植物表皮蠟質(zhì)合成及調(diào)控因子WIN/SHN的研究進展

李曉佩 王思寧 史晶晶 高志民

（國際竹藤中心 竹藤資源基因科學(xué)與基因產(chǎn)業(yè)化研究所 國家林業(yè)和草原局 北京市共建竹藤科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，北京 100102）

植物的失水方式主要依賴于氣孔的蒸騰作用，但是在遭遇非生物脅迫時，植物的氣孔關(guān)閉，此時的失水方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻琴|(zhì)蒸騰，因此植物角質(zhì)層對于體內(nèi)的水分調(diào)節(jié)在此時顯示出極為重要的作用，對維持植物的生命活動具有重要意義［1-3］。成熟的角質(zhì)層由兩部分組成，一是分泌到最外側(cè)的表皮蠟質(zhì)也可以稱作蠟質(zhì)層；二是由角質(zhì)和鑲嵌在細(xì)胞內(nèi)的蠟質(zhì)共同組成的聚合物構(gòu)成所謂的角質(zhì)層，它可以與細(xì)胞壁相連接［4］。植物表皮蠟質(zhì)作為覆蓋在植物最外側(cè)與空氣水分直接接觸的一層保護屏障，其組成成分較為復(fù)雜，由烷烴、醛類、酯類等有機物混合而成，其中以酯類為主［5］。研究發(fā)現(xiàn)，蠟質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)多樣，有桿狀、柱狀、管狀、絲狀、片狀、顆粒狀等26類［6-7］。但是，隨著植物的生長發(fā)育，蠟質(zhì)形態(tài)也隨著植物的生長而改變，使植物更加適應(yīng)環(huán)境。

在不同植物、不同器官中，雖然蠟質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成都具有一定的差異，但都具有相似的蠟質(zhì)合成途徑。由于蠟質(zhì)在應(yīng)對干旱、鹽、溫度、強光等多種非生物脅迫以及防止病蟲害侵襲等生物脅迫均發(fā)揮著重要作用，因此了解植物表皮蠟質(zhì)合成的途徑及其調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子對于深入理解蠟質(zhì)的形成和其生物學(xué)功能具有重要意義。本文在介紹植物表皮蠟質(zhì)合成的基礎(chǔ)上，重點對參與蠟質(zhì)合成調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子WIN/SHN進行綜述，包括WIN/SHN的結(jié)構(gòu)特點、表達(dá)模式，以及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)對植物生理與表型的影響，對逆境的應(yīng)答反應(yīng)等，最后對蠟質(zhì)合成的復(fù)雜性等問題進行了討論，以期對開展作物育種、栽培及病蟲害防治等提供參考。

1 植物表皮蠟質(zhì)的合成

蠟質(zhì)主要是由C20到C34之間的長鏈脂肪酸組成的混合物，其中包括一些醛、醇、烷烴、酮和酯類［4，8］及其他一些萜類等次級代謝物。一般組成酯類的碳鏈較長，最長可以達(dá)到60個碳原子，主要是通過酯鍵將甘油、苯丙烷和二羥酸聚合在一起形成蠟質(zhì)［9］，最后運輸?shù)郊?xì)胞壁當(dāng)中。蠟質(zhì)的起始合成是在表皮細(xì)胞的質(zhì)體中進行的，乙酰CoA在乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACCase）的催化作用下形成二碳的供體丙二酰-ACP［10］，之后是脂肪酸合成酶復(fù)合物（Fatty acid synthase complex，F(xiàn)AS）發(fā)揮作用，使碳鏈長度達(dá)到C16/C18，在?；?ACP硫酯酶（Fatty acyl-ACP thioesterase，F(xiàn)AT）的作用下釋放出來［11-12］，并且運輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)當(dāng)中，與CoA結(jié)合。?；?ACP硫酯酶調(diào)節(jié)表皮聚酯單體的鏈長分布，由其將酰基CoA引導(dǎo)至蠟和角質(zhì)單體生物合成的不同途徑。脂肪酸的伸長和細(xì)胞色素P450依賴的羥基化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，?；鵆oA在脂肪酸延伸酶復(fù)合體（Fatty acid elongase，F(xiàn)AE）的催化作用下形成超長鏈脂肪酸（Very long chain fatty acids，VLCFAs）［2］，然后將VLCFA直接導(dǎo)入修飾它們所必需的不同酶復(fù)合物中，經(jīng)過酰基還原途徑生成偶數(shù)碳鏈的伯醇和酯類，脫羰途徑生成偶數(shù)碳鏈的醛和奇數(shù)碳鏈的烷烴等不同的蠟質(zhì)成分［13-16］。另外，蠟質(zhì)數(shù)量和組成在不同物種、不同器官及不同發(fā)育階段存在著很大差異，如烷烴是擬南芥（Arabidopsis thaliana）莖和葉蠟的主要成分。但在玉米（Zea mays）和水稻（Oryza sativa）葉中含量很低；仲醇和酮在擬南芥莖蠟中含量豐富，但在葉蠟中含量很低或檢測不到［17］。

到目前為止，通過研究擬南芥、水稻等植物及其突變體，蠟質(zhì)合成途徑所涉及的酶相對比較清晰［12，18］，但仍有新的酶被發(fā)現(xiàn)。如利用水稻突變體株系CM1337，克隆到了控制葉片沾水表型的WSL5基因，它編碼一個烷烴末端羥化酶，以烷烴為底物催化產(chǎn)生超長奇數(shù)碳鏈伯醇的合成［19］。另外，除了各種酶外，蠟質(zhì)的生物合成還有許多轉(zhuǎn)錄因子參與，如AP2、MYB、bHLH和HD-ZIP等家族的轉(zhuǎn)錄因子對蠟質(zhì)合成途徑中的信號傳導(dǎo)與調(diào)控均起到十分重要的作用［20-22］，其中WAX INDUCER（WIN）/SHINE（SHN）是AP2家族的一類重要成員，參與蠟質(zhì)合成的調(diào)節(jié)。

2 蠟質(zhì)合成調(diào)節(jié)因子WIN/SHN

蠟質(zhì)合成途徑實際上是一個復(fù)雜的代謝過程，有許多調(diào)控因子參與并發(fā)揮著重要的作用。WIN/SHN由兩個團隊同時報道出來［23-24］，是在擬南芥中第一個被確定下來用于負(fù)責(zé)蠟質(zhì)產(chǎn)生和沉積的轉(zhuǎn)錄因子，同時它也是一個乙烯響應(yīng)型的轉(zhuǎn)錄因子。WIN/SHN屬于AP2/EREBP超家族ERF亞家族，ERF B-6［25］或者ERF V［26］，在轉(zhuǎn)錄水平上參與蠟質(zhì)的合成調(diào)控。隨著越來越多的WIN/SHN被鑒定，對其結(jié)構(gòu)特點、表達(dá)模式以及對蠟質(zhì)合成調(diào)節(jié)功能的認(rèn)識也逐漸清晰。

2.1 WIN/SHN的基因結(jié)構(gòu)與保守域

一般來講，WIN/SHN的基因結(jié)構(gòu)相對比較簡單，都含有1個內(nèi)含子與2個外顯子，如擬南芥中有3個重要的WIN/SHN同源基因（SHN1、SHN2和SHN3）［23-24］。隨后在水稻中鑒定獲得了4 個與擬南芥WIN/SHN同源的基因OsWR1-OsWR4，OsWR1-OsWR4均含 有1個內(nèi)含子［27］。在大 豆（Glycine max）中的10 個同源基因（GmSHN1-GmSHN10）中，除GmSHN3與GmSHN4含有2個內(nèi)含子與3個外顯子外，其他GmSHNs的基因結(jié)構(gòu)與擬南芥相似［28］。番 茄（Solanum lycopersicum）中3 個WIN/SHN同源 基 因（SlSHN1、SlSHN2和SlSHN3）［29］，其 中SlSHN2除了在起始密碼子處含有一個82 bp的內(nèi)含子外，在距離起始密碼子897 bp處還另有一個內(nèi)含子［30］。內(nèi)含子數(shù)量和位置的差異，導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)不同，可能是影響其具體生物學(xué)功能的主要原因之一。

WIN/SHN基因編碼的氨基酸序列包含1個位于N端高度保守的ERF/AP2結(jié)構(gòu)域，并在其中心部分和C末端共享另外兩個結(jié)構(gòu)域［21，25］，即CMV-1和CMV-2結(jié)構(gòu)域［31］。水稻中OsWR1與擬南芥WIN1/SHN1、SHN2和SHN3蛋白序列的相似性分別為68.8%、58.0%和57.8%，而與OsWR2、OsWR3和OsWR4的相似性分別為81.0%、41.4%和41.7%，但都包含3個保守結(jié)構(gòu)域［27］。大豆中的GmSHN1-GmSHN10與擬南芥WIN/SHN的相似性達(dá)到80%以上［28］，而番茄中的SlSHN3與擬南芥中SHN3的相似性為75%［30］。不同植物中WIN/SHN的氨基酸序列雖然存在差異，但是它們都具有3個保守結(jié)構(gòu)域，因此其功能也具有相似之處，而彼此之間的差異性也造成了各自的功能獨特性。

2.2 WIN/SHN基因的表達(dá)模式

研究發(fā)現(xiàn)，WIN/SHN基因家族的不同成員具有不同的組織表達(dá)模式。一些WIN/SHN基因表現(xiàn)為組織表達(dá)特異性，如大麥（Hordeum vulgare）中HvNud是類似于SHN1/WIN1的一個基因，缺失17 bp的自然變異導(dǎo)致了裸（無殼）大麥籽粒表型的出現(xiàn)，具有種皮特異性表達(dá)模式［32］。而擬南芥WIN1/SHN1在花序和根中表達(dá)，在莖、成熟蓮座葉和莖葉中不表達(dá)；SHN2的表達(dá)模式與花藥和角果開裂相關(guān)［23］。水稻中的OsWR1與黃瓜（Cucumis sativus）中的CsWIN1表達(dá)模式相似，都在葉中的表達(dá)量較高；但是水稻根中的OsWR1表達(dá)量較弱，黃瓜的根中CsWIN1卻幾乎不表達(dá)［27，33］。OsWR2在水稻莖、葉片、葉鞘、穗和幼苗中的表達(dá)量較高，而在根和種子中的表達(dá)較低［34］。番茄中SlSHN2與SlSHN3表達(dá)模式相似，均在未成熟的綠色果實（IG）外果皮中表達(dá)，而SlSHN1在發(fā)育過程中表現(xiàn)出與外果皮相關(guān)的特異性表達(dá)模式［30，35］。在大豆的10 個同源基因中，大部分都具有組織特異性，如GmSHN1與GmSHN2只在花器官中表達(dá)［28］。

而另一些WIN/SHN基因表現(xiàn)為組成型表達(dá)，如擬南芥中的SHN3基因表達(dá)最廣泛，在所有器官當(dāng)中都具有活性，在維管系統(tǒng)和側(cè)根尖部均有表達(dá)［23］；大豆中的GmSHN5在各組織中表達(dá)均較弱［28］。還有一些基因表現(xiàn)明顯的時空性，如蘋果（Malus pumila）中的MdSHN3的表達(dá)分析被擴展到果實的成熟綠色期和收獲期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)表皮受損的品系在成熟綠色期MdSHN3表達(dá)降低70 倍，而收獲期則更低［36］；MdSHINE2在幼葉、果皮、根和花瓣中顯示出較高的表達(dá)，而且幼葉的表達(dá)量要明顯高于成熟葉片，表明同一器官發(fā)育的不同階段MdSHINE2的功能也存在差異［37］。由此可見，不同物種的WIN/SHN基因家族的各成員在組織當(dāng)中的表達(dá)有所不同，同一個物種中的各基因成員在不同組織中的表達(dá)量也存在一定的差異，表現(xiàn)出表達(dá)模式的多樣性，表明各自對蠟質(zhì)的合成可能發(fā)揮著不同的功能。

2.3 WIN/SHN的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用

2.3.1 WIN/SHN的正調(diào)節(jié) 作為轉(zhuǎn)錄因子，WIN/SHN通過對蠟生物合成相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)節(jié)來影響其生物合成。通過染色質(zhì)免疫沉淀（Chromatin immunoprecipitation，CHIP）和電泳遷移率改變分析（Electrophoretic mobility shift assays，EMSA），結(jié)果顯示水稻OsWR1與OsLACS2/OsFAE1'-L基因啟動子的DRE和GCC-box順式元件結(jié)合，直接調(diào)節(jié)其基因的表達(dá)，在OsWR1過量表達(dá)的轉(zhuǎn)基因水稻中，OsLACS1、OsLACS1-2、OsFDH1/2、OsCER1/2、OsCUT1、OsKCS1、OsFAE1-L和OsFAE1'-L等 基 因的表達(dá)上調(diào)了2倍［27］，表明OsWR1是水稻中蠟質(zhì)合成相關(guān)基因的正向調(diào)節(jié)因子。在煙草（Nicotiana tabacum）中過表達(dá)大麥HvSHN1，同樣上調(diào)了啟動子含有DRE和GCC-box元件的抗逆應(yīng)答基因的表達(dá)［38］。在擬南芥中有3個基因（CER1、CER2和KCS1）被鑒定為受WIN1/SHN1的調(diào)控，參與表皮蠟的生物合成，其中過表達(dá)WIN1/SHN1對CER1基因的上調(diào)作用最強，而角質(zhì)層生物合成相關(guān)的另外3個基因CER6/CUT1、CER3和FDH的轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有改變［24］。在擬南芥中過表達(dá)大豆GmSHN1/GmSHN9，發(fā)現(xiàn)AtLACS1/CER8和AtLACS3（編碼?；o酶A）、AtGPAT4和AtGPAT6（編碼甘油3-磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶）、AtCYP86A4和AtCYP86A7（編碼脂肪酸ω-羥化酶）及AtCD1（編碼角質(zhì)合成酶）的表達(dá)均上調(diào)，其中在GmSHN1-OE1和GmSHN9-OE1轉(zhuǎn)基因植株中AtLACS1分別增加3.5倍和6.5倍，AtCD1分別增加5.1倍和4.8倍，引起了葉片角質(zhì)含量和組成發(fā)生了變化［23-24］，表明GmSHN1和GmSHN9可能都對脂肪酸延伸過程產(chǎn)生了積極的影響［28］。

此外，利用抑制基因表達(dá)的方法也證明了WIN/SHN的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。對大麥接種病原菌的研究中發(fā)現(xiàn)，敲除HvWIN1，提高了病害嚴(yán)重程度和真菌生物量，降低了亞油酸和棕櫚酸等游離脂肪酸的豐度，證明HvWIN1可以調(diào)節(jié)表皮生物合成中的基因表達(dá)從而防御大麥鐮刀菌赤霉病［39-40］。用RNAi沉默SlSHN3構(gòu)建表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化番茄植株，導(dǎo)致與角質(zhì)代謝的多個基因下調(diào)，其中MG時期番茄表皮中編碼5個轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)均顯著降 低，包 括SlSHN2、SlMIXTA、SlGL2、SlHDG11a和SlANL2c［30］。在OsWR1的RNAi沉默轉(zhuǎn)基因水稻RI-WR1中，OsLACS1、OsLACS1-2、OsFDH1/2、OsCER1/2、OsCUT1、OsKCS1、OsFAE1-L和OsFAE1-L’等基因的表達(dá)均顯著下調(diào)［27］。另外，SlSHN3可以激活2個轉(zhuǎn)錄因子基因（SlMIXTA和SlGL2a）和2個 細(xì) 胞 色 素P450（SlCYP86A68和SlCYP86A69）的啟動子，由此表明SlSHN3可能是直接作用于角質(zhì)生物合成基因和表皮細(xì)胞構(gòu)型相關(guān)調(diào)控因子，從而影響果皮形成和表皮構(gòu)型［30］。

2.3.2 WIN/SHN的負(fù)調(diào)節(jié) WIN/SHN作為轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控蠟質(zhì)合成的同時，其自身的表達(dá)也受到其他轉(zhuǎn)錄因子的負(fù)調(diào)控，NFX1-LIKE2（NFXL2）和SPY是目前發(fā)現(xiàn)的2個主要的WIN/SHN負(fù)調(diào)節(jié)因子。研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥NFXL2基因的缺失導(dǎo)致ABA和過氧化氫水平升高，氣孔開度減小，抗旱性增強；在fxl2-1突變體中SHN1、SHN2和SHN3的表達(dá)量較高，是可能導(dǎo)致角質(zhì)層特性的改變，氣孔密度降低，提高抗旱性的部分原因；在fxl2-1突變體中過表達(dá)NFXL2-78，NFXL2-78與SHINE1（SHN1）、SHN2、SHN3和BODYGUARD1（BDG1）基因的啟動子直接結(jié)合，介導(dǎo)這些基因的表達(dá)減弱［41］。SPINDLY（SPY）編碼一種乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶，可以修飾靶蛋白并調(diào)節(jié)細(xì)胞中的蛋白活性。在擬南芥spy-3突變體中，SHN1/WIN1、DREB1E和DDF1的表達(dá)上調(diào)使其維持較高的水分含量，從而使耐旱性增強；而轉(zhuǎn)基因擬南芥中SPY基因的過表達(dá)則降低了WIN1/SHN1基因的表達(dá)水平，降低了耐鹽性和抗旱性［42］。因此，NFXL2和SPY均對WIN/SHN起到負(fù)調(diào)控作用，進一步影響蠟質(zhì)合成。

3 WIN/SHN的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)效應(yīng)及其對逆境的應(yīng)答反應(yīng)

3.1 WIN/SHN的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)對生理及表型的影響

利用突變體是研究基因功能的重要手段。擬南芥突變體Shine（shn）與野生型相比，表現(xiàn)為葉片表面呈現(xiàn)明亮、發(fā)亮的綠色，蠟質(zhì)含量增加，抗干旱脅迫能力增加［43］；生化實驗顯示，該突變體總角質(zhì)蠟含量增加了6倍，主要是因為約占蠟質(zhì)總量50%的烷烴增加了9倍，其中所有蠟質(zhì)成分都有所增加，烷烴、仲醇和酮類的增長幅度較大，而C30脂肪酸、C30醛和C27/C29烷烴也有所增加［23］。利用RNAi沉默技術(shù)所構(gòu)建轉(zhuǎn)基因植株也是研究基因功能的另一種方法，對科學(xué)研究具有重要意義。例如，SlSHN3的RNAi轉(zhuǎn)基因番茄果實呈現(xiàn)出特有的表型，其中果實的表面光澤度更高，分離角質(zhì)層時所需的酶更少。通過對果實成熟綠色（MG）期表皮的透射電鏡觀察，證實RNAi果實的表皮比野生型薄的多。同時，RNAi系MG階段的果實角質(zhì)層中的總角質(zhì)單體豐度降到了野生型的40%，其中芳烴、二元羧酸、中鏈和末端烴基化脂肪酸以及2-羥基化脂肪酸的含量顯著降低，導(dǎo)致SlSHN3RNAi系角質(zhì)單體顯著減少，酶法分離的MG果實角質(zhì)層中的蠟總量也顯著減少［30］。

過表達(dá)AtWIN1/AtSHN1擬南芥的葉表皮蠟質(zhì)含量比對照植株高4.5倍，改變了葉片和花瓣表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)、毛狀體數(shù)量及氣孔指數(shù)，增加了角質(zhì)層的通透性，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出顯著的抗旱性［24］。AtSHN2基因在水稻中過表達(dá)，使表皮蠟適度增加，水分利用效率提高；同時纖維素含量提高、木質(zhì)素含量降低，但是莖稈強度沒有明顯改變［44］。過表達(dá)OsWR1水稻Ox-WR1在開花期株高明顯低于野生型，但葉片的蠟質(zhì)含量增加了約26%；而OsWR1的RNAi沉默轉(zhuǎn)基因水稻RI-WR1幼苗葉片蠟質(zhì)降低了21%；與RI-WR1相比，Ox-WR1植株葉片的C30脂肪酸增加了36%，而伯醇含量略有下降［27］。在擬南芥中過表達(dá)番茄SlSHN3和大豆GmSHN1-GmSHN7，產(chǎn)生了與過表達(dá)AtSHN1相似的表型，葉片較小而有光澤，但葉指數(shù)（葉長/葉寬）與野生型相似［23-24］。然而，GmSHN8、GmSHN9和GmSHN10的轉(zhuǎn)基因系葉片呈現(xiàn)出黃綠色且伴隨著卷曲，葉柄細(xì)長，葉片指數(shù)高于野生型；而轉(zhuǎn)GmSHN1與GmSHN9的株系葉片上毛狀體減少，光澤度增加，轉(zhuǎn)GmSHN1的2個株系蠟質(zhì)的含量分別增加了7.8倍和9.9倍，其中C31和C29烷烴對蠟含量增加的貢獻(xiàn)最大［28］。

3.2 WIN/SHN對逆境的應(yīng)答反應(yīng)

WIN/SHN除了參與蠟質(zhì)生物合成調(diào)節(jié)外，還參與植物對逆境的應(yīng)答反應(yīng)。水稻OsWR1與擬南芥蠟質(zhì)/角質(zhì)調(diào)控逆境調(diào)節(jié)因子WIN1/SHN1高度相似，受干旱、脫落酸和鹽誘導(dǎo)，干旱脅迫條件下OsWR1表達(dá)量在1 h后逐漸升高，2.5 h達(dá)到最高；高鹽和ABA脅迫分別在處理6 h和9 h后達(dá)到最高表達(dá)水平［27］。小麥（Triticum aestivum）TdSHN1編碼一個受非生物脅迫誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子，鹽（NaCl）、干旱、脫落酸（ABA）和寒冷（4℃）等脅迫強烈誘導(dǎo)TdSHN1的表達(dá)，其中鹽和ABA在脅迫1 h就達(dá)到峰值，而寒冷和干旱脅迫誘導(dǎo)峰值出現(xiàn)在6 h；在酵母中表達(dá)TdSHN1能提高轉(zhuǎn)基因酵母的抗旱、抗寒和抗氧化能力［45］。大麥中HvSHN1的表達(dá)明顯受到鹽（NaCl）、干旱、冷（4℃）和熱（37℃）脅迫的誘導(dǎo)，其中鹽和干旱處理6 h后HvSHN1的表達(dá)達(dá)到最高，而冷和熱脅迫24 h后HvSHN1的表達(dá)達(dá)到最大值［38］。

另外，對過表達(dá)WIN/SHN轉(zhuǎn)基因植株的研究結(jié)果進一步支持了該類基因能夠增強轉(zhuǎn)基因植株對脅迫的應(yīng)答能力。對SHN1過表達(dá)擬南芥植株進行自然干旱處理，隨后復(fù)水監(jiān)測顯示，野生型植株沒有恢復(fù)過來，而過表達(dá)SHN1/WIN1的所有植株都能恢復(fù)，且更綠、更強壯，抵抗干旱的能力更強［23，46］。對過表達(dá)OsWR1基因水稻研究表明，在干旱脅迫后發(fā)現(xiàn)，OsWR1通過調(diào)控蠟質(zhì)合成相關(guān)基因的表達(dá)來調(diào)節(jié)長鏈脂肪酸（C30）、烷烴（C25和C31）和酯（C48）等蠟質(zhì)的組成成分，進一步提高植株的耐旱能力［27］。OsWR1的過表達(dá)還導(dǎo)致了不參與角質(zhì)層生物合成的基因的上調(diào)，例如編碼抗壞血酸過氧化物酶（Ascorbate peroxidase，APX）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（Catalase，CAT）的基因，但這些基因有可能獨立地發(fā)揮作用來提高耐旱性；而在OsWR1基因的RNAi轉(zhuǎn)基因株系RI-WR1中，僅CatA和CatB轉(zhuǎn)錄水平降低，表明OsWR1可能參與氧化應(yīng)激反應(yīng)和膜穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)，并且這種調(diào)節(jié)可能是對干旱反應(yīng)中OsWR1調(diào)節(jié)的補償［27］，這意味著OsWR1可能通過調(diào)控活性氧清除酶系統(tǒng)來提高水稻的抗旱能力。

4 問題與展望

植物表皮蠟質(zhì)的生物合成途徑涉及的酶相對比較清晰，但該合成途徑的調(diào)控則是一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。雖然有許多轉(zhuǎn)錄因子參與到蠟質(zhì)合成調(diào)節(jié)當(dāng)中，但是目前所鑒定到的轉(zhuǎn)錄因子也非常有限。因此，一方面需要認(rèn)識到蠟質(zhì)合成的復(fù)雜性，對WIN/SHN的研究需要深入開展，并繼續(xù)尋找和篩選其他調(diào)控因子；另一方面需要發(fā)掘蠟質(zhì)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐的價值，看到其應(yīng)用前景。

研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中MYB106和WIN1/SHN1調(diào)節(jié)相似的基因集，主要是參與蠟和角質(zhì)生物合成的基因，MYB106可以正調(diào)控WIN1/SHN1，它們協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)角質(zhì)的生物合成和蠟質(zhì)積累［47］。在水稻中表達(dá)AtSHN2基因，能夠協(xié)調(diào)木質(zhì)素生物合成的下調(diào)和纖維素及其他細(xì)胞壁生物合成途徑基因的上調(diào)，影響到細(xì)胞壁的生物合成調(diào)控，并與NAC和MYB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，調(diào)控細(xì)胞壁中木質(zhì)素與纖維素的合成［48］。因此，WIN/SHN的功能可能具有多樣性，它需要和其他的轉(zhuǎn)錄因子共同作用調(diào)控蠟質(zhì)合成。另外，WIN/SHN所參與的蠟質(zhì)合成調(diào)控除了受植物內(nèi)在因子的影響外，還受到生物與非生物因素的影響，進而影響蠟質(zhì)的合成與分泌。WIN1/SHN1可能是間接的通過調(diào)節(jié)蠟質(zhì)合成相關(guān)基因，來提高蠟質(zhì)的累積，從而完成對生物以及非生物的響應(yīng)，提高植物的抗逆性［23-24］。由此表明，WIN/SHN參與的蠟質(zhì)合成與調(diào)控是一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，對于WIN/SHN以及其它轉(zhuǎn)錄因子的研究還需要進一步深入。

蠟質(zhì)對植物生命活動具有重要作用，參與植物應(yīng)對干旱、鹽、溫度、強光等多種非生物脅迫，使得植物更加適應(yīng)環(huán)境的變化［49-55］，同時對預(yù)防病蟲害等生物脅迫也具有非常重要的意義［7，56］。我們相信，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，將有更多的現(xiàn)代先進生物技術(shù)和手段幫助我們深入開展包括WIN/SHN在內(nèi)的多種類型遺傳因子及環(huán)境因子對蠟質(zhì)合成、調(diào)控與運轉(zhuǎn)的機制研究，解析植物蠟質(zhì)在生命科學(xué)中的意義，這將對未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐產(chǎn)生重要的科學(xué)價值和現(xiàn)實意義。