全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1005
选择性剪接在植物逆境相关基因表达调控中的作用
曾纪晴 张明永*
中国科学院华南植物园，广州 510650
The Role of Alternative Splicing in the Regulation of Plant Stress-associated
Gene Expression
ZENG Ji-Qing, ZHANG Ming-Yong*
South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China
提要 文章介绍了选择性剪接在信号转导分子、转录因子、剪接因子和抗逆功能蛋白等 4 个层面对与植物逆境胁迫相关
基因表达调控的影响，以及植物逆境诱导的选择性剪接机制的研究进展。
关键词 选择性剪接；逆境；基因；表达调控
收稿 2006-08-18 修定　 2006-11-30
资助　 国家自然科学基金(30670169)、广东省自然科学基金
(06026070)和广东省科技计划项目(2006A20101004)。
*通讯作者(E-mail: zhangmy@scib.ac.cn, Tel: 020-
372 52891)。
真核生物的前体mRNA (pre-mRNA)往往要经
过一个去除内含子并将外显子连接起来的剪接过程
才能形成成熟 mRNA。pre-mRNA 的剪接有组成
性剪接(constitutive splicing)和选择性剪接(alternative
splicing, AS) 2种方式。选择性剪接是从同一个
pre-mRNA选择性地将不同的外显子连接起来产生
多个不同的成熟 mRNA 的过程。因此，从同一个
基因经过转录后的选择性剪接就可以翻译形成许多
结构和功能不同的蛋白质。可见，选择性剪接是
在转录后加工水平上进行基因表达调控的重要方
式，直接决定着蛋白质结构和功能的多样性。据
估计，约有 5 0 % 的人类基因存在选择性剪接
(Carninci等 2005)，其中约有75%都是编码与信
号转导和基因调控相关的蛋白，比如受体、信号
转导和转录因子等(Modrek和Lee 2002)。从选择
性剪接涉及的基因系统分类来看，选择性剪接多
发生在免疫和神经等复杂系统，这显然与脊椎动
物需要适应复杂的外界环境有关。在拟南芥和水
稻的基因组中有10%~20% 的基因发生选择性剪接
(Iida等 2004；Kikuchi等 2003)。虽然高等植物
基因组中选择性剪接发生的基因频率相对较低，
但绝大多数发生选择性剪接的拟南芥的基因编码的
蛋白也都与调控功能有关(http://www.tigr.org/tdb/
e2k1/ath1/altsplicing/splicing_variations.shtml)。自
然界中生长的植物经常要遭受各种生物与非生物逆
境，在长期的生命演化过程中逐渐进化形成了各
种适应环境变化的能力。逆境条件下，植物可以
启动与逆境相关基因的表达调控网络而迅速对逆境
做出反应。近年来，越来越多的研究证实，与
植物抗逆相关的基因往往容易发生选择性剪接
(Kazan 2003；表 1)，这显示植物可能通过与逆
境胁迫相关基因的选择性剪接来调控抗逆基因的表
达以适应逆境。研究表明，许多与信号转导有关
的蛋白激酶、转录因子和抗逆功能蛋白的基因都
存在选择性剪接，许多剪接因子如SR蛋白(serine/
arginine-rich protein)自身也受选择性剪接的调控(表
1)。因此，选择性剪接至少可以在剪接因子、转
录因子、信号转导分子和抗逆功能蛋白等 4 个层
面调控植物抗逆基因的表达。
1 剪接因子的选择性剪接
pre-mRNA 的剪接是在剪接体中进行的。剪
接体是由4个小分子核内核糖体蛋白(Ul、U2、U4/
U6、U5 snRNP)和 50~100 种非 snRNP 剪接因子组
成的大分子复合体。不同剪接因子之间的相互作
用直接影响剪接体的组装，从而调节选择性剪接
专论与综述 Reviews
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月1006
表1 植物中与逆境胁迫有关的选择性剪接基因
逆境 基因 功能 植物 参考文献
生物逆境 Bs4 R 蛋白 番茄 Ballvora等2001
L6 R 蛋白 亚麻 Ayliffe等1999
M R 蛋白 亚麻 Anderson 等 1997
Mla R 蛋白 大麦 Halterman 等 2003
N R 蛋白 烟草 Dinesh-Kumar和 Baker 2000
RPS4 R 蛋白 拟南芥 Gassmann 等 1999
R P P 5 R 蛋白 拟南芥 Parker等 1997
JA1tr R 蛋白 大豆 Ferrier-Cana等2005
O s M A P K 5 M A P K 水稻 Xiong 和 Yang 2003
A N P 1 M A P K 拟南芥 Nishihama 等 1997
盐胁迫 SOS4 pyridoxal激酶 拟南芥 Shi等 2002
OsIM 交替氧化酶 水稻 Kong 等 2003
ATPase 亚基 A 基因 液泡 ATPase 亚基 A 拟南芥 Magnotta和 Gogarten 2002
O s M A P K 5 M A P K 水稻 Xiong 和 Yang 2003
热胁迫 HSP22 热击蛋白 玉米 Lund 等 2001
Rubisco活化酶基因 Rubisco活化酶 菠菜、拟南芥 Werneke 等 1989
HI-5 类胰岛素蛋白酶 硅藻 Kinoshita等2001
AtBg 丝 / 苏氨酸蛋白磷酸酶 PP2A 拟南芥 Haynes 等 1999 　
SR1 剪接因子 拟南芥 Lazar 和 Goodman 2000
低温胁迫 SR1 剪接因子 拟南芥 Iida等2004
转化酶基因 转化酶或蔗糖合成酶 马铃薯 Bournay 等 1996
ATPase 亚基 A 基因 液泡 ATPase 亚基 A 拟南芥 Magnotta和 Gogarten 2002
LeAOX 交替氧化酶 番茄 Fung 等 2006
CLT 低温响应蛋白 柑橘 Jia等2004
水分胁迫 Hv DR F 1 脱水响应因子 大麦 Xue和Loveridge 2004
O s M A P K 5 M A P K 水稻 Xiong 和 Yang 2003
伤害胁迫 Prosys 多肽信号分子系统素 番茄 Li 和 Howe 2001
O s M A P K 5 M A P K 水稻 Xiong 和 Yang 2003
重金属胁迫 Bronze2 谷胱甘肽-S-转移酶 玉米 Marrst和Walbot 1997
AtCUTA 叶绿体铜结合蛋白 拟南芥 Burkhead 等 2003
氧化胁迫 OsFe-SOD 超氧化物歧化酶 水稻 Feng 等 2006
LeAOX 交替氧化酶 番茄 Fung 等 2006
OsIM 交替氧化酶 水稻 Kong 等 2003
chlAPX 叶绿体抗坏血酸过氧化物酶 菠菜、烟草 Yoshimura 等 2002
A P X 抗坏血酸过氧化物酶 南瓜 Mano 等 1997
光裂合酶基因 D N A 修复蛋白 水稻 Hirouchi等2003
光照 H P R 羟基丙酮酸还原酶 南瓜 Mano 等 1999
Z G T 生物钟蛋白 烟草 Xu和 Johnson 2001
AtGRP7 R N A 结合蛋白 拟南芥 Staiger等2003
　　本表根据 Kazan (2003)修改补充。
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的方式。目前已知两类剪接因子对于调节选择性
剪接起着非常重要的作用，一种是 SR 蛋白家族，
另一种是核内不均一核糖核蛋白(hnRNP)家族。
SR蛋白家族是一组富含丝氨酸/精氨酸的蛋白家
族，在多细胞生物中高度保守，其基本结构特征
为N末端含有1个或 2个 RNA识别模序(RNA rec-
ognition motif, RRM)，C末端富含变化长度的丝
氨酸/精氨酸二肽结构域(arginine/serine-rich
domain, RS)。SR 蛋白的 RRM 能特异性地识别和
连结pre-mRNA 上的外显子剪接增强子(ESE)或内
含子剪接增强子(ISE), 而其C末端RS结构域则介
导蛋白和蛋白的相互作用。hnRNP 是一组由多种
RNA 结合蛋白组成的具有多种功能的多肽家族。
其成员带有多种不同形式的 RNA 结合基序(RRM
或 KH 结构域)和富含甘氨酸结构域。富含甘氨酸
结构域可能参与蛋白 - 蛋白相互作用。大多数
hnRNP 都参与 RNA 的剪接，其中 hnRNP A/B、
hnRNP I、hnRNP K 是非常重要的选择性剪接调
控因子。SR 蛋白和 hnRNP 蛋白之间存在拮抗作
用，因此剪接因子的相对浓度就成为影响选择性
剪接方式的因素。在生物体内，SR 蛋白和 hnRNP
A/B蛋白的相对含量对于组织特异性和发育调节的
选择性剪接模式起调控作用。通过转基因改变相
互拮抗的剪接因子在细胞间的水平上也能够影响
体内选择性剪接的方式(Lopato等1999；Isshiki等
2006)。
剪接因子对选择性剪接的调控作用除了剪接
因子的活性和浓度之外，剪接因子自身也通过选
择性剪接产生具有不同作用的剪接异构体来调控选
择性剪接的方式。比如，hnRNP I (polypyrimidine
tract binding protein，PTB)自身就可通过选择性
剪接产生 3 个剪接异构体 PTB1、2、4，各自在
选择性剪接中有不同的作用(Wollerton等2001)。
SR 蛋白自身的选择性剪接也是一个非常普遍的现
象，比如人类的 SR 蛋白 ASF (Ge 等 1991)、线
虫的SRp20和 SRp30b (Morrison等 1997)、拟南
芥 atSRp30 (Lopato 等 1999)和 SR1 (Lazar 和
Goodman 2000)、玉米的 zmRSp31A 和 zmRS31B
(Gupta 等 2005)以及水稻的 RSZ36 和 SRp33b
(Isshiki等2006)等都已发现存在选择性剪接，可
产生多种具有不同功能的选择性剪接转录本，调
节体内许多基因的选择性剪接。另外一个值得注
意的现象是，许多 SR 蛋白的选择性剪接受到逆
境的调控，比如拟南芥 SR1 蛋白的选择性剪接受
到高温(Lazar 和 Goodman 2000)和低温(Iida 等
2004)的调控。这暗示逆境可能通过调控某些 SR
蛋白的选择性剪接而影响一些抗逆基因的选择性
剪接，这或许是植物适应逆境的一种机制。事实
上，表达拟南芥SR-like剪接蛋白的转基因植株提
高了抗盐胁迫的能力(Forment 等 2002)。这表明
通过SR蛋白的基因工程提高植物的抗逆性是值得
注意的新途径。
2 转录因子的选择性剪接
在植物对各种生物和非生物逆境响应中，逆
境响应基因表达的转录调控是其中关键性的一部
分。有研究表明，转录因子在逆境适应过程中调
节逆境响应基因的表达具有重要的作用。在拟南
芥中，已发现大量与植物逆境抗性相关的转录因
子家族，依其不同的 DNA 结合区域可分为 ERF/
AP2 类、bZIP/HD-ZIP 类、Myb 类、WRKY 类
以及一些锌指结构蛋白类。某些转录因子就像抗
逆基因的“总开关”，其表达与激活可以诱导众
多抗逆基因的表达(Vannini等2004)。转录因子的
转基因研究表明，改变转录因子的基因表达，可
以极大地影响植物对逆境的抗性。因此，转录因
子本身的基因表达调控对植物逆境响应基因的表达
起非常关键的作用。在人类和其他动物中的研究
表明，为了更加有效地调节生长发育，转录因子
常常受到选择性剪接的调控(Lopez 1995)。目前，
已经发现许多植物的转录因子也存在选择性剪接
(Magaraggia等1997；Xue和Loveridge 2004；Li
等 2006；Montag等 1995)。植物中转录因子的选
择性剪接可能具有多种作用，可以通过选择性剪
接产生的错误剪接形式的 mRNA 对逆境诱导基因
进行负调控(Xue和Loveridge 2004)，也可以通过
选择性剪接产生多个参与不同生理功能的剪接异构
体(Magaraggia等 1997；Li等 2006)。
Xue和 Loveridge (2004)发现，大麦的一个
AP2/ERF 超级家族，脱水响应因子1 (HvDRF1)基
因可以通过选择性剪接产生3个转录本，其中2个
编码转录激活因子 AP2 蛋白，可以激活大麦中受
ABA 诱导的 HVA1 基因的启动子活性，而另 1 个
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则是错误剪接异构体，没有转录因子活性。这种
选择性剪接模式在小麦的类似基因 TaDRF1 中也
观察到。HvDRF1 激活 HVA1 在大麦叶片中表达的
活性受HvABI5 (一种 bZIP 转录因子)、ABA 或干
旱诱导而显著增强。HvDRF1 在大麦的所有器官
中都可以组成性表达，但其 mRNA 绝大多数是没
有活性的错误剪接形式。TaDRF1 基因在小麦中
的表达很可能也与此种情形类似。这种错误剪接
现象在其他植物转录因子中也观察到，比如小麦
的viviparous 1 (TaVp1)基因(McKibbin等2002)和
玉米的intensifier 1 (ZmIn1)基因(Burr等1996)。尽
管 HvDR F1 错误剪接的生理学意义并不太清楚，
但它很可能提供了一个有效的机制来降低大麦在非
逆境条件下 HvDRF1 在细胞中的活性。
Li 等(2006)发现，拟南芥的 R2R3 类 MYB 基
因 ——AtMYB59 和 AtMYB48 发生相似的选择性剪
接。这 2 个基因都可通过选择性剪接产生 4 个不
同的剪接转录本，编码 MYB 相关蛋白或者 R2R3-
MYB 蛋白。这 2 个基因在水稻中的同源基因也有
类似的选择性剪接模式。半定量分析表明，
AtMYB59 的一个剪接异构体的表达可受不同的植
物激素和逆境调节。这些结果表明，这种 R2R3
类 MYB 转录因子基因可能与多种生理功能有关，
并受转录水平上选择性剪接的调控。水稻 Myb7
基因也存在 2 个选择性剪接转录本，一个是完全
剪接形式，而另一个则是未剪接形式(Magaraggia
等 1997)。未剪接形式的转录本编码一个具有部
分 Myb 结构域和一个亮氨酸拉链的 Mybleu 蛋白，
它没有标准的 DNA 结合区域、转录激活和核定位
序列，但它定位在细胞核里，并能增强玉米亮氨
酸拉链Opaque2的转录活性(Locatelli等2000)。亮
氨酸拉链可以介导某些种类的转录因子形成二聚
体，而myb 因子又可与具有亮氨酸拉链的转录因
子相互作用而激活转录。可见，Myb7 基因未剪
接形式的转录本可能具有一种新的转录因子调控
机 制 。
3 信号转导层面的选择性剪接
选择性剪接是通过激活不同类型和不同活性
的剪接因子，进而导致不同剪接方式的发生，因
此，选择性剪接与信号转导密切相关(van der
Houven van Oordt等2000；Pelisch等2005)。植
物的逆境信号转导是一个非常复杂的过程，涉及
到许多蛋白激酶和其他信号分子之间的相互作
用。近年来的研究发现，与信号转导相关的许多
蛋白激酶和其他信号分子都受到选择性剪接的
调控。
3.1 蛋白激酶 蛋白激酶是一类可以使特定的蛋白
质侧链中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化
的酶，蛋白质磷酸化可以控制酶的活性及其与其
它分子的相互作用。在逆境条件下，植物的某些
蛋白激酶被激活，经过磷酸化作用将逆境信号传
递到细胞核，进而调控抗逆基因的表达。为了更
精确和更灵活地感受逆境信号并适应逆境，植物
的蛋白激酶可通过选择性剪接的机制产生多个异构
体。
3.1.1 剪接因子SR蛋白激酶 SR蛋白的磷酸化和
去磷酸化循环在选择性剪接过程中扮演着关键性的
角色(Du 等 1998)。SR 蛋白的磷酸化可影响它与
其他蛋白相互作用的模式，可以影响其进入细胞
核内及在核内的分布，还可以影响其募集到转录
位点的过程，因而SR蛋白的磷酸化对剪接体的装
配、剪接位点的选择以及剪接效率可起调节作
用。目前发现的 SR 蛋白激酶都具有 LAMMER 模
体(motif)结构，可以催化SR蛋白RS结构域的丝
氨酸残基而使SR蛋白磷酸化(Colwill等1996)。在
动物中已经鉴定了SR蛋白激酶(SR protein-specific
kinase, SRPK)和Clk/Sty (Cdc-like dual specificity
kinase) 2个SR蛋白激酶家族(Colwill等1996)。此
外，在果蝇中也发现了DOA (darkener of apricot)
激酶。有研究表明，超表达Clk/Sty可以导致SR
蛋白在亚细胞核的重新分布，从而影响选择性剪
接(Colwill等1996)，可见Clk/Sty激酶可以直接调
节 SR 剪接因子的活性和区位化作用。研究还发
现，SR蛋白激酶也可以通过选择性剪接的机制产
生多个异构体，而每一个异构体都具有不同的专
一性功能。一个最著名的例子是，果蝇的 D O A
激酶能够通过选择性剪接产生不同的异构体，从
而决定果蝇的性别(Du 等 1998)。可见，SR 蛋白
激酶不仅可以直接调节SR蛋白的活性和亚细胞核
定位，还可以通过自身的选择性剪接调控生长发
育。目前，植物中也发现了一些具有 L A M M E R
模体的 SR蛋白激酶，比如拟南芥Clk/Sty类激酶
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AFC2 (Bender和Fink 1994)和烟草PK12蛋白激酶
(Sessa等 1996)。由 SR蛋白激酶的特性可知，它
实际上成了信号转导与选择性剪接的界面：外界
信号激活 SR 蛋白激酶，然后它通过磷酸化调节
SR蛋白的活性和亚细胞核分布，进而改变选择性
剪接模式。因此就不难理解，逆境可以诱导 S R
蛋白激酶基因的表达，激活 SR 蛋白激酶的活性，
从而诱导抗逆基因的选择性剪接。
3.1.2 促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated
protein kinase, MAPK) 真核生物中的MAPK在
将外源刺激信号转入胞内应答受体/感应器的下游
的过程中起枢纽作用。在植物中，MAPK 级联途
径与不同的生物及非生物胁迫反应、激素反应、
细胞分化和发育过程有关。MAPK 级联信号途径
由 3 个蛋白激酶家族组成：MAPK 家族、MAPK K
家族(磷酸化并活化 MAPK)以及 MAPKKK 家族(磷
酸化并活化MAPKK)。Nishihama 等(1997)在拟南
芥中发现一种类似烟草 NPK1 的基因 ANP1，它是
MAPK K K 基因家族中的一员。ANP1 基因可通过
内含子的剪切和保留而产生 2 种不同的剪接异构
体。对这2种选择性剪接异构体的cDNA (cANP1L
和cANPlS)在酵母突变体细胞中进行超表达遗传分
析的结果表明，cANPlS 比 cANP1L 具有更强的
MAPK 活性。这显示 ANP 1 基因的选择性剪接可
能是产生活化状态的ANP1蛋白激酶的一种分子机
制。此外，水稻中的一种逆境响应的 MAP K 基因
OsMAPK5 也有选择性剪接，此基因至少有 2 个选
择性剪接异构体(Xiong和Yang 2003)。虽然其中
一个剪接异构体没有自动磷酸化和 MBP 激酶的活
性，但 OsMAPK5 基因的选择性剪接对该基因在
逆境条件下的表达调控作用仍然不能忽视。
3.1.3 钙依赖蛋白激酶(calcium-dependent protein
kinase, CDPK) CDPK 在植物钙信号转导过程中
有非常重要的作用。植物细胞在外界刺激下，细
胞内Ca2+ 浓度发生变化，变化的[Ca2+]激活CDPK，
CDPK通过磷酸化作用将钙信号向下游转导和级联
放大，从而调节植物的生长发育和对环境胁迫的
响应。Nishiyama 等(1999)从地钱中分离了一个与
其他高等植物具有高度序列相似性的CDPK基因，
他们发现该基因可以通过选择性剪接产生2个不同
的转录本，其中一个转录本在雄性生殖器官中优
先积累，这显示地钱可能是通过选择性剪接产生
2个CDPK异构体的比率来进行性别控制的。Snedden
和 Blumwald (2000)在番茄中分离和鉴定了二酰基
甘油激酶(diacylglycerol kinase, DGK)的基因，该
基因可以通过选择性剪接产生2个转录本(LeCBDGK
和 LeDGK1)，LeCBDGK 在 3端比 LeDGK1 多了
一个编码钙调素( C a M )结合结构域的外显子。
DGK 可以催化二酰基甘油(diacylglycerol，DAG)
产生磷脂酸(phosphatidic acid，PA)，PA 是动物
和植物中的信号分子(Munnik 等 1998; Topham 和
Prescott 1999)，参与伤害、真菌激发子和激素诱
导的响应。番茄的DGK基因通过选择性剪接可产
生Ca2+敏感与Ca2+不敏感的2种DGK异构体形式，
因而DGK基因遂具有了对Ca2+和磷酸化脂质信号
响应的灵活性。另外，C a M 结合的三磷酸肌醇
(inositol-1,4,5-trisphosphate，IP3)受体也可以通过
选择性剪接获得第 2 个 CaM 结合结构域(Lin 等
2000)。与番茄 DGK 类似，一种 DAG 结合蛋白
dUNC13也可以通过选择性剪接产生协调Ca2+和脂
质信号响应的剪接异构体，其中一个异构体含有
CaM 结合结构域(Xu 等 1998)。可见，由于 CDPK
在逆境响应中起作用，因此可以通过选择性剪接
增加其在信号转导中的灵活性，这也可能是植物
适应逆境的一个机制。
3.2 其他信号转导分子的选择性剪接 除了上述蛋
白激酶之外，还有许多其他的信号转导因子，多
肽信号分子系统素(systemin)就是其中之一。系统
素是第 1 个在植物中发现的多肽信号分子，它是
一种胞间信号分子，由 200 个氨基酸的系统素前
体(系统素原，prosystemin)加工而成的。有研究
表明，系统素可放大茉莉酸(jasmonic acid，JA)
信号，而 JA 是关键的伤害诱导信号分子。系统
素可在非常低的浓度下对植物产生作用，诱导植
物防卫基因的表达。系统素和它的前体——系统
素原被认为在植物系统性伤害响应信号途径中起作
用。Li和Howe (2001)发现番茄中的2个系统素原
转录本——prosysA和prosysB是由同一个基因经选
择性剪接产生的。定量 RT-PCR 实验发现，在所
有组织中的prosysB转录本大约都是prosysA的2
倍，不受伤害或茉莉酸甲酯(MeJA)的影响，说明
该系统素原基因的选择性剪接是组成性的。对这2
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个系统素原 cDNA 进行超表达，发现该系统素原
的 2 个异构体在伤害响应信号途径中都有活性。
尽管番茄系统素原基因发生选择性剪接的作用尚
待进一步了解，但可以设想，作为伤害诱导信号
转导途径中的信号分子，系统素原基因的选择性
剪接对于植物伤害诱导的防卫基因表达调控可能
有作用。
4 抗逆基因的选择性剪接
除了与抗逆基因表达有关的信号转导和调控
分子存在选择性剪接之外，某些抗逆基因本身也
存在选择性剪接。值得注意的是，这些抗逆基因
的选择性剪接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接。
4.1 植物抗病基因的选择性剪接 植物的抗病基因
(R基因)编码植物抗病蛋白(R蛋白)，该蛋白可以
识别病原菌无毒基因(avr)编码的激发子(elicitor)而
引起过敏反应(hypersensitive response, HR)，限制
病原菌的扩散，从而起到抗病的作用。植物体内
由 R 基因介导的抗病机制称为植物天然免疫系统
(innate immune system)。植物R蛋白跟动物天然
免疫系统的TLR (Toll-like receptor)具有类似的结
构，由2个结构功能域组成：在C端存在一个LRR
(leucine-rich repeat)结构域；在N端存在一个核苷
酸结合位点(nucleotide-binding site，NBS)。在
NBS-LRR 这类 R 蛋白基本结构的 N 端还存在 2 类
不同的结构域，一类是与果蝇 Toll 和哺乳动物
interleukin-1受体蛋白类似的结构域TIR (Toll/
interleukin-1 receptor)，另一类是CC (coiled coil)
结构域。对 200 多万个已经克隆的人类 mRNA 进
行分析的结果表明，TLR 的选择性剪接特别普遍
(Modrek等2001)，这表明选择性剪接异构体在复
杂的动物免疫系统中很重要。近年来，在植物中
也发现了许多编码Toll-like植物R蛋白的抗病基因
发生选择性剪接。比如，烟草的N基因(Dinesh-
K u m a r 和 Bak e r 2 0 0 0 )、拟南芥 RPS4 基因
(Gassmann等1999)和RPP5基因(Parker等1997)、
亚麻的L6基因(Ayliffe等1999)和M基因(Anderson
等1997)、番茄Bs4基因(Ballvora等2001)都已发
现存在选择性剪接。N基因和RPS4 基因研究的结
果表明，去除内含子的全长 cDNA 基因虽然在转
基因植株中可以产生完整的包含TIR-NBS-LRR 结
构的 R 蛋白，但却没有抗病活性，这说明 R 基因
的选择性剪接是抗病基因的表达调控所必需的
(Jordan等 2002)。有研究还表明，某些R基因如
N基因和Mla基因的选择性剪接是在病毒或细菌侵
染之后才出现(Dinesh-Kumar 和 Baker 2000；
Halterman等 2003)。可见，R基因的选择性剪接
并不是组成性的，而是受病原菌侵染的诱导。最
近，C C - N B S - L R R 类 R 基因如大麦 M l a 基因
(Halterman等2003)和大豆的JA1tr基因(Ferrier-
Cana 等 2005)的选择性剪接也已发现。虽然 R基
因的选择性剪接异构体的功能还没有完全弄清楚，
但是可以设想，R 基因不同的选择性剪接异构体
在植物的抗病性反应中可能起着不同的作用，其
对病原菌的识别和抗病信号转导也可能肩负着不可
或缺的作用。
4.2 非生物逆境相关基因的选择性剪接 许多非生
物逆境如盐胁迫、温度胁迫、水分胁迫、重金
属和伤害等都可以诱导植物逆境相关基因的表达。
目前已经发现，许多与逆境相关的基因在逆境条
件下，通常可发生选择性剪接(表 1)。比如，与
盐胁迫相关的拟南芥SOS4 (salt overly sensitive 4)
基因(Shi等2002)以及水稻OsIM基因(Kong等2003)
编码的产物分别与调节 Na+ 和 K+ 的动态平衡和清
除活性氧有关，它们都可发生选择性剪接产生 2
个转录本，2 个转录本之间的含量比值受盐胁迫
的调控。玉米线粒体HSP22 基因(Lund 等 2001)、
菠菜和拟南芥的Rubisco活化酶基因(Werneke等
1989)、硅藻HI-5基因(Kinoshita等2001)以及拟南
芥AtBg基因(Haynes等1999)在高温胁迫下都可以
改变其选择性剪接模式。与低温响应有关的基因
如柑橘CLT 基因(Jia 等 2004)、番茄 LeAOX 基因
(Fung 等 200 6)、拟南芥 ATPa se 亚基 A 基因
(Magnotta和Gogarten 2002)和马铃薯转化酶基因
(Bournay等1996)也都发现存在选择性剪接。某些
与逆境信号转导有关的蛋白激酶(水稻 OsMAPK5
基因，Xiong 和 Yang 2003)、抗逆相关基因的转
录因子(水稻 Myb7 基因，Magaraggia 等 1997；
Locatelli等2000)以及与逆境诱导的氧化胁迫有关
的抗氧化酶(水稻 OsIM 基因，Kong 等 2003; 番
茄 LeAOX基因，Fung等 2006; 水稻 OsFe-SOD 基
因，Feng 等 2006; 菠菜、烟草 chlAPX 基因，
植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月 1011
Yoshimura 等 2002; 南瓜 APX 基因，Mano 等
1997；玉米Bronze2基因，Marrs和Walbot 1997)
等基因可在多种不同逆境下发生选择性剪接。此
外，某些植物基因的选择性剪接还受光的调控
(Mano等 1999；Xu和 Johnson 2001；Staiger等
2003)。
5 结语
植物不像动物那样可以移动以规避各种逆境
的伤害，它们通过长期的进化形成了各种灵活的
适应复杂环境的机制，选择性剪接就是植物适应
逆境的此种机制之一。选择性剪接可以在信号转
导分子、转录因子、剪接因子和抗逆功能蛋白等
4 个层面调控植物抗逆基因的表达。发生选择性
剪接的 4 个层面并不是相互独立的，相反，它们
是相互作用、相互影响的。当植物受到逆境胁迫
时，信号转导分子可以感受逆境信号，继而激活
或影响转录因子与/或剪接因子，与抗逆有关的转
录因子被激活之后诱导抗逆基因的表达，而剪接
因子被激活或被影响之后则调控信号转导分子、
转录因子、抗逆基因以及剪接因子自身的选择性
剪接方式，最后植物进入一种抵抗逆境的生理状
态(图 1)。有研究表明，逆境可以诱导许多基因
发生选择性剪接(表1)。逆境诱导选择性剪接的机
制可能是逆境能够影响剪接因子的活性、剪接因
子的浓度、剪接因子的亚细胞核定位，从而影响
剪接活性和剪接位点的改变。此外，逆境能够影
响 RNA 的转录以及 mRNA 的稳定性，从而导致选
择性剪接的发生。在逆境条件下，选择性剪接既
是逆境诱导的结果，也是植物适应逆境的一种方
式。迄今为止，已发现许多与植物逆境相关的基
因存在选择性剪接异构体，但这些选择性剪接异
构体的生理功能还不清楚，有待进一步研究。
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