有高度相似性的ASK基因表现
出相似的表达水平和表达方式, 而个别ASK基因的
表达有较大的不同。ASK1和ASK2在所有器官中
图1 拟南芥SCF复合体E3的结构
Fig.1 Structure diagram of SCF complexes in Arabidopsis
叶佑丕: 拟南芥ASK基因研究进展 685
都有较强的表达, 而且表达方式都有很大的相似
性, 表明这两个基因很可能存在功能上的冗余。
ASK3和ASK4表达方式十分类似, 特别是在花序
和果荚中, 也说明ASK3和ASK4是相对冗余的。
ASK7、ASK8和ASK10在果荚中表达都比较高, 而
ASK11和ASK12更倾向于在花序中表达, 这些基因
的序列保守性和表达方式的相似性表明, 它们可
能是源于一个基因的复制而进化而来。ASK5、
ASK6、ASK13、ASK14、ASK19以及ASK20、
ASK21的序列和表达方式上的差异性表明, 它们可
能已经失去了部分原始基因的功能。
3 对生长发育的调节
在拟南芥中, 有很多过程如胚胎发育、激素
响应、光形态建成、衰老和病原防御等都被确定
有Ub/26S蛋白酶体途径的参与。这些途径中有许
多相关基因的功能已经研究的比较清楚, 但ASK
基因在这些过程中的功能, 目前还不清楚(Farra等
2001)。在拟南芥基因组中的21个ASK基因中, 研
究比较多的有ASK1和ASK2, 近年来随着对一些
重要生理过程研究的深入, 其他ASK基因在生长发
育中的重要性也逐渐呈现出来, 主要有以下几个
方面。
3.1 ASK基因参与生长素调节
TIR1 (transport inhibitor response 1)基因是最
早对拟南芥耐生长素运输抑制剂如萘基酞氨酸
(naphthylphthalamic acid, NPA)遗传检测时被鉴别
出来的(Ruegger等1997)。该基因编码一个F-box蛋
白, 并且具有一套富含亮氨酸重复(leucine-rich re-
peats, LRRs)序列(Ruegger等1998)。2001年Gray等
用体外GST pull-down的方法研究与TIR1蛋白相互
作用的蛋白成分时 , 在纯化出的蛋白成分中用
ASK抗体检测到了ASK1和ASK2蛋白, 他们提出
TIR1蛋白可以与ASK1蛋白或ASK2蛋白及Cullin
蛋白形成SCFTIR1复合物, 参与生长素调节通路, 但
他们并没有得到ASK基因参与生长素通路调节的
遗传学证据。2005年, Dharmasiri和Kepinski两个
实验室发现了TIR1及相关F-box蛋白就是生长素
的受体(Dharmasiri等2005; Kepinski和Leyser
2005)。在生长素不足时, Aux/IAA蛋白与ARF
(auxin response factor, ARF)蛋白结合, 使之处于受
阻状态。当生长素信号出现时, SCFTIR1复合物中
的受体TIR1即与生长素结合而被活化, 从而使结
合在ARF上的Aux/IAA被泛素化并降解(Abel等
1995; Gray等2001), 进而参与生长素调节。
3.2 ASK基因参与茉莉酸信号途径的反应
茉莉素(jasmonates, JAs)是一类新发现的植物
激素, 它包括茉莉酸和一系列由茉莉酸衍生出来
有相似生物活性的化合物。它参与到许多植物生
长发育过程, 包括根的生长、雄蕊发育、块根形
成、衰老和果实成熟等。1994年人们发现了一种
对茉莉素类似物植物毒素冠菌素(COR)不敏感的
突变体coi1 (Feys等1994), 该突变体对茉莉素不敏
感且雄性不育, 随后发现该突变体对病虫害抗性
降低, 失去了对茉莉素的正常反应。1998年Xie等
用图位克隆的方法找到了拟南芥COI1基因, 该基
因编码一个592个氨基酸的F-box蛋白。2002年,
Dai等分别在酵母和大肠杆菌内诱导表达了ASK1
和COI1全长蛋白, 用免疫沉淀的方法证明了COI1
与ASK1在植物体内可以相互作用。类似多项研
究表明COI1蛋白可以与ASK1或ASK2蛋白相互作
用形成SCF复合物, 参与泛素-蛋白酶体途径蛋白
降解(Devoto等2002; Xu等2002; Liu等2004; Ris-
seeuw等2003; Ren等2005)。除此之外, 又有研究表
明COI1蛋白还可以与ASK11蛋白和ASK12蛋白相
互作用(Takahashi等2004)。COI1蛋白与ASK蛋白
之间的相互作用都是有侧重的, 比如COI1与TIR1
都可以与ASK1和ASK2相互作用, 但作用的强度
有所不同。COI1与ASK1的相互作用强度比TIR1
强, 而TIR1与ASK2的相互作用则比COI1的强(De-
voto等2002)。Dai等(2002)在野生型背景下超表达
反义ASK1, 结果引起ASK1表达水平下降并出现与
coi1-1突变体相似表型 , 即雄性不育。2007年
Thines等和Chini等发现有12个成员的JAZ蛋白家
族是SCFCOI1介导降解的底物蛋白, 而茉莉素信号
分子可以诱导SCFCOI1复合物结合JAZ蛋白。2008
年和2009年, Katsir和Yan两个实验室先后发现
COI1就是茉莉素的受体基因(Katsir等2008; Yan等
2009)。茉莉素信号通路涉及到植物的多个生长发
育过程, 而SCFCOI1复合物中的ASK蛋白起到至关
重要的作用。
3.3 ASK基因参与减数分裂
早期人们发现酵母和人体的SKP1蛋白可以
植物生理学报686
与细胞周期蛋白结合, 从而控制细胞进入S期(Bai
等1996, 1999; Connelly和Hieter 1996)。因此人们
提出SKP1蛋白可能通过降解部分特异蛋白底物或
者通过调节着丝粒蛋白的磷酸化和降解来参与有
丝分裂过程。1999年Yang等发现拟南芥ask1突变
体在小孢子母细胞减数分裂时出现异常, 他们发
现在减数分裂的细胞中染色体分布不均匀, 而且
分裂后期细胞中部分染色体不能正常分离, 并猜
测ASK1蛋白可能是通过降解部分染色体联会所
需蛋白而发挥作用的。在拟南芥中, ASK2与ASK1
相似性是最高的, 有75.4%的DNA序列同源性和
84.8%氨基酸序列同源性(Gray等1999; Risseeuw
等2003)。研究表明ASK2部分参与到调控减数分
裂过程, 在ask1突变体中, 超表达ASK1可以弥补这
种突变, 使花粉和四分体的正常比率提高, 超表达
ASK2也可以部分弥补这种突变所引起的败育, 但
明显不如前者。当然, 即使是超表达ASK1也无法
使a s k 1突变体恢复到野生型的水平 ( Z h a o等
2003a)。在ask1突变体中, 减数分裂的很多过程会
出现异常, 比如染色体凝缩、同源染色体结合与
分离异常, 而这些异常最终导致联会与分离的紊
乱。有研究表明ASK1蛋白能够通过定位减数分
裂早期调控因子或需降解的基质蛋白来控制染色
质的结构, 从而影响减数分裂的正常进行。有研
究证实ASK1在减数第一次分裂前期对于同源染色
体重组、染色质从核膜上释放以及核仁的移动与
重构都起到十分重要的作用(Yang等2006)。
3.4 ASK基因参与开花过程
开花是受多个基因共同调控的复杂过程。当
开花信号由叶片移送到茎尖后, 接着激活花分生
组织特征基因, 再激活下游决定各组织和细胞类
型的基因, 这些基因在特定的时空表达及相互作
用调节了花的形态建成。目前普遍接受的控制花
器官发育的是Coen和Meyerowitz 1991年提出的经
典ABC模型。在该模型中把花器官特征基因分为
A、B、C三类, 认为花器官是由这三类基因共同
表达的结果。在拟南芥中, A类基因主要有AP1和
AP2; B类基因有AP3和PISTILLATA(PI); C类基因
主要有AGAMOUS(AG); A类基因单独控制第一轮
的萼片的形成; A类和B类基因共同控制第2轮的4
个花瓣的发育; B类和C类基因共同决定第3轮的6
个雄蕊的形成; C类基因单独调控第4轮的心皮的
形成。在这些基因中除了AP2基因外, 均为MADS-
box基因(Bowman等1989; Irish和Sussex 1990; Fa-
varo等2003)。有研究表明, 在ask1突变体中, 拟南
芥位于第2轮和第3轮的花瓣和雄蕊出现异常, 即
矮小而且具有花瓣与雄蕊共同特征的器官会在很
多花中出现, 出现与ufo突变体类似的表型。UFO
是一个花分生组织特异性基因, 它可以对LFY和
AP1的花分生组织形态建成起到辅助作用(Levin和
Meyerowiz 1995; Wilkinson和Haughn 1995)。UFO
编码一个F-box蛋白, 该蛋白可以和ASK1与LFY蛋
白相互作用, 调控AP3和PI表达从而保证第2、3轮
花器官的正常形成(Levin和Meyerowiz 1995; In-
gram等1995; Samach等1999; Zhao等1999)。对
UFO的研究表明, 其对开花过程的调控可能是通
过翻译后修饰也可能是转录水平的调控, 最终调
控下游的花器官特征基因。此外, ASK基因表达模
式表明ASK基因参与到开花的调控过程中, 而且不
仅仅是ASK1, 可能还有其他ASK蛋白与不同的
F-box蛋白相互作用或者通过调节一些蛋白转录因
子间接调控开花过程。
3.5 ASK基因参与拟南芥早期胚胎发育过程
ASK基因几乎参与到拟南芥的整个生命周期
中的各个发育阶段, 通过对突变体的研究, 人们发
现ASK1和ASK2在拟南芥胚胎期和胚后发育期都
起到十分重要的作用。ask1ask2双突变体在胚胎
发育过程中出现很多缺陷, 最终在幼苗期致死, 但
ask1和ask2突变体并未出现双突变体的强烈表型,
这表明在胚胎发育过程中ASK1与ASK2基因功能
上的冗余性。而cul1突变体出现的缺陷比ask1ask2
双突变体更为严重, 这表明至少在胚胎发育过程
中其他ASK基因起到一定作用(Liu等2004)。
3.6 ASK蛋白和F-box蛋白的相互作用
以SCF复合物为E3连接酶介导的泛素化降解,
广泛的存在于拟南芥的各个生长发育过程中, ASK
基因作为SCF复合物的核心部分也必然参与到这
些调节过程中。在拟南芥中, 大约有694个潜在的
编码F-box蛋白的基因(Gagne等2002)。人们对很
多有泛素蛋白酶体降解途径参与的信号通路都进
行了深入的研究, 除了生长素受体基因TIR1、茉
莉酸受体基因COI1、开花信号通路中的UFO等,
叶佑丕: 拟南芥ASK基因研究进展 687
还有很多已被确定为某个生理过程中起重要作用
的F-box蛋白 , 如在开花时间和昼夜节律中的
ZTL、FKF和LKP2 (Nelson等2000; Somers等2000;
Mizoguchi和Coupland 2000;Yasuhara等2004); 与光
的形态建成相关的EID1 (Dieterle等2001); 在叶片
衰老中起重要作用的ORE9 (Woo等2001); 还有在
拟南芥分枝过程中独角精内酯信号通路中起重要
作用的MAX2 (Stirnberg等2002)等, 赤霉素途径中
也有很多F-box蛋白参与信号转导(Ariizumi和Ste-
ber 2011)。虽然它们在信号通路中所处的位置已
经有了很多认识, 但它们的作用机理还有待进一
步的研究, 而这些F-box蛋白与ASK蛋白之间的关
系无疑可以为解开这些机理提供很多思路。
4 ASK基因信号网络
在拟南芥中, ASK基因在DNA和氨基酸水平
上都有着不同程度的序列同源性, 但各自又有一
定的特异性。这使有的ASK基因在功能上表现出
一定的特异性, 比如有的F-box蛋白只和一个ASK
蛋白起作用, 同时又表现出一定的非特异性, 比如
有的F-box蛋白可以和多个ASK蛋白起作用。与此
同时一个ASK蛋白也可以与多个F-box蛋白相互作
用形成不同的SCF复合物(Dezfulian等2012)。而对
于有的ASK基因如ASK10与ASK17, 到目前为止并
未发现它们编码的蛋白与任何F-box蛋白相互作用
(Takahashi等2004)。Dezfulian等(2012)用双分子荧
光互补实验验证了拟南芥生长素受体TIR1蛋白和
UFO蛋白在植物细胞内都可以与ASK1、2、3、
4、9五种ASK蛋白相互作用, 这反映F-box与ASK
之间的关系远比我们目前知道的复杂。Kuroda等
(2012)构建了含有256种拟南芥F-box文库, 用酵母
双杂交和双分子荧光互补的方法研究了拟南芥体
内F-box蛋白与21种ASK蛋白之间的相互作用规
律。他们发现有140个F-box蛋白可以和至少一种
ASK蛋白相互作用, 酵母双杂交结果表明有8个
ASK蛋白(ASK1、2、3、4和ASK11、12、13、14)
可以和40种以上F-box蛋白相互作用, 当然这种相
互作用是在酵母体内验证的结果。对于很多ASK
蛋白与F-box蛋白相互作用, 蛋白质的磷酸化是必
须的(Lin等2009), 所以很可能有部分F-box蛋白与
ASK蛋白之间的相互作用未被检测到。各种ASK
基因在植物不同时期, 不同部位表达水平都有一
定明显的差异。这些证据从侧面上反应出植物对
各个生理过程的蛋白质泛素化降解调控并不是无
序的, 而是存在着整体调控机制, 这些调控的进行
很可能是依赖于ASK基因的。F-box蛋白与ASK蛋
白相互作用形成不同的SCF复合物发挥作用, 直接
或间接的调控各种蛋白质的表达水平, 形成一系
列信号通路。而这些信号通路是交叉的, 进而在
植物体内形成一套复杂的调控网络。这个网络的
基础就是ASK蛋白与F-box蛋白的相互作用。
5 ASK家族的进化
在原生生物、藻类、真菌和脊椎动物基因组
中, SKP1基因只有一个。这一个SKP1蛋白可以和
多种F-box蛋白相互作用介导多种底物蛋白的泛素
化。而在拟南芥中SKP1基因则表现出很快的进化
速度。Takahashi等(2004)用图位克隆的方法确定
了ASK基因在染色体上的分布规律, 结果表明ASK
基因在拟南芥染色体中呈簇状分布, 其中ASK7、
ASK8和ASK10都簇集在第3条染色体上, 而ASK11
和ASK12簇集在第4条染色体上, 说明这些基因是
起源于同一个基因, 因为某种原因而分化。后来
的研究证实ASK基因都源于同一个原始基因, 即
MRCA (Takahashi等2004; Kong等2004)。这种高效
的进化主要来源于逆转录转座和串联复制, 而片
段重复则为次要来源(Kong等2007)。在拟南芥所
有的ASK基因中, 相对进化速度较慢的, 在序列上
表现出较高的保守性, 表达水平较高而表达部位
也较为广泛 , 功能上也体现出更强的不可替代
性。而相对进化较快的ASK基因, 则在序列上有很
大的变化, 而且在表达方式上有很大的局部性, 功
能上也起着次要的作用, 有的基因甚至已经失去
了原始基因的功能(Zhao等2003b; Takahashi等
2004; Kong等2004)。
6 展望
拟南芥ASK基因在拟南芥的各个部位各个时
期都有特异的表达, 这表明它广泛的参与到拟南
芥的众多发育和代谢过程中。其重要作用引起科
学界的广泛关注, 近年来取得了很多成果, 总结起
来主要有4个方面的研究: 一是关于ASK基因本身
的表达特性的研究; 二是关于ASK蛋白参与形成
SCF复合物介导蛋白质泛素化降解, 进而对拟南芥
各个生理发育过程的调控的研究; 三是ASK蛋白
植物生理学报688
与F-box蛋白相互作用网络的研究; 四是关于ASK
基因家族进化的研究。ASK蛋白是SCF复合物中
的重要组成部分, ASK对拟南芥生理发育的调控也
是直接或间接的通过泛素蛋白酶体介导底物蛋白
泛素化降解来实现的。但这种调控可能是直接通
过SCF复合物介导蛋白质的泛素化使之降解, 也可
能是通过介导一些蛋白转录因子泛素化使之降解,
从而调控一些下游基因的表达。ASK基因是联系
具体蛋白翻译后修饰与植物对各个生理发育过程
整体调控的连结点。对ASK基因表达方式和对
ASK蛋白与F-box蛋白相互作用的研究是解决ASK
基因对拟南芥众多生理发育过程调控问题的关键,
也是ASK基因研究的热点。ASK基因高速的进化
方式很可能为拟南芥的生理功能和形态功能提供
了进化资源, 也很可能是拟南芥自我防御机制以
及对环境适应性的一种体现。对拟南芥ASK基因
的研究可以解释拟南芥众多生理现象调控机理,
还可以为基因家族的进化机制提供思路。随着新
一代测序技术的成熟与完善, 更多植物的Skp1基因
研究将成为另一热点, 拟南芥ASK基因的研究无疑
可以为这些工作奠定基础。
参考文献
Abel S, Nguyen MD, Theologis A (1995). The PS-IAA4/5-like family
of early auxin-inducible mRNAs in Arabidopsis thaliana. J Mol
Biol, 251: 533~549
Amerik AY, Hochstrasser M (2004). Mechanism and function of deu-
biquitinating enzymes. Biochim Biophys Acta, 1695: 189~207
Arabidopsis Genome Initiative (2000). Analysis of the genome se-
quence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature, 408:
796~815
Ardley HC, Robinson PA (2005). E3 ubiquitin ligases. Essays Bio-
chem, 41: 15~30
Ariizumi T, Lawrence PK, Steber CM (2011). The role of two F-box
proteins, SLEEPY1 and SNEEZY, in Arabidopsis gibberellin
signaling. Plant Physiol, 155: 765~775
Ariizumi T, Steber CM (2011). Mutations in the F-box gene SNEEZY
result in decreased Arabidopsis GA signaling. Plant Signal Be-
hav, 6: 831~833
Bai C, Sen P, Hofmann K, Ma L, Goebl M, Harper JW, Elledge SJ
(1996). SKP1 connects cell cycle regulators to the ubiquitin pro-
teolysis machinery through a novel motif, the F-box. Cell, 86:
263~274
Bai X, Peirson BN, Dong F, Xue C, Makaroff CA (1999). Isolation
and characterization of SYN1, a RAD21-like gene essential for
meiosis in Arabidopsis. Plant Cell, 11: 417~430
Bowman JL, Smyth DR, Meyerowitz EM (1989). Genes directing
flower development in Arabidopsis. Plant Cell, 1: 37~52
Chini A, Fonseca S, Fernández G, Adie B, Chico JM, Lorenzo O,
García-Casado G, López-Vidriero I, Lozano FM, Ponce MR et
al (2007). The JAZ family of repressors is the missing link in
jasmonate signalling. Nature, 448 (7154): 666~671
Ciechanover A, Orian A, Schwartz AL (2000). Ubiquitin-mediated
proteolysis: biological regulation via destruction. Cell Mol Biol,
5: 442~451
Coen ES, Meyerowitz EM (1991). The war of the whorls: genetic in-
teractions controlling flower development. Nature, 353: 31~37
Connelly C, Hieter P (1996). Budding yeast SKP1 encodes an evolu-
tionarily conserved kinetochore protein required for cell cycle
progression. Cell, 86: 275~285
Dai L, Xu L, Huang D, Li X, Luo K, Guan C (2002). ASK1 physi-
cally interacts with COI1 and is required for male fertility in
Arabidopsis. Sci China C Life Sci, 45: 631~636
del Pozo JC, Estelle M (2000). F-box proteins and protein degrada-
tion: an emerging theme in cellular regulation. Plant Mol Biol,
44: 123~128
Devoto A, Nieto-Rostro M, Xie D, Ellis C, Harmston R, Patrick E,
Davis J, Sherratt L, Coleman M, Turner JG (2002). COI1 links
jasmonate signalling and fertility to the SCF ubiquitin-ligase
complex in Arabidopsis. Plant J, 32: 457~466
Dezfulian MH, Soulliere DM, Dhaliwal RK, Sareen M, Crosby WL
(2012). The SKP1-like gene family of Arabidopsis exhibits a
high degree of differential gene expression and gene product in-
teraction during development. PLoS One, 7: e50984
Dharmasiri N, Dharmasiri S, Estelle M (2005). The F-box protein
TIR1 is an auxin receptor. Nature, 435: 441~445
Dieterle M, Zhou YC, Schäfer E, Funk M, Kretsch T (2001). EID1, an
F-box protein involved in phytochrome A-specific light signal-
ing. Genes Dev, 15: 939~944
Dornelas MC, Lejeune B, Dron M, Kreis M (1998). The Arabidopsis
SHAGGY-related protein kinas (ASK) gene family: structure, or-
ganization and evolution. Gene, 212: 249~257
Farra R, Ferrando A, Jásik J, Kleinow T, Okrész L, Tiburcio A, Sal-
chert K, del Pozo C, Schell J, Koncz C (2001). SKP1-SnRK pro-
tein kinase interactions mediate proteasomal binding of a plant
SCF ubiquitin ligase. EMBO J, 20: 2742~2756
Favaro R, Pinyopich A, Battaglia R, Kooiker M, Borghi L, Ditta G,
Yanofsky MF, Kater MM, Colombo L (2003). MADS-box pro-
tein complexes control carpel and ovule development in Arabi-
dopsis. Plant Cell, 15: 2603~2611
Feys B, Benedetti CE, Penfold CN, Turner JG (1994). Arabidopsis
mutants selected for resistance to the phytotoxin coronatine are
male sterile, insensitive to methyl jasmonate, and resistant to a
bacterial pathogen. Plant Cell, 6 (5): 751~759
Fredrickson EK, Candadai SVC, Tam CH, Gardner RG (2013). Means
of self-preservation: how an intrinsically disordered ubiquitin-
protein ligase averts self-destruction. Mol Biol Cell, 24: 1~27
Gagne JM, Downes BP, Shiu SH, Durski AM, Vierstra RD (2002).
The F-box subunit of the SCF E3 complex is encoded by a di-
verse superfamily of genes in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci
USA, 99: 11519~11524
叶佑丕: 拟南芥ASK基因研究进展 689
Gray WM, del Pozo JC, Walker L, Hobbie L, Risseeuw E, Banks T,
Crosby WL, Yang M, Ma H, Estelle M (1999). Identification of
an SCF ubiquitin-ligase complex required for auxin response in
Arabidopsis thaliana. Genes Dev, 13: 1678~1691
Gray WM, Kepinski S, Rouse D, Leyser O, Estelle M (2001). Auxin
regulates SCFTIR1-dependent degradation of AUX/IAA proteins.
Nature, 14: 271~276
Hatakeyama S, Nakayama K (2003). U box proteins as a new family
of ubiquitin-protein ligases. Biochem Biophys Res Commun,
302: 635~645
Hellman H, Estelle M (2002). Plant development: regulation by pro-
tein degradation. Science, 297: 793~797
Hershko A, Ciechanover A (1998). The ubiquitin system. Annu Rev
Biochem, 67: 425~479
Ingram GC, Goodrich J, Wilkinson MD, Simon R, Haughn GW, Coen
ES (1995). Parallels between UNUSUAL FLORAL ORGANS and
FIMBRIATA, genes controlling flower development in Arabidop-
sis and Antirrhinum. Plant Cell, 7: 1501~1510
Irish VF, Sussex IM (1990). Function of the apetala-1 gene during
Arabidopsis floral development. Plant Cell, 2: 741~753
Katsir L, Schilmiller AL, Staswick PE, He SY, Howe GA (2008).
COI1 is a critical component of a receptor for jasmonate and the
bacterial virulence factor coronatine. Proc Natl Acad Sci USA,
105 (19): 7100~7105
Kepinski S, Leyser O (2005). The Arabidopsis F-box protein TIR1 is
an auxin receptor. Nature, 435: 446~451
Kong HZ, Landherr LL, Frohlich MW, Leebens-Mack J, Ma H, de
Pamphilis CW (2007). Patterns of gene duplication in the plant
SKP1 gene family in angiosperms: evidence for multiple mecha-
nisms of rapid gene birth. Plant J, 50: 873~885
Kong HZ, Jim LM, Ni W, de Pamphilis CW, Ma H (2004). Highly
heterogeneous rates of evolution in the SKP1 gene family in
plants and animals: functional and evolutionary implications.
Mol Biol Evol, 21: 117~128
Kuroda H, Yanagawa Y, Takahashi N, Horii Y, Matsui M (2012). A
comprehensive analysis of interaction and localization of Arabi-
dopsis SKP1-like (ASK) and F-box (FBX) proteins. PLoS One, 7:
e50009
Levin JZ, Meyerowitz EM (1995). UFO: an Arabidopsis gene in-
volved in both floral meristem and floral organ development.
Plant Cell, 7: 529~548
Lin HK, Wang G, Chen Z, Teruya-Feldstein J, Liu Y, Chan CH, Yang
WL, Erdjument-Bromage H, Nakayama KI, Nimer S et al (2009).
Phosphorylation-dependent regulation of cytosolic localization
and oncogenic function of Skp2 by Akt/PKB. Nat Cell Biol, 11:
420~432
Liu F, Ni W, Griffith ME, Huang Z, Chang C, Peng W, Ma H, Xie D
(2004). The ASK1 and ASK2 genes are essential for Arabidopsis
early development. Plant Cell, 16: 5~20
McGinnis KM, Thomas SG, Soule JD, Strader LC, Zale JM, Sun TP,
Steber CM (2003). The Arabidopsis SLEEPY1 gene encodes a
putative F-box subunit of an SCF E3 ubiquitin ligase. Plant Cell,
1120~1130
Mizoguchi T, Coupland G (2000). ZEITLUPE and FKF1: novel con-
nections between flowering time and circadian clock control.
Trends Plant Sci, 5: 409~411
Nelson DC, Lasswell J, Rogg LE, Cohen MA, Bartel B (2000). FKF1,
a clock-controlled gene that regulates the transition to flowering
in Arabidopsis. Cell, 101: 331~340
Pickart CM, Eddins MJ (2004). Ubiquitin: structure, functions, mech-
anisms. Biochim Biophys Acta, 1695: 55~72
Porat R, Lu P, ONeill SD (1998). Arabidopsis SKP1, a homologue of
a cell cycle regulator gene, is predominantly expressed in mer-
istematic cells. Planta, 204: 345~351
Ren C, Pan J, Peng W, Genschik P, Hobbie L, Hellmann H, Estelle
M, Gao B, Peng J, Sun C, Xie D (2005). Point mutations in Ara-
bidopsis Cullin1 reveal its essential role in jasmonate response.
Plant J, 42: 514~524
Risseeuw EP, Daskalchuk TE, Banks TW, Liu E, Cotelesage J, Hell-
mann H, Estelle M, Somers DE, Crosby WL (2003). Protein
interaction analysis of SCF ubiquitin E3 ligase subunits from
Arabidopsis. Plant J, 34: 753~767
Ruegger M, Dewey E, Gray WM, Hobbie L, Turner J, Estelle M
(1998). The TIR1 protein of Arabidopsis functions in auxin
response and is related to human SKP2 and yeast Grr1p. Genes
Dev, 12: 198~207
Ruegger M, Dewey E, Hobbie L, Brown D, Bernasconi P, Turner J,
Muday G, Estelle M (1997). Reduced naphthylphthalamic acid
binding in the tir3 mutant of Arabidopsis is associated with a
reduction in polar auxin transport and diverse morphological de-
fects. Plant Cell, 9: 745~757
Samach A, Klenz JE, Kohalmi SE, Risseeuw E, Haughn GW, Crosby
WL (1999). The UNUSUAL FLORAL ORGANS gene of Arabi-
dopsis thaliana is an F-box protein required for normal pattern-
ing and growth in the floral meristem. Plant J, 20: 433~445
Schulman BA, Carrano AC, Jeffrey PD, Bowen Z, Kinnucan ER,
Finnin MS, Elledge SJ, Harper JW, Pagano M, Pavletich NP
(2000). Insights into SCF ubiquitin ligases from the structure of
the Skp1-Skp2 complex. Nature, 408: 381~386
Somers DE, Schultz TF, Milnamow M, Kay SA (2000). ZEITLUPE
encodes a novel clock-associated PAS protein from Arabidopsis.
Cell, 101: 319~329
Stirnberg P, van de Sande K, Leyser HM (2002). MAX1 and MAX2
control shoot lateral branching in Arabidopsis. Development,
129: 1131~1141
Takahashi N, Kuroda H, Kuromori T, Hirayama T, Seki M, Shinozaki
K, Shimada H, Matsui M (2004). Expression and interaction
analysis of Arabidopsis Skp1-related genes. Plant Cell Physiol,
45: 83~91
Thines B, Katsir L, Melotto M, Niu Y, Mandaokar A, Liu G, Nomura
K, He SY, Howe GA, Browse J (2007). JAZ repressor proteins
are targets of the SCF (COI1) complex during jasmonate signal-
ling. Nature, 448 (7154): 661~665
Wilkinson MD, Haughn GW (1995). UNUSUAL FLORAL ORGANS
controls meristem identity and organ primordia fate in Arabidop-
sis. Plant Cell, 7: 1485~1499
Willems AR, Goh T, Taylor L, Chernushevich I, Shevchenko A, Tyers
M (1999). SCF ubiquitin protein ligases and phosphorylation-
植物生理学报690
dependent proteolysis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 354:
1533~1550
Woo HR, Chung KM, Park JH, Oh SA, Ahn T, Hong SH, Jang SK,
Nam HG (2001). ORE9, an F-box protein that regulates leaf se-
nescence in Arabidopsis. Plant Cell, 13: 1779~1790
Xie DX, Feys BF, James S, Nieto-Rostro M, Turner JG (1998). COI1:
an Arabidopsis gene required for jasmonate-regulated defense
and fertility. Science, 280: 1091~1094
Xu L, Liu F, Lechner E, Genschik P, Crosby WL, Ma H, Peng W,
Huang D, Xie D (2002). The SCFCOI1 ubiquitin-ligase complexes
are required for jasmonate response in Arabidopsis. Plant Cell,
14: 1919~1935
Yan J, Zhang C, Gu M, Bai Z, Zhang W, Qi T, Cheng Z, Peng W,
Luo H, Nan F et al (2009). The Arabidopsis CORONATINE
INSENSITIVE1 protein is a jasmonate receptor. Plant Cell, 21:
2220~2236
Yang M, Hu Y, Lodhi M, McCombie WR, Ma H (1999). The Arabi-
dopsis SKP1-LIKE1 gene is essential for male meiosis and may
control homologue separation. Proc Natl Acad Sci USA, 96:
11416~11421
Yang X, Timofejeva L, Ma H, Makaroff CA (2006). The Arabidopsis
SKP1 homolog ASK1 controls meiotic chromosome remodeling
and release of chromatin from the nuclear membrane and nucleo-
lus. J Cell Sci, 119: 3754~3763
Yasuhara M, Mitsui S, Hirano H, Takanabe R, Tokioka Y, Ihara N,
Komatsu A, Seki M, Shinozaki K, Kiyosue T (2004). Identifica-
tion of ASK and clock-associated proteins as molecular partners
of LKP2 (LOV kelch protein 2) in Arabidopsis. J Exp Bot, 55
(405): 2015~2027
Zhao D, Han T, Risseeuw E, Crosby WL, Ma H (2003a). Conser-
vation and divergence of ASK1 and ASK2 gene functions dur-
ing male meiosis in Arabidopsis thaliana. Plant Mol Biol, 53:
163~173
Zhao D, Ni W, Feng B, Han T, Petrasek MG, Ma H (2003b). Members
of the Arabidopsis-SKP1-like gene family exhibit a variety of
expression patterns and may play diverse roles in Arabidopsis.
Plant Physiol, 133: 203~217
Zhao D, Yang M, Solava J, Ma H (1999). The ASK1 gene regulates
development and interacts with the UFO gene to control floral
organ identity in Arabidopsis. Dev Genet, 25: 209~223
Zheng N, Schulman BA, Song L, Miller JJ, Jeffrey PD, Wang P, Chu
C, Koepp DM, Elledge SJ, Pagano M et al (2002). Structure of
the Cul1-Rbx1-Skp1-F boxSKP2 SCF ubiquitin ligase complex.
Nature, 416: 703~709