植物單鏈DNA結(jié)合蛋白WHIRLY2研究進展

蔡 倩, 任育軍, 黃晨星, 繆 穎

(福建農(nóng)林大學生命科學學院分子細胞和系統(tǒng)生物學中心，福建 福州 350002)

1 WHIRLY蛋白簡介

1.1 WHIRLY蛋白的發(fā)現(xiàn)和在植物中的分布

WHIRLY轉(zhuǎn)錄因子是2000年Desveaux et al[1-4]首先從馬鈴薯(Solanumtuberosum)中分離出來的，又名PBF-2(PR-10abinding factor 2),它可以與順式應答元件ERE(elicitor response element)以單鏈形式結(jié)合激活病原響應基因PR10的表達從而調(diào)控病原菌誘導的信號傳導途徑.在隨后的十幾年中，隨著越來越多的植物基因組被解析出來，WHIRLY蛋白也被證明在植物中具有廣泛的分布，是植物中非常保守和特異的一類轉(zhuǎn)錄因子小家族[5].目前已經(jīng)在大約163種測序的植物中發(fā)現(xiàn)WHIRLY蛋白的存在[6].有趣的是，在單子葉植物中通常存在2個不同基因編碼的不同類型的WHIRLY蛋白(WHIRLY1和WHIRLY2)，而在雙子葉植物如蕓薹屬植物中通常存在3個基因編碼的不同類型的WHIRLY蛋白(WHIRLY1、WHIRLY2和WHIRLY3[7].

1.2 WHIRLY蛋白的結(jié)構(gòu)

WHIRLY蛋白一般有3個結(jié)構(gòu)域：N端結(jié)構(gòu)域、WHIRLY結(jié)構(gòu)域和C端多變區(qū).N端結(jié)構(gòu)域一般含有蛋白的亞細胞定位信號以及轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域；WHIRLY結(jié)構(gòu)域是與單鏈DNA(ssDNA)結(jié)合的區(qū)域，在WHIRLY家族中最為保守，在其中間包含一段細胞核定位(NLS)的信號；而C端多變區(qū)則具有自我調(diào)節(jié)功能，可以調(diào)節(jié)WHIRLY蛋白與ssDNA的結(jié)合活性[4].Desveaux et al[1,3]和Cappadocia et al[8-11]先后對馬鈴薯StWHIRLYs和擬南芥AtWHIRLYs的晶體結(jié)構(gòu)進行了解析，發(fā)現(xiàn)在溶解狀態(tài)下WHIRLY蛋白通常以四聚體的形式存在，由4個呈陀螺狀的WHIRLY單體通過中心的螺旋—環(huán)—螺旋連接在一起，呈C4對稱分布.除了可以形成同源四聚體，異源酵母雙雜交實驗顯示W(wǎng)HIRLY蛋白在體內(nèi)也可能形成異源四聚體[3].根據(jù)WHIRLY蛋白是否含有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域可以將其分為兩種類型：含有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的WHIRLY蛋白(typeⅠ型)和沒有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的WHIRLY蛋白(typeⅡ型)，后者可能通過和前者形成異源四聚體來調(diào)節(jié)其對下游基因的轉(zhuǎn)錄活性調(diào)節(jié)[3].在模式植物擬南芥中，WHIRLY1和WHIRLY3歸為typeⅠ型，而WHIRLY2歸為typeⅡ型，其它植物中鑒定的WHIRLY蛋白則按照與擬南芥中的WHIRLY蛋白的同源性進行分類[6].Cappadocia et al[8]后來發(fā)現(xiàn)在體外結(jié)晶條件下WHIRLY蛋白甚至可以形成二十四聚體、四十八聚體甚至更大的多聚體，這些較大的多聚體可以保證WHIRLY蛋白能和更長的ssDNA分子結(jié)合.

1.3 WHIRLY蛋白的定位

在擬南芥中，蛋白預測分析發(fā)現(xiàn)AtWHIRLY1和AtWHIRLY3均含有N端葉綠體或質(zhì)體定位信號和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域.亞細胞定位試驗也證實這兩個typeⅠ型的WHIRLY蛋白主要定位于植物細胞的質(zhì)體或葉綠體中[12]，但后續(xù)的免疫電鏡和細胞內(nèi)遷移實驗顯示W(wǎng)HIRLY1蛋白也可以同時雙定位于葉綠體和細胞核中[13,14].WHIRLY2屬于typeⅡ型的WHIRLY蛋白，在擬南芥中其全長前體蛋白(238 aa)預測定位于線粒體中，且N端沒有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域.Krause et al[12]發(fā)現(xiàn)在擬南芥原生質(zhì)體細胞中WHIRLY2主要定位于線粒體中，但體外胞器遷移實驗發(fā)現(xiàn)WHIRLY2蛋白除了向分離的豌豆葉線粒體中轉(zhuǎn)移外，在分離的葉綠體中也檢測到蛋白的遷移，但在這兩個細胞器中檢測到的轉(zhuǎn)移WHIRLY2蛋白的大小卻存在顯著的差異，線粒體中檢測的轉(zhuǎn)移WHIRLY2大小約為27 ku，而在葉綠體中檢測的轉(zhuǎn)移WHIRLY2大小約為22 ku，表明全長的WHIRLY2在向這兩個細胞器遷移的過程中可能選擇了不同的細胞器信號切割位點.WHIRLY2蛋白是否定位于細胞核中目前還未有實驗進行證實，其是否真的能定位于葉綠體或質(zhì)體中的細胞學證據(jù)也還未獲得.

1.4 WHIRLY蛋白的功能

前人的研究表明ssDNA結(jié)合蛋白在核酸代謝中起著重要的調(diào)節(jié)作用，參與DNA的復制、修復、重組、轉(zhuǎn)錄和端粒保護等的調(diào)控[15].WHIRLY作為特異存在于植物中的一類ssDNA結(jié)合蛋白，其功能依賴于與ssDNA的結(jié)合.WHIRLY曾被報道與4種核酸序列結(jié)合：ERE(elicitor response element)元件[2,4]、端粒重復序列[16]、AtKP1基因啟動子上的A/T富集區(qū)[17]以及同時包含ERE-A/T富集結(jié)構(gòu)的序列[18].除ERE-A/T富集序列元件外，其它三種序列元件之間沒有明顯的相似性.目前對WHIRLY蛋白功能的研究主要集中在馬鈴薯、擬南芥、大麥、水稻和番茄等植物中，人們通過對WHIRLY基因過表達、RNAi以及突變體等的分析獲得了一些了解WHIRLY蛋白功能的信息，發(fā)現(xiàn)它們在植物抗病信號轉(zhuǎn)導(細胞核中)[2,4,19]、維持端粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(細胞核中)[16,20]、維持質(zhì)體和線粒體基因組穩(wěn)定和損傷修復(細胞器中)[8,11,15,21]、調(diào)控植物葉片衰老和角果發(fā)育(細胞核和線粒體)[18,22]以及調(diào)控質(zhì)體和線粒體基因組表達(細胞器中)[17,23]等方面都發(fā)揮著重要的功能，表明WHIRLY蛋白在細胞內(nèi)不同區(qū)域(核、葉綠體和線粒體)的定位似乎發(fā)揮著不同的作用[7,24].WHIRLY2作為WHIRLY蛋白家族中不含轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的特殊一員，其亞細胞定位的研究目前還不夠詳細，它是如何實現(xiàn)對核基因的轉(zhuǎn)錄活性調(diào)節(jié)目前都還未可知.本文重點對已經(jīng)獲得的植物中WHIRLY2蛋白的研究進行綜述，系統(tǒng)總結(jié)WHIRLY2基因的表達模式，蛋白結(jié)構(gòu)以及已發(fā)現(xiàn)的功能等.這將為進一步研究WHIRLY2蛋白以及WHIRLY家族的功能提供一些參考.

2 WHIRLY2蛋白在植物中的存在及保守性

作為一類在植物中廣泛存在的WHIRLY蛋白，WHIRLY2表現(xiàn)出多種自身具有的特異性.首先，大部分的WHIRLY2被預測定位于植物細胞的線粒體中[12,25,26]，而且在擬南芥等模式植物中已經(jīng)通過相關試驗對其在線粒體中的定位進行了驗證[12,23,26].通過基因組測序，已經(jīng)在大約138種植物的基因組中發(fā)現(xiàn)WHIRLY2基因的存在，而且在有些植物中這些WHIRLY2基因可能還存在選擇性剪切，產(chǎn)生更多的WHIRLY2轉(zhuǎn)錄本和更多類型的WHIRLY2蛋白[6].利用MEGA7軟件，在基于JTT矩陣模型的最大似然法中利用缺省模式分析植物中26個WHIRLY2蛋白的同源進化關系，圖中顯示的是在對數(shù)可能性最大時(-2 044.01)的結(jié)果.該樹按比例繪制，以每個節(jié)點的取代數(shù)量來衡量分支的長度.發(fā)現(xiàn)在單子葉和雙子葉植物中WHIRLY2蛋白在進化上各自具有一定的保守性，可以分成明顯的兩個分支(圖1).在雙子葉植物中，芥菜屬植物如擬南芥(Arabidopsisthaliana)、琴葉擬南芥(Arabidopsislyrata)和鼠耳芥(Arabidopsishalleri)等中的WHIRLY2具有最高的保守性，它們在進化上的距離也最短.蕓薹屬植株如白菜(Brassicarapa)和甘藍(Brassicaoleracea)等中的WHIRLY2和芥菜屬植物中WHIRLY2具有較高的同源性，其次是豆科植物，再次為雙子葉木本植物等.在單子葉植物中，狗尾草屬(Setaria)中的WHIRLY2具有最高的同源性，然后按照進化上的保守性依次為稻屬(Oryza)、玉蜀黍?qū)?Zea)、鳳梨屬(Ananas)和大葉藻屬(Zostera)等.

圖1 最大似然法構(gòu)建植物中WHIRLY2蛋白的分子進化樹Fig.1 Molecular phylogenetic analysis of WHIRLY2 proteins in plants by Maximum Likelihood method

利用DNAMAN軟件自帶的多重序列比對(Multiple Alignment)功能對雙子葉和單子葉植物中比較典型的模式植物和農(nóng)作物的WHIRLY2蛋白進行序列同源性分析.參數(shù)采用軟件默認的缺省條件，右側(cè)數(shù)字代表氨基酸的位置.分析結(jié)果顯示所有蛋白在WHIRLY區(qū)的保守性都非常高，而在N端信號肽區(qū)和C端可變區(qū)的保守性都比較低，且所有蛋白在N端都缺少轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(圖2).有趣的是，和同源進化樹中顯示的單子葉和雙子葉WHIRLY2出現(xiàn)分支的情況一致，單子葉植物如水稻(Oryzasativa, Os)、玉米(Zeamays, Zm)、高粱(Sorghumbicolor, Sb)和羊黍(Panicumhallii, Ph)中的WHIRLY2和雙子葉植物如擬南芥(Arabidopsisthaliana, At)、白菜(Brassicarapa, Br)、大豆(Glycinemax, Gm)和苜蓿(Medicagotruncatula, Mt)中的WHIRLY2之間也表現(xiàn)出明顯的序列保守性差異(圖2).除單子葉和雙子葉植物WHIRLY2蛋白共有的保守氨基酸區(qū)域外(藍色標記)，單子葉植物中的WHIRLY2在N端信號肽區(qū)、WHIRLY區(qū)和C端可變區(qū)都存在很高的保守性，而雙子葉植物中的WHIRLY2除在WHIRLY區(qū)的保守性較高外，在N端信號肽區(qū)和C端可變區(qū)的保守性都較低.除此之外，單子葉和雙子葉植物中的WHIRLY2在WHIRLY結(jié)構(gòu)域區(qū)中除共有的氨基酸外還存在明顯的氨基酸偏好性(紅色標記)，表明單子葉和雙子葉中的WHIRLY2可能與ssDNA結(jié)合的效率以及在植物中發(fā)揮的功能上也存在一定的差異.

3 WHIRLY2基因的表達

目前對typeⅡ型WHIRLY2基因的表達研究主要集中在雙子葉植物如擬南芥和番茄等模式植物中，對單子葉植物中WHIRLY2基因的表達研究報道較少.擬南芥中的研究發(fā)現(xiàn)，AtWHIRLY2在大部分組織中均有一定的表達活性，在葉、花序莖和花序頂端這三個器官的分生組織中的表達水平最高，在葉中的表達水平中等，在衰老葉中的表達要稍高于成熟葉，在花器官和角果中也有一定的表達活性[26,27].除此之外，擬南芥中WHIRLY2的表達受植物激素茉莉酸、水楊酸和脫落酸等的誘導[27].在番茄中，趙淑亞利用定量PCR技術對SlWHIRLY2基因的表達進行了分析，發(fā)現(xiàn)它在葉片中的表達水平要明顯高于其它組織.除此之外，StWHIRLY2的表達還受到聚乙二醇、氯化鈉、水楊酸、過氧化氫和青枯假單胞菌等的誘導[25].以上結(jié)果表明，WHIRLY2基因在葉中的表達可能具有一定的廣泛性，同時也對各種體外環(huán)境脅迫等因素具有一定的響應.

圖2 單子葉和雙子葉植物中WHIRLY2蛋白的同源性分析Fig.2 Homology comparison of WHIRLY2 proteins in monocotyledonous and dicotyledonous plants

4 WHIRLY2的功能

4.1 WHIRLY2調(diào)控葉片衰老

衰老是由基因控制并受內(nèi)外環(huán)境因素誘導的一種自然衰退和死亡過程[28]，在植物的整個生命周期中扮演著重要的角色[28-30].目前已通過相關實驗，發(fā)現(xiàn)WHIRLY2在植物中可能參與對葉片衰老的調(diào)節(jié).Marechal et al[23]在擬南芥中的研究發(fā)現(xiàn)，WHIRLY2基因的敲除突變體kowhy2表現(xiàn)出與野生型類似的衰老表型，但WHIRLY2的超表達植株(oeWHY2)則表現(xiàn)出矮小，葉片形態(tài)扭曲，黃化早衰和角果短小等表型.RT-PCR實驗檢測5周WHIRLY2基因的超表達、突變體和野生型植株的第3和第4片真葉中相關衰老標志基因的表達差異，發(fā)現(xiàn)與野生型和突變體植株相比，所有超表達植株的葉片中與衰老相關基因的表達都出現(xiàn)顯著上調(diào)，與形態(tài)上觀察到的葉片衰老表型相一致[23].黃晨星等[27]研究了早期WHIRLY2超表達植株對植物激素的響應，發(fā)現(xiàn)在體外施加茉莉酸甲酯的情況下，WHIRLY2超表達植株的葉片會更早表現(xiàn)出衰老癥狀，表明茉莉酸甲酯在WHIRLY2介導的植物葉片衰老過程中具有正調(diào)控作用.

4.2 WHIRLY2調(diào)控線粒體DNA水平及影響線粒體的功能

共生起源學說表明，線粒體包含基因組DNA(即mtDNA)，能編碼氧化磷酸化相關的蛋白，對線粒體的功能是不可或缺的[31,32].DNA雙鏈的斷裂(DSBs)會導致基因組的不穩(wěn)定[33]，而同源重組(HR)可維持基因組的穩(wěn)定性，使DNA的損傷得到修復[34].植物線粒體中存在活躍的重組事件[35]，Cappadocia et al[11]通過回旋酶抑制劑及環(huán)丙沙星(CIP)等的處理發(fā)現(xiàn)，WHIRLY2基因的敲除突變體kowhy2植株與野生型相比，線粒體的DNA重組數(shù)量顯著增長，表明WHIRLY2蛋白能夠促進同源重組，幫助損傷的線粒體DNA得到及時的修復[36].Marechal et al[23]發(fā)現(xiàn)超表達WHIRLY2植株葉片細胞核中DNA的數(shù)量與kowhy2和野生型植株中的相似，但線粒體中DNA的含量大量降低，并缺乏復合物Ⅰ和復合物Ⅳ.測量這些復合物中由線粒體基因組編碼的基因的表達水平，發(fā)現(xiàn)與野生型和kowhy2植株相比，oeWHY2植株中nad3、nad4、nad7、cox1、cox2和cox3基因的表達水平均顯著降低.進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在oeWHY2植株中，只有包含線粒體基因組編碼的小單元的復合物才會受到影響，完全由核基因組編碼的多肽復合物則完好無損.這些結(jié)果表明，線粒體的功能在超表達WHIRLY2植株的葉片中受到了損害[22].WHIRLY2與線粒體DNA之間的相互作用似乎發(fā)生在整個線粒體的基因組上[23]，過表達WHIRLY2明顯影響了葉片中線粒體基因組的表達，但WHIRLY2調(diào)節(jié)線粒體基因表達的機制仍有待進一步的研究.有趣的是，Qiang et al[37]的研究發(fā)現(xiàn)在花粉發(fā)育時期線粒體中DNA的水平呈降低趨勢，并且WHIRLY2基因的轉(zhuǎn)錄水平也降低.WHIRLY2的減少以及線粒體DNA的降解同時發(fā)生在花粉發(fā)育的時期，表明可能是WHIRLY2影響了線粒體中DNA的積累水平.進一步的研究發(fā)現(xiàn)，WHIRLY2超表達植株的花粉營養(yǎng)細胞中線粒體的DNA增加，說明WHIRLY2可能導致線粒體中DNA的水平增高[26].這與Marechal et al[23]在葉片中觀察到的結(jié)果正好相反，表明WHIRLY2在植物不同器官的線粒體中可能發(fā)揮不同的功能.

4.3 WHIRLY2調(diào)控擬南芥花粉管的活力

線粒體功能的缺陷往往涉及過量的活性氧物質(zhì)的積累[38]，而線粒體基因組上的AOX和NDA等基因則編碼參與植物線粒體中ROS清除通路相關的蛋白[39,40].在植物中，花粉的萌發(fā)和花粉管的生長均需要快速而充足的線粒體呼吸活力[41].Qiang et al[26]的研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥中超表達WHIRLY2會導致花粉營養(yǎng)細胞中線粒體DNA拷貝數(shù)的增加，從而影響線粒體的呼吸和線粒體的大小，以及花粉管的生長，并且線粒體基因組編碼的AOX和NDA基因的轉(zhuǎn)錄水平都增加.通過苯胺藍染色，發(fā)現(xiàn)在花粉管生長的起始階段WHIRLY2超表達植株的花粉管與野生型沒有顯著的差別.但在花粉管生長的后期，超表達植株的花粉管比野生型要短，因此花粉管抵達未受精胚珠的機會大大減少.進一步的研究發(fā)現(xiàn)，超表達WHIRLY2抑制了花粉管中線粒體的分裂，增加了單個線粒體中DNA的拷貝數(shù)，導致線粒體中氧活性物質(zhì)大量積累而無法及時得到清除，從而抑制了花粉管的生長[26].這一結(jié)果也暗示了在花粉管中線粒體中DNA拷貝數(shù)的適度降低并不影響線粒體的功能反而會促進線粒體的活力.

4.4 WHIRLY2調(diào)控擬南芥角果的發(fā)育

黃晨星等[22]觀察了野生型、WHIRLY2超表達(oeWHY2)和kowhy2突變體植株在相同生長條件下角果的發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)oeWHY2植株的角果表現(xiàn)出干癟、黃化的早衰異常發(fā)育現(xiàn)象，而kowhy2與野生型植株的角果發(fā)育情況相似，并未出現(xiàn)發(fā)育異常.通過組織切片，發(fā)現(xiàn)oeWHY2植株的角果果皮細胞內(nèi)葉綠體的數(shù)目與野生型相比顯著減少，而kowhy2植株的角果與野生型相比無明顯差異.電鏡超微結(jié)構(gòu)顯示，oeWHY2異常發(fā)育的角果果皮細胞中除線粒體的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常之外，葉綠體的結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)異常，基粒類囊體的垛層較野生型顯著減少，基質(zhì)類囊體之間的連接在一些位置出現(xiàn)斷裂，葉綠體內(nèi)腔中的脂滴(lipid droplet)數(shù)量相比于野生型也顯著增多，而kowhy2突變體角果果皮細胞中的線粒體和葉綠體的情況則正好相反，線粒體和葉綠體的結(jié)構(gòu)非常完整，脂滴的積累也較野生型中明顯減少，基本看不到脂滴的存在.實時定量PCR檢測野生型、oeWHY2和kowhy2植株角果中與能量代謝、線粒體基因組穩(wěn)定性以及葉綠體代謝相關的60個基因的表達差異，發(fā)現(xiàn)線粒體基因組編碼的基因nad1和cytc382的轉(zhuǎn)錄水平在oeWHY2植株的角果中顯著上調(diào)，而在kowhy2植株的角果中顯著下調(diào)；atp9基因的轉(zhuǎn)錄水平在oeWHY2和kowhy2植株的角果中都上調(diào).EMSA實驗發(fā)現(xiàn)，WHIRLY2能結(jié)合在線粒體基因組的4×Tel重復序列上，調(diào)控下游nad1和cytc382基因的表達.因此WHIRLY2超表達可能同時影響了擬南芥角果果皮細胞中的線粒體和葉綠體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使這兩個細胞器中DNA的拷貝數(shù)降低，脂滴的含量增高，從而引起角果發(fā)育的異常[22].

4.5 WHIRLY2調(diào)控植物對干旱和病原體的響應

干旱能直接影響植物的生長發(fā)育，嚴重時甚至引起植物不可逆的傷害，最終導致植物死亡.趙淑亞發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫條件下，異源超表達番茄WHIRLY2基因(oeSlWHY2)的轉(zhuǎn)基因煙草萌發(fā)率明顯高于野生型，并且轉(zhuǎn)基因煙草幼苗的抗旱性優(yōu)于野生型，表現(xiàn)為較長的根長及較輕微的萎焉[25].進一步的研究發(fā)現(xiàn)干旱處理條件下野生型煙草中丙二醛的含量和相對電導率均明顯高于轉(zhuǎn)基因植株，表明轉(zhuǎn)基因煙草細胞膜受損的程度低于野生型，由此推測SlWHY2過表達可能具有維持細胞膜穩(wěn)定性的作用.另外，在干旱條件下野生型煙草中的相對含水量和游離脯氨酸的含量明顯低于轉(zhuǎn)基因植株，表現(xiàn)為更容易失水，因此SlWHY2過表達可能還會增強轉(zhuǎn)基因煙草的保水性，從而提高其抗旱能力.

此外，試驗發(fā)現(xiàn)oeSlWHY2轉(zhuǎn)基因煙草相比于野生型植株能通過緩解青枯假單胞菌造成的ROS的積累而抵抗病菌的侵染擴散.并且在青枯假單胞菌侵染后轉(zhuǎn)基因煙草中水楊酸的響應基因NtPR1和NtPR2的表達均明顯高于野生型，由此推測SlWHY2可能通過參與水楊酸依賴的抗病響應途徑來調(diào)控病程相關基因的表達，進而增強植株的抗病性.

5 總結(jié)與展望

本文系統(tǒng)總結(jié)了植物中特異存在的ssDNA結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄因子WHIRLY家族成員WHIRLY2的研究進展.發(fā)現(xiàn)其主要在植物細胞的線粒體中發(fā)揮作用，通過參與微同源序列介導的重組(MHMR)修復來參與制止線粒體DNA損傷的易錯修復.過表達WHIRLY2會影響線粒體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使線粒體基因組編碼基因的表達發(fā)生變化，在葉片中導致線粒體DNA的數(shù)量減少，促使植株葉片加速衰老；但是，過表達WHIRLY2也使花粉管中線粒體DNA的拷貝數(shù)增加，但同時抑制線粒體的分裂，使線粒體的活力降低，從而抑制花粉管的生長.除此之外，過表達WHIRLY2還影響擬南芥角果的發(fā)育和線粒體的功能等，同時也參與了植物抗旱和對病原體侵襲的響應等.因此，WHIRLY2作為WHIRLY轉(zhuǎn)錄因子家族中typeⅡ型的成員，在植物葉片衰老、花粉管活力和角果發(fā)育中都發(fā)揮著重要的功能，也在植物響應干旱脅迫和病原菌侵襲的過程中發(fā)揮作用.

然而，盡管目前的一些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)WHIRLY2蛋白在植物中的諸多重要功能，但是WHIRLY2在植物細胞器中發(fā)揮功能的分子機制目前解析得還不是很詳細，如WHIRLY2是如何調(diào)節(jié)線粒體基因組編碼基因的表達以及與葉片衰老、花粉管和角果發(fā)育之間的直接關系；WHIRLY2在植物發(fā)育過程中是否存在細胞器之間的遷移從而使其在細胞核和(或)葉綠體中也發(fā)揮作用等都需要進行深入的研究，而這些相關的研究領域也將成為以后WHIRLY家族蛋白研究的熱點.

[1] DESVEAUX D, AllARD J, BRISSON N, et al. A new family of plant transcription factors displays a novel ssDNA-binding surface[J]. Nature Structural Biology, 2002,9(7):512-517.

[2] DESVEAUX D, SUBRAMANIAM R, DESPRES C, et al. A “Whirly” transcription factor is required for salicylic acid-dependent disease resistance inArabidopsis[J]. Development Cell, 2004,6(2):229-240.

[3] DESVEAUX D, MARECHAL A, BRISSON N. Whirly transcription factors: defense gene regulation and beyond[J]. Trends in Plant Science, 2005,10(2):95-102.

[4] DESVEAUX D, DESPRES C, JOYEUX A, et al. PBF-2 is a novel single-stranded DNA binding factor implicated in PR-10a gene activation in potato[J]. Plant Cell, 2000,12(8):1 477-1 489.

[5] KRAUSE K, KRUPINSKA K. Nuclear regulators with a second home in organelles[J]. Trends in Plant Science, 2009,14(4):194-199.

[6] JIN J, TIAN F, YANG D, et al. PlantTFDB 4.0: toward a central hub for transcription factors and regulatory interactions in plants[J]. Nucleic Acids Research, 2017,45(D1):1 040-1 045.

[7] 林文芳,任育軍,繆穎.植物Whirly蛋白調(diào)控葉片衰老的研究進展[J].植物生理學報,2014(9):1 274-1 284.

[8] CAPPADOCIA L, PARENT J, ZAMPINI é, et al. A conserved lysine residue of plant Whirly proteins is necessary for higher order protein assembly and protection against DNA damage[J]. Nucleic Acids Research, 2012,40(1):258-269.

[9] CAPPADOCIA L, SYGUSCH J, BRISSON N. Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the Whirly domain of StWhy2 in complex with single-stranded DNA[J]. Acta Crystallographica Section F Structural Biology and Crystallization Communications, 2008,64(11):1 056-1 059.

[10] CAPPADOCIA L, PARENT J, SYGUSCH J, et al. A family portrait: structural comparison of the Whirly proteins fromArabidopsisthalianaandSolanumtuberosum[J]. Acta Crystallographica Section F Structural Biology and Crystallization Communications, 2013,69(11):1 207-1 211.

[11] CAPPADOCIA L, MARECHAL A, PARENT J S, et al. Crystal structures of DNA-Whirly complexes and their role inArabidopsisorganellegenome repair[J]. Plant Cell, 2010,22(6):1 849-1 867.

[12] KRAUSE K, KILBIENSKI I, MULISCH M, et al. DNA-binding proteins of the Whirly family in Arabidopsis thaliana are targeted to the organelles[J]. FEBS Letters, 2005,579(17):3 707-3 712.

[13] GRABOESKI E, MIAO Y, MULISCH M, et al. Single-stranded DNA-binding protein Whirly1 in barley leaves is located in plastids and the nucleus of the same cell[J]. Plant Physiology, 2008,147(4):1 800-1 804.

[14] ISEMER R, MULISCH M, SCHAFER A, et al. Recombinant Whirly1 translocates from transplastomic chloroplasts to the nucleus[J]. FEBS Letters, 2012,586(1):85-88.

[15] DICKEY T H, ALTSCHULER S E, WUTTKE D S. Single-stranded DNA-binding proteins: multiple domains for multiple functions[J]. Structure, 2013,21(7):1 074-1 084.

[16] YOO H H, KWON C, LEE M M, et al. Single-stranded DNA binding factor AtWHY1 modulates telomere length homeostasis inArabidopsis[J]. The Plant Journal, 2007,49(3):442-451.

[17] XIONG J, LAI C, QU Z, et al. Recruitment of AtWHY1 and AtWHY3 by a distal element upstream of the kinesin gene AtKP1 to mediate transcriptional repression[J]. Plant Molecular Biology, 2009,71(4-5):437-449.

[18] MIAO Y, JIANG J, REN Y, et al. The single-stranded DNA-binding protein WHIRLY1 represses WRKY53 expression and delays leaf senescence in a developmental stage-dependent manner inArabidopsis[J]. Plant Physiology, 2013,163(2):746-756.

[19] 姚沁濤,張文蔚,劉莉,等.Whirly轉(zhuǎn)錄因子對非寄主菌誘導水稻HR反應的負調(diào)控作用[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2008(5):53-58.

[20] 姚俠妹.側(cè)柏古樹端粒相關基因克隆及其抗逆功能研究[D].北京：中國林業(yè)科學研究院,2017.

[21] MARECHAL A, PARENT J S, VERONNEAU-LAFORTUNE F, et al. Whirly proteins maintain plastid genome stability inArabidopsis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009,106(34):14 693-14 698.

[22] 黃晨星,任育軍,李燕云,等.擬南芥WHIRLY2基因超表達引起擬南芥角果發(fā)育異常的分子細胞學分析[J].福建農(nóng)林大學學報(自然科學版),2016,45(3):277-281.

[23] MARECHAL A, PARENT J, SABAR M, et al. Over-expression of mtDNA-associated AtWhy2 compromises mitochondrial function[J]. BMC Plant Biology, 2008,8(1):42.

[24] 孔凡英,鄧永勝,周斌,等.Whirly轉(zhuǎn)錄因子研究進展[J].植物生理學報,2012(7):643-653.

[25] 趙淑亞.番茄SlWHY2基因的克隆、表達和功能分析[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學,2016.

[26] CAI Q, GUO L, SHEN Z R, et al. Elevation of pollen mitochondrial DNA copy number by WHIRLY2: altered respiration and pollen tube growth inArabidopsis[J]. Plant Physiology, 2015,169(1):660-673.

[27] 黃晨星.WHIRLY2蛋白介導擬南芥生長的分子細胞學研究[D].福州：福建農(nóng)林大學,2016.

[28] THOMAS H. Senescence, ageing and death of the whole plant[J]. New Phytologist, 2013,197(3):696-711.

[29] WU X, KUAI B, JIA J, et al. Regulation of leaf senescence and crop genetic improvement[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2012,54(12):936-952.

[30] ZHANG H, ZHOU C. Signal transduction in leaf senescence[J]. Plant Molecular Biology, 2013,82(6):539-545.

[31] PIKO L, MATSUMOTO L. Number of mitochondria and some properties of mitochondrial DNA in the mouse egg[J]. Developmental Biology, 1976,49(1):1-10.

[32] ROBIN E D, WONG R. Mitochondrial DNA molecules and virtual number of mitochondria per cell in mammalian cells[J]. Journal of Cellular Physiology, 1988,136(3):507-513.

[33] SAN FILIPPO J, SUNG P, KLEIN H. Mechanism of eukaryotic homologous recombination[J]. Annual Review of Biochemistry, 2008,77(1):229-257.

[34] JANICKA S, KUHN K, LE RET M, et al. A RAD52-like single-stranded DNA binding protein affects mitochondrial DNA repair by recombination[J]. The Plant Journal, 2012,72(3):423-435.

[35] MANCHEKAR M, SCISSUM-GUNN K, SONG D, et al. DNA recombination activity in soybean mitochondria[J]. Journal of Molecular Biology, 2006,356(2):288-299.

[36] MARECHAL A, BRISSON N. Recombination and the maintenance of plant organelle genome stability[J]. New Phytologist, 2010,186(2):299-317.

[37] HONYS D, TWELL D. Transcriptome analysis of haploid male gametophyte development inArabidopsis[J/OL]. Genome Biology, 2004,5(11),http://genomebiology.com/2004/5/11/R85.

[38] ALANDIJANY T, KAMMOUNI W, ROY CHOWDHURY S K, et al. Mitochondrial dysfunction in rabies virus infection of neurons[J]. Journal of Neurovirology, 2013,19(6):537-549.

[39] MAXWELL D P, WANG Y, MCINTOSH L. The alternative oxidase lowers mitochondrial reactive oxygen production in plant cells[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1999,96(14):8 271-8 276.

[40] SVENSSON ? S, RASMUSSON A G. Light-dependent gene expression for proteins in the respiratory chain of potato leaves[J]. The Plant Journal, 2001,28(1):73-82.

[41] ROUNDA C M, WINSHIP L J, HEPLER P K. Pollen tube energetics: respiration, fermentation and the race to the ovule[J/OL]. AoB Plants, 2011,doi:10.1093/aobpla/plr019.