全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 6期，2008年 12月 1209
植物丝氨酸 /精氨酸丰富(SR)蛋白的结构和功能及其在植物发育中的作用
那海燕, 邓祖湖, 张木清 *, 陈如凯
福建农林大学农业部甘蔗生理生态与遗传改良重点实验室, 福州 350002
Structure and Function of Plant Serine/Arginine-Rich (SR) Proteins and Roles
in Plant Development
NA Hai-Yan, DENG Zu-Hu, ZHANG Mu-Qing*, CHEN Ru-Kai
Key Laboratory of Eco-Physiology, Genetic Improvement for Sugarcane, Ministry of Agriculture, Fujian Agriculture and Forestry
University, Fuzhou 350002, China
提要: 丝氨酸/精氨酸丰富(SR)蛋白家族是真核生物中的一类剪接因子, 在前体mRNA的组成性和选择性剪接中起作用。本
文就近十几年来SR蛋白结构和功能及其在植物发育中的作用的研究进展作以介绍。
关键词: SR蛋白; 前体mRNA剪接; 植物发育
收稿 2008-06-13 修定 2008-09-17
资助 国家自然科学基金(CO2 02 05 08 )。
* 通讯作者 ( E - m a i l : z m u q i n g @ h o t m a i l . c o m ; T e l :
0 59 1-83 7 68 24 2)。
在真核生物中, 前体mRNA的剪接(pre-mRNA
splicing)是基因表达调控的重要机制。同一个前体
mRNA经过一系列的加工过程可以形成不同的成熟
mRNA, 从而翻译出很多功能不同的蛋白质。因
此, 前体mRNA的剪接也是生物多样性产生的关键
机制之一。mRNA的剪接主要通过剪接复合体来
完成。除催化核心部分外, 剪接复合体主要包括小
分子核RNA结合蛋白(small nuclear ribonucleoprotein,
snRNP)和非小分子核RNA结合蛋白(non-snRNP)。
而在 non- snRNP 中, 丝氨酸 - 精氨酸丰富蛋白
(serine/arginine-rich proteins, SR protein)是人们近年
来研究最为广泛和深入的一类剪接因子。
20世纪90年代, 研究者们就已开始关注SR蛋
白, 第一个 SR蛋白是在研究哺乳动物的剪接机制
时发现的 , 即选择性剪接因子 / 剪接因子 2
(alternative splicing factor/splicing factor 2, ASF/SF2)
(Krainer和Maniatis 1985)。现已证明SR蛋白是一
个成员多且进化保守的家族, 其成员主要包括ASF/
SF2、35kD的剪接体成分(spliceosome component
of 35 kD, SC35)、SRp20、SRp40、SRp55、9G8
等。本文就SR蛋白结构和功能的研究进展作简要
评述。
1 SR蛋白家族成员及其分类
在 SR蛋白家族成员中, 每一个成员至少含有
一个或两个位于N端的RNA识别基元(RNA recog-
nition motif, RRM)、也称 RNA结合结构域(RNA
binding domain, RBD)和位于C端的丝氨酸(S)和精
氨酸(R)二肽富集结构域(RS domain)。但也有一些
SR蛋白包含特殊的结构, 如 Zn-knuckles、RGG
盒、两个 RS结构域等。如人类 SR蛋白剪接因子
9G8有CCHC型的Zn-knuckles结构; 大鼠 SR蛋白
剪接因子SRrp86含有一个RNA识别结构域和二个
RS结构域, 且在两个RS结构域之间有一个谷氨酸/
赖氨酸丰富(glutamic acid-lysine-rich, EK)区域
(Barnard和 Patton 2000); 植物特有的 SR蛋白剪接
因子 SR45的 RRM区域两端各有一个 RS结构域
(Golovkin和 Reddy 1999; Ali和 Reddy 2006)。目
前, 所有已知的 SR蛋白的分子量都在 20~75kD之
间, 并且大部分 SR蛋白家族成员都是以其分子量
大小命名的。而在分子量相同的情况下, 则加一个
字母代表这一成员的名字, 如ASF/SF2和SC35, 分
别称为 SRp30a和 SRp30b。
迄今为止, 人们采用蛋白质纯化、酵母双杂
交筛选和简并PCR等方法已克隆得到许多SR蛋白
家族成员。克隆出的人类 SR 蛋白有: SRp20、
9G8、ASF/SF2 (SRp30a)、SC35 (SRp30b)、
SRp30c、SRp40、SRp46、p54、SRp55、SRp75
和 SRrp508等至少 11个。通过筛选, 发现植物中
也存在 SR蛋白, 如拟南芥(Arabidopsis thaliana)中
分离出 19个 SR蛋白; 水稻(Oryza sativa)中鉴定出
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24个SR蛋白, 其中20个已得到分离并命名(Iida和
Go 2006; Isshiki等 2006)。一些植物 SR蛋白与动
物 SR蛋白具有同源性, 如植物 atSRp34/SR1和
atSRp30与人类 ASF/SF2具有相似的结构特点
(Lazar等1995; Lopato等1996),有些SR蛋白成员只
在植物中发现。目前已发现的 19个拟南芥 SR蛋
白中有7个在动物中没有发现(Reddy 2004; Kalyna
和 Barta 2004; Longman等 2000), 24个水稻 SR蛋
白中有 14个是动物中没有发现的。
在拟南芥基因组中发现的19个SR蛋白分布在
五条染色体上(表 1)。根据它们的结构特点拟南芥
和水稻的 SR蛋白分成七个亚家族(图 1): ASF/
SF2、SC35、一个锌结构的 9G8 (one-Zn-knuckles-
type 9G8)、二个锌结构的 9G8 (two-Zn-knuckles-
type 9G8)、SCL、植物新 SR (plant-novel-SR)蛋
白和 SR45。其中, ASF/SF2、SC35和一个锌结
构的 9G8三个亚家族是在植物界和动物界中普遍
存在的剪接因子(Graveley 2000), 而其他四个亚家
族则是植物所特有的(Kalyna和 Barta 2004)。
2 SR蛋白的结构特点和亚细胞定位
SR蛋白是一个结构高度保守的家族。SR蛋
白中结构域功能的研究已很多, 虽然试验设计各有
不同, 但大多数都用了基本相同的实验手段, 即基
因位点突变或缺失。
2.1 RRM的功能 RNA识别基元(RNA recognition
motif, RRM)也称 RNA结合结构域(RNA binding
domain, RBD), 是可以特异地识别前体mRNA并与
之结合而发挥作用的调节序列。SR蛋白家族多数
成员含有一个 RRM, 如 9G8和 SC35。而有些 SR
蛋白则有 2个 RRM, 如ASF/SF2和 RSp29。含有
2个 RRM的 SR蛋白, 是否能协同完成剪接任务?
Isshiki等(2006)研究了植物特有 SR蛋白 RSp29中
的RRM2功能, 结果表明RRM2特异缺失的∆RRM2
型中的 RSp29 依然具有同样的活性, 由此说明
RRM2对于 RSp29并非是必需的。∆RRM2型的
RSp29的5剪接位点没有改变, 表明RRM2没有参
与 5剪接位点的选择; 而RSp29的 RRM1缺失, 则
导致 RSp29不能正确寻找 5剪接位点。由此说明
RSp29中的 RRM1在提高剪接效率和剪接位点选
择中是重要的。相反, 也有研究发现, ASF/SF2的
2个RRM如果缺失一个就会影响其在剪接中的特
异性作用(Jumaa和Nielsen 2000)。总之, 在 SR蛋
白中 RRM结构域是决定剪接位点选择的关键因
素。
2.2 RS结构域的功能 RS结构域是由交替排列的
精氨酸和丝氨酸组成。RS结构域主要介导蛋白与
蛋白之间, 蛋白与 RNA之间的相互作用。通过蛋
白与蛋白相互作用, SR蛋白和其他剪接因子结合,
然后剪接因子聚集到前体mRNA的剪接位点附近,
对前体mRNA进行剪接。
2.2.1 RS结构域的特异性 RS结构域是启动前体
mRNA剪接的必要条件, RS结构域本身也具有一些
特有的功能。Isshiki等(2006)在研究水稻 SR蛋白
的结构时进行了相关的实验, 将水稻RSp29特异地
缺失RS结构域, 缺失RS结构域的RSp29并没有改
变5剪接位点的选择, 但使得GUS (β-glucuronidase)
活性降低或剪接的功能完全丧失, 由此说明 RS结图 1 拟南芥 SR蛋白亚家族
表 1 拟南芥 SR基因在染色体上的分布
拟南芥染色体 编码 SR蛋白的基因
I atSRp34, atSRp30, atSR45, atRSZ21, atSCL33
II atRSZ22a, atRSZ33, atRSp31a
III atSCL30a, atSRp34a, atRSZ32, atSCL30, atRSp31
IV atSRp34b, atRSp40, atRSZp22
V atSCL28, atRSp41, atSC35
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构域对于 SR蛋白的剪接活性是必不可少的, 与剪
接位点的选择没有关系。
2.2.2 RS结构域的可替代性 在SR蛋白家族中, 各
个成员之间的RS结构域可以相互替代, 各RS结构
域均具有启动剪接前体mRNA中相应内含子的功
能。将RSp29中的RS结构域以 SCL26的RS结构
域代替后, Wxb-GUS融合蛋白的GUS活性提高;
SCL26的 RS结构域以RSp29的 RS区域替换后不
能提高GUS的活性, 但能促进Wxb内含子 1的剪
接。动物中也有相关的试验证据, Wang等(1998)
用一株鸡的B细胞系(DT40-ASF)进行试验时发现,
如果ASF/SF2的 RS结构域缺失, 则ASF/SF2的功
能丧失, 而用其他 SR蛋白的 RS结构域替换ASF/
SF2的 RS结构域后ASF/SF2功能正常。据此推
测, SR蛋白家族成员之间的RS结构域可以相互替
代, 且功能不会丧失, 甚至作用效率可以增加。
由此可见, 在前体mRNA剪接中, SR蛋白的
RS结构域既有功能的特异性, 也有可替代性。此
外, RS结构域的亚细胞定位和RS结构域的磷酸化
作用将在后面阐述。
2.3 SR蛋白的亚细胞定位和移动性 在细胞核中,
SR蛋白主要聚集为核内形状不规则的颗粒状, 成为
核内一个典型的结构, 称为 “散斑 ”。一般认为, 每
个细胞核内都有一定数量的散斑, 这些散斑可能与
SR蛋白和其他剪接因子的储存和循环有关。散斑
也被认为是组装或是招募剪接因子到剪接位点完成
前体mRNA剪接的修饰位点。目前, 大多用免疫
荧光显微镜和绿色荧光融合蛋白研究SR蛋白的定
位和动力学功能。
2.3.1 SR蛋白的亚细胞定位 SR蛋白主要定位在
细胞核中, 其中 RS结构域对于散斑的形成和亚细
胞定位非常重要。拟南芥 RSZp22的亚细胞定位,
可能涉及到不同结构域的相互作用, 不是依赖单一
的定位信号(Tillemans等2006)。Ali和Reddy (2006)
用绿色荧光蛋白(GFP)和 SR45缺失突变体构成融
合蛋白, 并在拟南芥叶肉原生质中表达, 采用共焦
显微镜检测观察到GFP-SR45在细胞核中以散斑状
分布, 与在转基因拟南芥植物中观察到的结果一致,
但与缺失突变体中的结果有明显差异。RS1主要
定位于细胞核中且信号很微弱, 也出现在细胞质中;
RRM和绿色荧光蛋白构成的融合蛋白(GFP-RRM)
分散在细胞质和细胞核中, 没有任何的亚细胞定位
信号; RS2 单独和绿色荧光蛋白(GFP-RS2)或
RS2、RRM和绿色荧光蛋白(GFP-RRM-RS2)构成
的融合蛋白完全出现在细胞核, 表明核定位的信号
是在 RS2结构域; 由 RS1和 RRM构成的缺失RS2
的突变体大多出现在细胞核中, 但相当一部分也出
现在细胞质中。这些结果表明, RS1和 RS2结构
域都包含核定位信号, 但有其各自的功能, 互不依
赖。核内散斑定位或散斑 -维持信号完全在RS2结
构域, RS2结构域对于散斑定位是必要的。此外,
去除RS结构域后的GFP-SR突变体在核内不能表
现出典型的散斑模式(Tillemans等2005), 也说明RS
结构域对散斑的形成起重要的作用, RS结构域影响
SR 蛋白的定位。
2.3.2 SR蛋白的移动性 SR蛋白聚集在细胞核的
散斑中, 当前体mRNA进行加工处理时, SR蛋白
就从散斑中移动出来, 与mRNA特异结合, 发挥自
己的功能。SR蛋白的移动性主要依赖 RS结构域,
其实质是依赖 RS结构域的磷酸化。有研究表明,
在SR45中, 含有RS1或RS1-RRM的突变体完全正
常, 可以从散斑中移动出来, 具有移动性; 而含有
RRM-RS2(缺失RS1)的突变体中则含有大量的不移
动部分(69%), 说明RS1在调控SR45的移动性中起
作用(Ali和 Reddy 2006)。
ATP、磷酸化和转录都能调控植物SR蛋白的
移动性。在动物细胞中, SR蛋白(如 ASF/SF2和
SC35)的移动性是不依赖ATP的(Kruhlak等 2000;
Phair和Misteli 2000), 但大多数 SR蛋白的移动性
需要依赖磷酸化, 如拟南芥 RSZp22的移动性是依
赖磷酸化和ATP的(Tillemans等2006)。Ali和Reddy
(2006)用光漂白后的荧光恢复(fluorescence recovery
after photobleaching, FRAP)和光漂白中的荧光损失
(fluorescence loss in photobleaching, FLIP)试验分析
的结果表明, 在ATP耗尽的情况下, 植物 SR蛋白
(SR45和SR1/SRp34)出现了不移动部分, 说明植物
SR蛋白(SR45和SR1/SRp34)的移动性是依赖ATP
的。同样, 在转录和磷酸化受到抑制时, SR45和
SR1/SRp34的移动会减弱, 并且转录受抑制可导致
其他的SR蛋白成员改变其定位(Tillemans等2005;
Fang等 2004)。
最近, A l i 等( 2 0 0 8 )采用双分子荧光互补
(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)技
术和光漂白后的荧光恢复(fluorescence recovery
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after photobleaching, FRAP)技术, 研究了U1-70k/
SR蛋白复合体的移动性。BiFC分析表明, U1-70k
和 SR45主要是在散斑内互相作用, 而且这种互相
作用是由 SR45中的 RS1或 RS2结构域介导的。
FRAP分析结果显示, SR45/U1-70k复合体比 SR45
或U1-70k单独恢复的都缓慢, 表明SR45/U1-70k复
合体停留在散斑的时间更长。此外, FRAP分析表
明, 磷酸化的抑制剂存在下的SR45/U1-70k复合体,
与未受磷酸化抑制剂处理的细胞中的复合体相比没
有任何大的改变, 这表明复合体的流动性是不受蛋
白磷酸化影响的。
由于动物中ASF/SF2和SC35的移动不依赖磷
酸化, 所以转录受抑制后, 它们的移动性会略有增
加。与动物 SR剪接因子不同, 植物 SR蛋白的移
动性依赖于ATP、磷酸化和转录, 并且植物的 SR
剪接因子的移动性和动物的有明显不同。这些研究
对进一步了解植物 SR蛋白运动的机制是有益的。
3 SR蛋白的功能
3.1 SR蛋白在前体mRNA剪接中的作用 RNA复
合物和多种蛋白参与剪接体的形成, 并通过不同的
方式影响剪接过程。目前, SR 蛋白主要是通过
RRM特异性结合前体mRNA, 而RS结构域再通过
蛋白与蛋白以及蛋白与 mR N A 的相互合作,使
mRNA剪接的功能完成。SR蛋白是剪接体组装和
mRNA剪接的关键因子, 特别在剪接体形成的早期
阶段, 作用更为明显。SR蛋白在早期结合mRNA
前体并参与剪接体的组装, 在选择性剪接中, 在跨
内含子的复合体形成过程中, SR蛋白可与辅助因子
U1snRNP和U2AF结合。促进早期剪接复合体的
组装, 形成 5和 3剪接位点之间的桥梁。并且, 它
们之间的结合, 是在 RNA聚合酶 II抑制剂存在的
情况下完成的(Ellis等 2008)。在外显子决定的复
合体中, SR 蛋白特异结合到外显子剪接增强子
(ESEs)上, 通过U2AF结合上游弱的 3剪接位点或
U1snRNP结合弱的 5剪接位点(Graveley等 2000;
Cartegni和Krainer 2002; Maniatis和 Tasic 2002)。
如在含有两个内含子的mRNA前体中, 高浓度的
SR蛋白倾向于选择最近的 5剪接位点, 而不会激
活隐蔽的5剪接位点, 这种近端效应可能在选择性
剪接中发挥重要作用。近年来发现外显子剪接沉
默子(ESS)可抑制剪接位点的选择。所以, 外显子
的ESE或ESS可增强或减弱SR蛋白在选择性剪接
中剪接位点的调控。此外, 植物中选择性剪接是调
节基因表达的一个重要的转录后调节机制, 并最终
影响了植物的形态和功能(Reddy 2007)。
Palusa等(2007)等研究拟南芥的19个SR基因
时综合分析了拟南芥中不同组织和苗的不同时期
SR基因的表达和剪接方式。认为一些 SR基因的
选择性剪接受制于发育和组织特异性。一些 SR基
因的选择性剪接受激素(生长素、脱落酸、细胞
分裂素)或非生物胁迫(冷、热、盐等)的影响, 一
些 SR基因的选择性剪接在温度胁迫(冷、热) 下发
生改变, 三个 SR基因的选择性剪接在激素作用下
改变。19个基因中有 15个经过选择性剪接后, 可
产生两个或更多个转录本, 即 15个 SR基因至少产
生 95个转录本, 从而使 SR基因家族的转录组的复
杂性增加了 6倍。这些结果表明, 在前体mRNA剪
接中, SR基因的选择性剪接受非生物胁迫和激素调
控可产生不同异构体的 SR蛋白。
SR家族的所有成员具有相同的功能, 即每一
个SR蛋白均可以和剪接缺失的细胞质提取物S100
互补(S100中包含了除 SR蛋白以外的其他所有组
成性剪接必需因子), 恢复剪切的功能, 从而可在体
外(in vitro)剪接试验中剪接前体mRNA, 可将前体
mRNA加工成为成熟的mRNA (Miche1等 1991;
Lopato等 1996; Lopato等 1999)。
在 SR蛋白靶序列研究中, SELEX (systematic
evolution of ligands by exponential enrichment)作为
一种体外筛选方法被广泛用于筛选与SR蛋白具有
高亲和力的 RNA序列。SR蛋白家族成员之间也
可以相互调节, 如SRrp86可以正向或负向调控其他
SR蛋白的活性(Barnard和 Patton 2000; Barnard等
2002; Li等 2002)。在体内和体外剪接实验中,
SRrp86提高 SRp20活性的同时还会抑制 ASF/
SF2、SC35、SRp55的活性(Li等 2002)。表明
SR蛋白家族的一些成员可通过蛋白与蛋白之间相
互作用来调节其他 SR蛋白的活性。
3.2 SR蛋白的核质穿梭和磷酸化 SR蛋白主要聚
集在细胞核内, 但其中也有一部分 SR蛋白可以在
细胞核和细胞质间往来穿梭, SR蛋白的这种往来穿
梭能协助已经加工成熟的mRNA到细胞质中。拟
南芥中如 RSZp22, 是一个核质穿梭蛋白(Tillemans
等 2006)。在哺乳动物细胞中, SR蛋白的成员如
ASF/SF2、9G8和 SRp20可不断在细胞核和细胞
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质之间穿梭。RS结构域在核质穿梭中起作用。如
人的 SR蛋白ASF/SF2、9G8、SRp20依赖于RS结
构域的磷酸化, 穿梭于核质之间(Caceres等 1998)。
在细胞核中, SR蛋白以磷酸化形式从散斑中
释放出来。磷酸化也可增加SR蛋白在前体mRNA
剪接机制中的作用。可逆磷酸化有利于剪接体的
组装, 去磷酸化后 SR蛋白再回到核内聚集到散斑
中。SR蛋白的磷酸化实质上是 RS结构域的磷酸
化, RS结构域的丝氨酸被磷酸化后, SR蛋白从散
斑中释放出来, 通过RRM结构域与前体mRNA特
异性结合, 与其他剪接因子一起完成剪接任务, 然
后RS结构域去磷酸化, SR蛋白再回到核内散斑中
(Melčák等 2000; Misteli 2000)。因此, SR蛋白的
磷酸化对于 SR蛋白的移动性也是至关重要的。
一些蛋白激酶可以催化 SR蛋白磷酸化, 因而
使 SR蛋白具有特定的活性。拟南芥 RSzp22以激
酶抑制剂处理后, 核内往来穿梭即被改变(Tillemans
等 2005)。目前有关研究表明, SR蛋白的磷酸化
状态可在不同程度上影响它们对前体mRNA的识
别、剪接复合体的组装和剪接催化中的功能。
3.3 SR蛋白的其他功能 SR蛋白在不同物种中具
有进化上的高度保守性, 它们通常在核内呈斑点
(speckle)状分布, 以浓度依赖的方式制约着 5和 3
端剪接位点的选择, 直接参与剪接体的形成和
mRNA加工成熟(Graveley 2000; Hastings和Krainer
2001)。SR蛋白(如ASF/SF2、9G8和 SRp20)不
断在细胞核和细胞质之间往返穿梭, SR蛋白对真核
生物基因表达的影响可能不仅仅在于其剪接作用,
一些 SR蛋白在mRNA核内转出、mRNA的稳定
性和蛋白质翻译等mRNA代谢中也起作用。在植
物中, 有的突变体不直接影响剪接效率而是改变
mRNA的结构进而影响RNA代谢的其他方面, 其具
体机制尚不清楚。这方面在动物中研究较为深入,
在哺乳动物细胞和爪蟾卵母细胞中, SRp20和 9G8
促进mRNA从核中转出(Huang和 Steitz 2001); 一
些穿梭SR蛋白可作为mRNA的转出受体; ASF/SF2
可调控mRNA的稳定性(Lemaire等2002)并促进其
在体内及体外的翻译(Masuyama等 2004; Sanford
等 2004)。Lemaire等(2002)用鸡胚胎 cDNA文库
筛选鸡 B细胞DT40-ASF中不同mRNA的表达时,
意外发现一种与 PKCI-1基因高度相关的基因即
PKCI-r, PKCI-r基因的转录水平在ASF／SF2缺失
的细胞中提高 6 倍, ASF/SF2 的抑制并不影响
PKCI-r的剪接, 但却明显增加 PKCI-r mRNA的半
衰期, 说明 SR蛋白也可能通过调控mRNA的稳定
性来调节真核细胞基因表达。
“NAGNAG受体 ”是在3端附近的剪接位点,
介导了一种特殊类型的选择性剪接。在拟南芥和
水稻基因组分别保存有NAGNAG型的选择性剪接,
其中包括 2组 RNA结合的蛋白。研究结果表明,
NAGNAG型的选择性剪接很可能是一个共同的机
制即调控蛋白质, 其作用可能有助于建立复杂的转
录组和蛋白质组(Iida等 2008)。Schindler等(2008)
等在拟南芥的基因组发现 6 7 7 2 个内含子上有
NAGNAG受体基元, 这极大地丰富了编码DNA结
合蛋白的基因。这些结果表明, NAGNAG型的剪
接可能提供一个机制, 即DNA结合蛋白的协调机
制。在拟南芥中发现7个基因有NAGNAG受体基
元, 对其中的 EST序列进行比对, 发现 SR和 SR相
关基因的 36个内含子中有 30个是NAGNAG型。
选择15个进行试验分析, 发现器官特异性剪接在成
熟植物和不同阶段的幼苗中均有不同, 热休克或冷
休克下剪接发生的比例也有很大变化。这些结果
说明, 在 SR和SR相关基因中, NAGNAG型选择性
剪接的不同作用结果是组织和条件特异性的, 而不
是基因特异性的。
SR基因高度重复和相对大量的 SR蛋白是基
因功能上的进化, 还是各成员之间存在功能上的冗
余? 拟南芥 SR蛋白家族的个别成员具有独特的表
达方式, 因此认为, 在一定的条件下它们可能具有
特定的功能。水稻每种类型的SR蛋白都有多个成
员, 推测水稻 SR蛋白的功能有一定程度的冗余。
一些SR蛋白功能是冗余的, 但并没有一个SR蛋白
被其他SR蛋白所替代, 说明SR蛋白功能也有其专
一性(Iida和Go 2006; Isshiki等 2006)。多种动物
中的SR蛋白分析显示, SR蛋白有独立的和冗余的
两种功能(Longman等 2000)。
4 SR蛋白在植物发育中的作用
SR蛋白在植物花发育中调控花器官以及花分
生组织形成, 还能调控植物的营养生长和根分化等
发育过程, 并在调控植物从营养生长转向生殖生长
的过程中起作用。
在拟南芥中, SR基因在不同组织中存在差异
表达。其中, SR基因在根和花中表达很高(Kalyna
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等 2003)。拟南芥 RSz33主要在侧根及其伸长区、
花柱、柱头和成熟花粉中表达。SR 蛋白的组织
特异性表达可能调节不同组织中的选择性剪接,
SRp30或RSz33异位表达可导致转基因植株在形态
和发育等方面有很大变化(Kalyna等 2003)。SR45
调节众多植物发育过程, 参与调控了植株的大小、
开花的时间和器官的形态学特征。Ali等(2007)在
研究植物特异SR蛋白SR45中发现, sr45-1型突变
体植株的叶片细长和卷曲, 生活周期比野生型植株
缩短大约1/3, 突变体从营养生长期到生殖生长期的
过渡延迟, 根生长也比野生型植株缓慢些, sr45-1植
株开花晚于野生型, 但sr45-1型突变体植株的开花
时间延迟现象可通过春化作用消除; sr45-1型突变
体植株花瓣和雄蕊的数量与野生型植株不同, sr45-
1 型突变体植株中控制花器官数量相关基因
(WIGGUM/ERA1、ULTRAPETALA、PLURIPETALA、
PIE1等)没有明显表达。这些结果表明, 植物特异
蛋白SR45调节植物开花的机制并不是通过剪接一
些与开花相关的基因作用, 而是 SR45演化成为调
节植物开花机制的功能基因。
Lopato等(1999)的研究表明, 如果转基因拟南
芥的 atSRp30蛋白水平增加, 则从营养到生殖期的
过渡延迟, 生命周期延长, 并且转基因植株的个体
增大。Kalyna等(2003)研究发现 atRSz33的过量表
达引起一系列的变化, 如授精、细胞胚胎和根尖分
生组织等发育过程变化; 此外, 在转基因拟南芥中,
过量表达还会影响植物激素的含量和分布。
植物SR蛋白的过量表达影响植物的生长发育
过程。Lopato等(1999)研究拟南芥 SR蛋白中 SR
蛋白过量表达的结果表明, 拟南芥中有一种 SR蛋
白过量表达即可改变编码其他SR蛋白基因的剪接
方式。如在转基因拟南芥中 atSRp30基因的过量
表达, 可导致编码全长 atSRp34/SR1蛋白的基因下
调, 改变其特有的表达方式。Kalyna等(2003)的研
究也表明在转基因拟南芥中, atRSz33的过量表达会
导致 atSRp30和 atSRp34/SR1剪接方式的改变, 而
atRSz33可通过调节自身的表达, 改变内源性前体
mRNA的剪接。Lazar等(2000)认为 atSRp34/SR1
的过量表达, 并不影响其自身的剪接。SR基因的
过量表达不影响植物生长, 但仍需要对不同发育阶
段的植株进行深入的研究。Isshiki等(2006)在研
究水稻 SR基因的过量表达时发现, 水稻SR基因的
转录调控, 在剪接机制中发挥功能; 水稻SR基因的
表达在根、叶和其他组织中没有明显的变化。
5 结束语
SR蛋白是一类高度保守的蛋白家族, 具有经
典的 RRM结构域和 RS结构域。动物和植物中都
存在多种SR蛋白, 植物中的SR蛋白比动物中的发
现晚一些, 但植物中的许多 SR蛋白是植物特有的
SR蛋白。SR蛋白在前体mRNA的剪接机制中发
挥着特有的调控作用。RS结构域中丝氨酸(S)的
磷酸化是SR蛋白与mRNA结合的必要条件, 即RS
结构域的磷酸化可调控 SR蛋白的作用活性, 同时
RS结构域的磷酸化在不同程度上影响剪接复合体
的组装、剪接催化和 S R 蛋白的核质穿梭能力。
ATP、磷酸化和转录也调节着植物SR蛋白的活性。
今后有关这一领域的研究有以下 3个方面值
得考虑: (1)近年来, 研究者们正在加快对 SR蛋白
的功能和调控机制的研究, 一些问题仍然没有解
决。如SR蛋白成员间的功能冗余和各成员的独立
功能怎样理解, SR蛋白结构中RRM结构域和RS结
构域的功能已经鉴定, 但其分子机制也有待研究。
(2)植物中SR蛋白在植物剪接调节中有无特异性作
用, 其他剪接和调控因子与 SR蛋白之间在剪接过
程中的相互作用机制尚不清楚。(3)逆境胁迫应答
中, 基因通过选择性剪接产生转录本的相对数量有
了大规模的变化。
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