植物ACBP家族成員功能研究進(jìn)展

王思竹，張 洵，戴紹軍，李 瑩

（東北鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/東北林業(yè)大學(xué)，東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

植物中的脂類物質(zhì)在維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、能量供應(yīng)以及脅迫應(yīng)答方面具有重要作用。酰基輔酶A結(jié)合蛋白(Acyl-CoA-binding proteins，ACBPs)是一類含有酰基輔酶A結(jié)合結(jié)構(gòu)域的脂類載體蛋白。目前，已在66種植物中發(fā)現(xiàn)306個(gè)植物類ACBP家族成員。根據(jù)其氨基酸組成與結(jié)構(gòu)域的不同可將該類蛋白分為4類，分別為單結(jié)構(gòu)域小分子量ACBP (Small ACBP)、Ankyrin Repeats ACBP (ANKACBP)、單結(jié)構(gòu)域大分子量ACBP (Large ACBP)和Kelch Motifs ACBP (Kelch-ACBP)。研究表明，植物類ACBP蛋白可參與脂類物質(zhì)(磷酸酯、卵磷脂和?；o酶酯類等)運(yùn)輸、飽和脂肪酸代謝、?；o酶A動(dòng)態(tài)平衡、脂肪酸β氧化、嚢泡運(yùn)輸?shù)榷喾N生理過程，對(duì)于植物生長發(fā)育與逆境應(yīng)答具有重要意義[1]。為此，本文對(duì)植物ACBP家族成員的基因與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、亞細(xì)胞定位、磷脂結(jié)合特性，以及在逆境應(yīng)答過程中的生物學(xué)功能進(jìn)行綜述。

1 ACBP蛋白家族成員組成

ACBPs是一類重要的看家基因，其編碼的神經(jīng)肽在哺乳動(dòng)物中首次被報(bào)道[2]。研究者在油菜(Brassica napus)中發(fā)現(xiàn)了第1個(gè)植物類ACBP蛋白同系物(ClassⅠ BnACBP)[3]，隨后陸續(xù)在66種植物中發(fā)現(xiàn)306個(gè)植物類ACBP家族成員，其中表1列舉了27種家族信息預(yù)測完整的植物ACBP及其各亞家族組成[4-7]。

2 ACBP的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

2.1 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)ACBP的氨基酸組成與結(jié)構(gòu)域的不同，可將ACBP分為4類[4,5,7-8]。1) Class Ⅰ：單結(jié)構(gòu)域小分子量ACBP (Small ACBP)，通常由88～155個(gè)氨基酸組成，所包含的ACB結(jié)構(gòu)域由60～100個(gè)氨基酸組成，位于第4 - 101氨基酸[5,7]；2) Class Ⅱ：Ankyrin Repeats ACBP (ANK-ACBP)，由260～370 個(gè)氨基酸組成，除具有ACB結(jié)構(gòu)域外，在蛋白質(zhì)的羧基端(C端)還具有兩個(gè)ankyrin結(jié)構(gòu)域。ACB結(jié)構(gòu)域由27～86個(gè)氨基酸組成，位于第87 - 204氨基酸。ankyrin結(jié)構(gòu)域由54～93個(gè)氨基酸組成，位于第154 - 343氨基酸[5,7]；3) Class Ⅲ：單結(jié)構(gòu)域大分子量ACBP (Large ACBP)，通常由215～700個(gè)氨基酸組成，ACB結(jié)構(gòu)域由34～87個(gè)氨基酸組成，起始位置通常接近C端，但甘藍(lán)(Brassica oleracea)ACBP (XP_013620900)的ACB結(jié)構(gòu)域是在氨基端(N端)第1位氨基酸開始到第34位氨基酸結(jié)束[5,7]；4) Class Ⅳ： Kelch Motifs ACBP (Kelch-ACBP)， 通常由648～668個(gè)氨基酸組成。它除具有ACB結(jié)構(gòu)域外，在C端具有1～5個(gè)kelch結(jié)構(gòu)域。ACB結(jié)構(gòu)域由47～89個(gè)氨基酸組成，位于第12 - 189氨基酸[8]。Kelch結(jié)構(gòu)域數(shù)量、大小和位置并不固定。如甘藍(lán)型油菜(Brassica napus) (XP_013732400)僅具有一個(gè)Kelch結(jié)構(gòu)域，位于第186 - 227位氨基酸；大豆(Glycine max) ACBP(XP_014627431)具有5個(gè)Kelch結(jié)構(gòu)域，分別位于第183 - 224位氨基酸、第299 -349位氨基酸、第351～398位氨基酸和第389 -426位氨基酸[9]。另外，在綠藻、苔蘚和裸子植物中發(fā)現(xiàn)6個(gè)ACBP蛋白序列，具有與Class Ⅲ亞家族相似的結(jié)構(gòu)，但氨基酸個(gè)數(shù)較少，稱為Class 0亞家族[4]。研究表明，ACBPs可能通過ankyrin和kelch結(jié)構(gòu)域與其他蛋白質(zhì)進(jìn)行互作[10]。模式植物擬南芥和水稻的ACBP家族成員的一級(jí)結(jié)構(gòu)特征如圖1所示。

表1 不同植物中?；o酶A結(jié)合蛋白(ACBP)家族的組成Table 1 The acyl-CoA-binding protein (ACBP) family in various plants

2.2 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)特征

植物ACBP蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致其二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋的氨基酸數(shù)量與無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量存在差異[11-12]。多數(shù)物種中，Class Ⅰ類ACBP蛋白中組成α-螺旋的氨基酸數(shù)量大于組成無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量，Class Ⅱ類ACBP蛋白中組成無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量大于組成α-螺旋的氨基酸數(shù)量。但氨基酸數(shù)量的43.33%、α-螺旋占總氨基酸數(shù)量的47.88%。向日葵 (Helianthus annuus)ACBP蛋白(XP_022012478)組成無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量占總氨基酸數(shù)量的42.69%，組成α-螺旋的氨基酸數(shù)量占總氨基酸數(shù)量的53.58%。Class Ⅲ類ACBP蛋白組成α-螺旋和無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量較為平均，但是，在玉米ACBP蛋白(XP_022011286)中組成無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量占總氨基酸數(shù)量的51.47%，組成α-螺旋的氨基酸數(shù)量占總氨基酸數(shù)量的39.46%。向日葵ACBP蛋白(XP_022011286)中含α-螺旋的氨基酸數(shù)量占16.44%的，無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量占55.43%的。Class Ⅳ類ACBPs與其他3類不同，組成無規(guī)卷曲的氨基酸數(shù)量占主導(dǎo)地位[5]。

圖1 擬南芥和水稻ACBPs的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic domain structures of the Arabidopsis thaliana and Oryza sativa ACBPs

根據(jù)形狀(α-螺旋與β-折疊的數(shù)量)和預(yù)測結(jié)構(gòu)域的數(shù)量將12種植物ACBP的3D結(jié)構(gòu)分為若干類[5,13-15]。Class Ⅰ和 Class Ⅲ以 α-螺旋為主，ClassⅡ和Class Ⅳ中除具有ACB結(jié)構(gòu)域外還存在特有的結(jié)構(gòu)域(Ankyrin Repeats或Kelch)。各種類型α-螺旋和β-折疊的氨基酸數(shù)量的差異導(dǎo)致Class Ⅱ類和Class Ⅳ類ACBP中組成α-螺旋的氨基酸數(shù)量低于Class Ⅰ類和Class Ⅲ類ACBP。Class Ⅰ中的3種3D模型(S1 - S3)分別含有4～5個(gè)α-螺旋。Class Ⅱ中的Ankyrin結(jié)構(gòu)域是由α-螺旋和少量的β-折疊組成，根據(jù)結(jié)構(gòu)域的數(shù)量Class Ⅱ被分為9類(A1 - A9)。ClassⅢ以α-螺旋為主，具有兩種3D模型(L1、L2)，它們均由4個(gè)α-螺旋組成，但在L2型中存在一部分沒組成α-螺旋的氨基酸鏈。Class Ⅳ類kelch結(jié)構(gòu)域主要組成形式是β-折疊。根據(jù)kelch結(jié)構(gòu)域的數(shù)量將其分為4個(gè)模型(K1 - K4)，如表2所示[5]。

3 ACBPs與?；o酶A酯和磷脂的結(jié)合關(guān)系

植物ACBPs與酰基輔酶A酯和磷脂的體外結(jié)合關(guān)系分析，有助于預(yù)測該類蛋白在植物體內(nèi)所發(fā)揮的作用，這對(duì)深入認(rèn)識(shí)該類蛋白的功能具有重要意義。在擬南芥中，AtACBP1和AtACBP2與 palmitoyl-CoA(16:0-CoA)、oleoyl-CoA(18:1-CoA)、linoleoyl-CoA(18:2-CoA)、linolenoyl-CoA(18:3-CoA)和arachidonyl-CoA(20:4-CoA)等?；o酶A酯結(jié)合。其中與linoleoyl-CoA(18:2-CoA)和linolenoyl-CoA(18:3-CoA)的親和性高于 palmitoyl-CoA(16:0-CoA)[16-19]；而AtACBP3則與linoleoyl-CoA(18:2-CoA)、linolenoyl-CoA(18:3-CoA)和arachidonyl-CoA(20:4-CoA)具有高度親和性[19-20]；AtACBP4和AtACBP5對(duì)oleoyl-CoA(18:1-CoA)親和性極強(qiáng)，而對(duì)palmitoyl-CoA(16:0-CoA)和arachidonyl-CoA(20:4-CoA)的親和性則相對(duì)較 弱[21-24]。 AtACBP6 與 palmitoyl-CoA(16:0-CoA)、oleoyl-CoA(18:1-CoA)具有較高的親和性，但與oleoyl-CoA(18:1-CoA)的結(jié)合能力略低于AtACBP4和AtACBP5[23,25]。這表明AtACBP4和AtACBP5在從質(zhì)膜向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)oleoyl-CoA(18:1-CoA)的過程中發(fā)揮了比AtACBP6更重要的作用[26]。在水稻中，OsACBPs均可以與linoleoyl-CoA(18:2-CoA)結(jié)合，其中OsACBP6與linoleoyl-CoA(18:2-CoA)的結(jié)合力最高。但是，對(duì)于oleoyl-CoA(18:0-CoA)，只有OsACBP1可以與其結(jié)合。雖然，OsACBP2和OsACBP3不能與palmitoyl-CoA(16:0-CoA)、oleoyl-CoA(18:1-CoA)和oleoyl-CoA(18:0-CoA)發(fā)生結(jié)合，但OsACBP5可以與palmitoyl-CoA(16:0-CoA)結(jié)合[4]。這表明，擬南芥和水稻的ACBP與不同類型輔酶A酯間的親和性存在差異。

體外脂質(zhì)結(jié)合競爭試驗(yàn)表明，AtACBP1重組蛋白可與磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine，PC)中的18:1 PC和18:2 PC結(jié)合。AtACBP2重組蛋白可以與18:1 PC、18:2 PC和溶血卵磷脂(lyso-phosphocholine，lysoPC)結(jié)合。但AtACBP1和AtACBP2均不能與16:0 PC和18:0 PC結(jié)合[19,24-25,27]；AtACBP3重組蛋白優(yōu)先與磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)、18:0 PC、18:1 PC和18:2 PC結(jié)合[19,24]；AtACBP4和AtACBP5重組蛋白僅可與18:1 PC和18:2 PC結(jié)合[28]；AtACBP6重組蛋白可與16:0 PC、18:0 PC、18:1 PC和18:2 PC結(jié)合[29]。OsACBPs與不同種類的18:0 PC、18:1 PC和18:2 PC均可以結(jié)合[4]。擬南芥和水稻的ACBPs與PC結(jié)合特征進(jìn)一步表明它們可能參與植物細(xì)胞內(nèi)磷脂的轉(zhuǎn)運(yùn)[4]。此外，AtACBP1重組蛋白能特異地結(jié)合磷脂酸(phosphatidic acid，PA)，AtACBP2可與lysoPC結(jié)合，AtACBP3能與各種類型PE結(jié)合[30]，而OsACBP4是OsACBP家族中唯一可以結(jié)合16:0 PA的成員[4]。這些結(jié)果表明擬南芥和水稻ACBPs對(duì)磷脂的結(jié)合存在特異性(表 3)。

4 ACBPs的亞細(xì)胞定位

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表3 擬南芥和水稻ACBPs與磷脂和?；o酶A酯的結(jié)合特征Table 3 Binding characteristics of AtACBPs and OsACBPs with phospholipids and acyl-CoA ester

在已報(bào)道的66種植物的306種ACBP中，只有擬南芥和水稻ACBP家族全部成員的亞細(xì)胞定位信息已經(jīng)明確。在擬南芥中，AtACBP1定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞膜、囊泡和細(xì)胞壁[16]，AtACBP2定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞膜[31]。AtACBP1和AtACBP2可以與脂類結(jié)合后通過膜泡運(yùn)輸過程參與脂類轉(zhuǎn)運(yùn)及組織表面蠟質(zhì)和角質(zhì)層的形成[32]。AtACBP3定位于質(zhì)外體、細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，以及高爾基體復(fù)合體的邊緣，它可能與細(xì)胞膜磷酸酯形成和細(xì)胞壁發(fā)育有關(guān)[17]。AtACBP4、AtACBP5 和 AtACBP6 都可定位于細(xì)胞質(zhì)，可能參與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的脂類運(yùn)輸[28-29]。

在水稻中，OsACBP1、OsACBP2和OsACBP3定位于細(xì)胞質(zhì)，而OsACBP4和OsACBP5定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這與AtACBP1、AtACBP2、AtACBP3的亞細(xì)胞定位及其相似；而OsACBP6定位于過氧化物酶體，這是第1次被發(fā)現(xiàn)定位于過氧化物酶體的植物ACBP[33]。該結(jié)果意味著OsACBP6除承擔(dān)脂類運(yùn)輸?shù)穆氊?zé)外還可能在脂類物質(zhì)的降解中發(fā)揮重要作用[33]。近年，小球藻(Chlorella vulgaris)、向日葵(Helianthus annuus)和巴西橡膠樹(Hevea brasiliensis)的ACBP家族部分成員的亞細(xì)胞定位陸續(xù)被研究，其中ChACBP、HbACBP1、HaACBP6均定位于胞質(zhì)中，而HbACBP2定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這些結(jié)果均與擬南芥同源物的定位情況相同[7,34-36]。

5 ACBPs的組織表達(dá)特性

擬南芥ACBP家族的6個(gè)成員在幼苗、成熟植株、根、蓮座葉、花、長角果，以及成熟種子中的表達(dá)量存在明顯差異(圖2A)[6]。AtACBP1和AtACBP2在6種組織中均可大量表達(dá)，且在長角果和成熟種子中的表達(dá)量最高，該結(jié)果表明這2個(gè)基因可能在種子發(fā)育、休眠和萌發(fā)過程中發(fā)揮重要作用[37-39]。AtACBP3在成熟種子中表達(dá)量極低，而AtACBP4、AtACBP5和AtACBP6在蓮座葉中表達(dá)量最低。此外，通過GUS染色分析發(fā)現(xiàn)，AtACBP1和AtACBP2在特化細(xì)胞(如毛狀體、保衛(wèi)細(xì)胞等)中表達(dá)存在差異。其中AtACBP1只在毛狀體中表達(dá)，而AtACBP2只在保衛(wèi)細(xì)胞中表達(dá)，這可能與它們?cè)谥亟饘倜{迫應(yīng)答(如鉛脅迫)，以及調(diào)控氣孔開閉和應(yīng)答干旱脅迫過程中發(fā)揮重要作用密切相關(guān)[16,18,24,27,37-40]。AtACBP3可在柱頭中大量表達(dá)，這表明該基因可能與擬南芥生殖發(fā)育存在一定關(guān)系[8,19,41]。AtACBP4在花粉粒中大量表達(dá)，AtACBP5在小孢子和絨氈層細(xì)胞中表達(dá)量最高，AtACBP6在花粉粒、小孢子和絨氈層細(xì)胞均大量表達(dá)，這些結(jié)果意味著AtACBP4、AtACBP5和AtACBP6在花粉發(fā)育過程中功能冗余[8,28-29,42-44]。此外，AtACBP6在子葉和下胚軸中大量表達(dá)[29,43,45]。

水稻中6個(gè)OsACBP基因在根、莖、葉片和種子中均有表達(dá)，在葉片中表達(dá)量最高，在根和莖中表達(dá)量最低(圖2B)[4]。在種子發(fā)育過程中，6個(gè)基因的表達(dá)存在明顯差異。OsACBP1在開花期、乳熟期和蠟熟期的表達(dá)量較高；OsACBP2在蠟熟期表達(dá)量最高，其他兩個(gè)時(shí)期表達(dá)量相對(duì)較低；OsACBP3和OsACBP4在開花期表達(dá)量相對(duì)最高；OsACBP5在整個(gè)繁殖期都大量表達(dá)；OsACBP6在乳熟期表達(dá)量最低[4,46]。

圖2 擬南芥和水稻酰基輔酶A結(jié)合蛋白在植物發(fā)育各個(gè)階段的表達(dá)Figure 2 The expression of Arabidopsis acyl-CoA-binding proteins at various stages of plant development

向日葵中的HaACBP6是AtACBP6的同源基因，它可在營養(yǎng)組織中大量表達(dá)，并在發(fā)育中的種子和發(fā)芽的子葉中表達(dá)量最高[36]。陸地棉(Gossypium hiirsuyum)中GhACBP1只在胚珠中大量表達(dá)；GhACBP4在發(fā)育的纖維中大量表達(dá)；GhACBP3在花、花瓣及雄蕊中大量表達(dá)；GhACBP6在根、莖、葉、花、花托、花瓣均大量表達(dá)[47]。桐樹(Vernicia fordii)中VfACBP3A、VfACBP3B在花和種子發(fā)育過程中的表達(dá)模式相似，但VfACBP3A在幼嫩種。子和葉片中的表達(dá)量明顯高于VfACBP3B[48]。橡膠樹中HbACBP1、HbACBP2在乳膠中表達(dá)量最高；HbACBP3和HbACBP6在葉片和雄花中表達(dá)量相對(duì)較高[7]。小桐子(Jatropha curcas)中JcACBP在不同器官中均顯著表達(dá)，但在果實(shí)的表達(dá)量最高[49]。

6 ACBPs在植物生長發(fā)育中的作用

在種子萌發(fā)過程中，AtACBP1和AtACBP2具有相似的表達(dá)模式，其中一個(gè)基因的缺失會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)基因發(fā)生補(bǔ)償表達(dá)。在acbp1和acbp2突變體中，AtACBP2和AtACBP1表達(dá)量分別顯著增加[24]。acbp1和acbp2單突變體的植物胚胎發(fā)育無明顯異常，而acbp1和acbp2雙突變體的胚胎無法正常發(fā)育。在胚胎發(fā)育過程中，AtACBP1和AtACBP2在脂類代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，并可能存在功能冗余，從而影響擬南芥胚胎發(fā)育[24,50]。

AtACBP3在衰老的葉片中大量表達(dá)，也受到持續(xù)黑暗處理的誘導(dǎo)。AtACBP3過表達(dá)植株中自噬相關(guān)基因ATG8(Autophagy related gene 8)表達(dá)量突增[51]。在acbp3突變體和RNA干擾(AtACBP3-KOs)株系中，PE和PA大量積累。同時(shí)，體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明AtACBP3重組蛋白可與PC和PE結(jié)合。水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在擾亂自噬體的形成，以及加速植株衰老的過程中起主導(dǎo)作用[52-53]。ACBP3可能通過調(diào)節(jié)磷脂代謝擾亂ATG8的生理功能，也可通過水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來調(diào)節(jié)葉片衰老的進(jìn)程[51]。

7 ACBP在植物脅迫應(yīng)答中的作用

7.1 ACBP在重金屬與氧化脅迫中的作用

AtACBP家族成員，尤其是AtACBP1、AtACBP2和AtACBP4在擬南芥響應(yīng)重金屬引起的氧化脅迫過程中發(fā)揮了重要作用[18,54]。人類中10-kDa ACBP(也稱DBI；ACBD1)是一種與擬南芥AtACBP6同源的蛋白質(zhì)，它僅由一個(gè)ACB保守域組成(86個(gè)殘基)，其晶體結(jié)構(gòu)具有一個(gè)鉛Pb(Ⅱ)-和一個(gè)鋅Zn(Ⅱ)-結(jié)合位點(diǎn)，這表明ACB結(jié)構(gòu)域在結(jié)合重金屬方面發(fā)揮了重要的作用[55]。但是，AtACBP6的表達(dá)量并未受鉛脅迫的誘導(dǎo)，反而AtACBP1、AtACBP2和AtACBP4的表達(dá)量受鉛脅迫誘導(dǎo)。在含有Pb(Ⅱ)培養(yǎng)基中，AtACBP1的過表達(dá)增強(qiáng)了擬南芥對(duì)H2O2和 Pb(Ⅱ)的耐受力[54]。結(jié)合 Pb(Ⅱ)-追蹤分析發(fā)現(xiàn)，AtACBP1過表達(dá)植株和野生型的毛狀體中富集大量Pb(Ⅱ)，而acbp1突變植株的毛狀體中沒有Pb(Ⅱ)的富集[54]。由此推測，毛狀體中Pb(Ⅱ)的富集可能是擬南芥的一種有效解毒手段。AtACBP1過表達(dá)植株的部分地上組織中Pb(Ⅱ)的含量遠(yuǎn)高于野生型，這意味著AtACBP1的過表達(dá)可促使Pb(Ⅱ)由根部向地上部分的轉(zhuǎn)移，從而減緩局部毒害的發(fā)生[25,54]。植物的這種修復(fù)適應(yīng)性可能是降低重金屬對(duì)植物傷害的有效手段。AtACBP2能結(jié)合Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和 Pb(Ⅱ)等多種重金屬，但對(duì) Pb(Ⅱ)的親和力低于AtACBP1[54]。AtACBP2過表達(dá)增強(qiáng)了擬南芥對(duì)Cd(Ⅱ)和氧化應(yīng)激(如H2O2)的耐受力[18]。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)表明，AtACBP2能與lysoPL2和重金屬結(jié)合蛋白AtFP6發(fā)生互作[18]，在螯合Cd(II)的同時(shí)清除LysoPC，從而提高植物在重金屬及氧化脅迫條件下的耐受性[18,27,40,54]。此外，AtACBP1和AtACBP2均可與linoleoyl-CoA(18:2-CoA)和linolenoyl-CoA(18:3-CoA)結(jié) 合 。 linoleoyl-CoA(18:2-CoA)和linolenoyl-CoA(18:3-CoA)是脂質(zhì)氧化后修復(fù)的前體物質(zhì)，該類物質(zhì)含量的降低促進(jìn)了氧化應(yīng)激后的膜結(jié)構(gòu)的損傷修復(fù)[18,27,54]。

7.2 ACBP在干旱、缺氧和冷應(yīng)答中的作用

AtACBP2是擬南芥ACBP家族中與干旱脅迫關(guān)系最為密切的一個(gè)成員。AtACBP2在保衛(wèi)細(xì)胞中大量表達(dá)，暗示AtACBP2可能通過調(diào)控氣孔開閉來應(yīng)答干旱脅迫。AtACBP2過表達(dá)植株的耐旱能力明顯高于acbp2缺失突變植株和野生型擬南芥[40]。AtACBP2的過表達(dá)會(huì)使兩種NAD(P)H氧化酶(AtrbohD和AtrbohF)的表達(dá)水平升高，同時(shí)，ABA信號(hào)通路中的重要的負(fù)調(diào)節(jié)因子HAB1(HYPERSENSITIVE TO ABA1)的表達(dá)水平降低。這些結(jié)果表明，ACBP2可通過ABA信號(hào)途徑調(diào)控活性氧(ROS)在保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)積累，導(dǎo)致保衛(wèi)細(xì)胞關(guān)閉，避免水分蒸發(fā)，增強(qiáng)植物抗旱性[40,56-57]。利用甲苯胺藍(lán)染色和透射電鏡觀察acbp3、acbp4、acbp6突變植株和野生型的葉片，發(fā)現(xiàn)突變體葉片形態(tài)異常，其角質(zhì)層的滲透性增加[45]。acbp3和acbp4突變體植株的葉片滲透性高于acbp6突變體，且acbp3和acbp4的蠟質(zhì)層和角質(zhì)層單體組成的變化比acbp6更大。這進(jìn)一步解釋了acbp3和acbp4突變植株對(duì)干旱敏感性高于acbp6突變植株的原因[45]。此外，水稻中只有OsACBP4和OsACBP5兩個(gè)基因能夠響應(yīng)干旱脅迫[4]，而棉花中GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6這3個(gè)基因受干旱脅迫誘導(dǎo)[47]。

AtACBP中的ankyrin基序(Class Ⅱ類AtACBP1和 AtACBP2)和 kelch基序 (Class Ⅳ類 AtACBP4和AtACBP5)的能夠介導(dǎo)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用[10,35,58]。例如，AtACBP1和AtACBP2可以與擬南芥Ⅶ類乙烯響應(yīng)因子(Ethylene response factor，ERF)RAP2.12發(fā)生相互作用[59]。在有氧條件下，RAP2.12與AtACBP1和AtACBP2在質(zhì)膜上相互作用，形成膜結(jié)合復(fù)合物，限制其進(jìn)入細(xì)胞核，并保護(hù)其N端，避免其被降解。缺氧時(shí)，RAP2.12從質(zhì)膜解離并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，激活缺氧反應(yīng)基因的表達(dá)。在低氧條件下，RAP2.12::mEos可從質(zhì)膜遷移到細(xì)胞核，新合成的RAP2.12::GFP激活了核內(nèi)缺氧響應(yīng)基因的表達(dá)[59-61]。此外，AtACBP3可以通過與長鏈酰基輔酶A酯(very-long-chain，VLC)結(jié)合，提高不飽和VLC神經(jīng)酰胺的濃度，間接調(diào)節(jié)乙烯信號(hào)通路，降低缺氧對(duì)植物造成的傷害[62]。

響應(yīng)低溫脅迫是植物ACBP的重要功能。擬南芥中AtACBP6過表達(dá)植株耐低溫能力強(qiáng)于野生型和acbp6缺失突變植株[63]。應(yīng)答冷脅迫過程中，AtACBP6過表達(dá)植株中積累大量糖和脯氨酸等物質(zhì)，冷脅迫相關(guān)基因Phospholipase Dδ(PLDδ)大量表達(dá)[30]。AtACBP6過表達(dá)植株中花的數(shù)量比野生型多了30%，花中積累了大量PC，特別是構(gòu)成雙分子層不飽和甘油酯，幫助維持膜穩(wěn)定性應(yīng)對(duì)冷脅迫。這表明，AtACBP6可能通過調(diào)控耐冷相關(guān)基因表達(dá)，參與脂類代謝中卵磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)，修復(fù)受損細(xì)胞膜，提高植物對(duì)低溫的耐受性[63]。此外，水稻OsACBP家族成員中除OsACBP6對(duì)冷脅迫無明顯的應(yīng)答之外，其他成員基因表達(dá)量均受冷脅迫抑制[4]，而棉花中GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6也均能響應(yīng)低溫脅迫[47]。

7.3 ACBP在植物抗病過程中的作用

AtACBP3是擬南芥ACBP家族中參與病原菌防御的典型代表[45,64]。acbp3突變植株的角質(zhì)層缺陷削弱了其對(duì)真菌的抵抗能力，致使突變植株對(duì)活體營養(yǎng)型致病菌的敏感性高于野生型和過表達(dá)植株。然而，AtACBP3過表達(dá)株系對(duì)死體營養(yǎng)型的灰霉病菌(Botrytis cinerea)的敏感性卻高于野生型和acbp3突變體植株[64]。這表明，AtACBP3介導(dǎo)的植物防御通路以及植物-病原體之間相互識(shí)別關(guān)系的差異造成了不同類型植株對(duì)活體營養(yǎng)型和死體營養(yǎng)型致病菌敏感性不同[45,64]?；ㄉ南┧崾且环N具有激發(fā)子活性的真菌衍生物，它能夠快速誘導(dǎo)AtACBP3，而且AtACBP3重組蛋白可與花生四烯酰CoA(20:4-CoA)結(jié)合[17]。ATG8隸屬于參與超敏反應(yīng)細(xì)胞程序性死亡(HR-PCD)的ATG蛋白家族，AtACBP3的過表達(dá)也可使ATG8發(fā)生降解[65-66]。此外，AtACBP3介導(dǎo)的病原體抗性與病程相關(guān)基因(AtPR1、AtPR2、AtPR5)和水楊酸信號(hào)通路關(guān)系密切。但AtACBP3與病原體及病原體分泌的脂質(zhì)間的相互作用機(jī)制尚不清楚[66-67]。acbp3、acbp4和acbp6突變體植株的角質(zhì)層缺陷也使它們對(duì)細(xì)菌(丁香假單胞菌Pseudomonas syringae DC3000和avrRpt2)和真菌(B.cinerea和Colletotrichum. higginsianum)的敏感性增強(qiáng)[45]，acbp1突變體植株的角質(zhì)層缺陷僅對(duì)B.cinerea的敏感性增強(qiáng)[38]。這些結(jié)果表明AtACBPs在維持角質(zhì)層完整性及促使植物對(duì)病原微生物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得抗性(systemic acquired resistance，SAR)方面發(fā)揮重要作用[45]。

8 總結(jié)

隨著對(duì)擬南芥ACBPs研究的不斷深入，人們對(duì)這類脂類載體蛋白在植物生長發(fā)育與逆境應(yīng)答過程中的分子調(diào)控機(jī)制有了更清楚的認(rèn)識(shí)。擬南芥AtACBPs的底物特異性和對(duì)各種脅迫的反應(yīng)與水稻OsACBPs存在著顯著的不同。這暗示著ACBPs家族的不同成員在物種間可能存在保守或特異的機(jī)制。然而，多數(shù)研究結(jié)果均來自于模式植物，對(duì)其他植物ACBPs的功能了解較少。我國東北和西北地區(qū)廣泛分布著多種具有較強(qiáng)耐鹽堿能力的牧草。它們是鹽堿地改良的先鋒植物，也是研究植物鹽堿應(yīng)答的良好模型。因此，深入研究耐鹽堿牧草ACBPs家族成員在生長發(fā)育與逆境應(yīng)答過程中的分子調(diào)控機(jī)制，對(duì)牧草種質(zhì)資源的開發(fā)、抗逆分子育種具有重要意義。此外，關(guān)于ACBPs對(duì)下游代謝過程調(diào)節(jié)的分子機(jī)制了解較少，深入開展ACBP互作蛋白質(zhì)的發(fā)掘并解析其相互作用機(jī)理十分必要。