三類植物脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族研究進(jìn)展

姜 雪，宋興舜，孟 威

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

0 引言

脂類是生物體內(nèi)的重要物質(zhì)之一，它不僅是生物膜的主要組分、為各種生理過程提供能量、作為信號(hào)分子參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而且還能夠構(gòu)成生物體表面的保護(hù)層[1]。植物脂類物質(zhì)的合成途徑多種多樣，包括發(fā)生在質(zhì)體的脂肪酸從頭合成和甘油脂合成和發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的磷脂合成、鞘酯合成以及三酰甘油合成等途徑；而脂肪酸β氧化則主要發(fā)生在過氧化物酶體[2]。細(xì)胞內(nèi)脂類物質(zhì)的有效運(yùn)輸為細(xì)胞器和膜的生物發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。脂質(zhì)運(yùn)輸方式可大致分為囊泡運(yùn)輸和非囊泡運(yùn)輸[2]。囊泡運(yùn)輸一般包括出芽、錨定和融合等過程，細(xì)胞內(nèi)膜性細(xì)胞器之間的物質(zhì)運(yùn)輸主要通過囊泡運(yùn)輸完成[3]。而非囊泡運(yùn)輸包括膜間脂質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)運(yùn)輸[3]，參與的蛋白質(zhì)家族主要包括脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白(lipid transfer proteins,LTPs)、三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)和?；o酶A結(jié)合蛋白(acyl-coenzyme A-binding proteins,ACBPs)[2,4]。

近年來，關(guān)于以上三個(gè)蛋白質(zhì)家族在植物脂質(zhì)運(yùn)輸中的作用機(jī)制研究取得了較大進(jìn)展，并且發(fā)現(xiàn)其中某些成員兼具調(diào)控脂質(zhì)運(yùn)輸、生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)的功能。值得注意的是，與LTPs和ABC transporter相比，ACBPs具有更廣泛的脂類底物結(jié)合能力，比如它們能夠結(jié)合長鏈及超長鏈?；o酶A(acyl-CoA)和磷脂[5]。此外，ACBPs具有更多樣化的亞細(xì)胞定位。綜合以上因素可以推測ACBPs在脂類物質(zhì)運(yùn)輸及相關(guān)方面具有的功能可能較LTPs和ABC transporter更加廣泛。因此，本文在介紹LTPs和ABC transporter在植物脂類代謝及相關(guān)功能研究進(jìn)展之外著重對(duì)ACBPs家族展開詳細(xì)的介紹。

1 植物脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白(LTPs)

LTPs廣泛分布于動(dòng)物、植物和微生物中。目前已從多種植物(如馬鈴薯[6]、辣椒[7]、玉米[8]、小麥[9]和擬南芥[10]等)、哺乳動(dòng)物(人類、牛和大鼠等)的肝臟以及一些物種的血漿和血淋巴中發(fā)現(xiàn)了LTPs[11-12]?？傮w來講，LTPs被分為兩種類型：第一類是在動(dòng)物和酵母中發(fā)現(xiàn)的特異脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(specific lipid transfer proteins,spLTPs)，僅能特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)一類或兩類磷脂[13-14]。第二類是非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(non-specific lipid transfer proteins,nsLTPs)，它不僅沒有特異性的底物要求，而且可以在體外與多種疏水分子發(fā)生可逆結(jié)合，如脂肪酸、脂酰輔酶A、磷脂、糖脂和角質(zhì)單體[13-14]。高等植物中存在大量的nsLTPs，并且將它們進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化分類。然而，盡管nsLTPs的分類方式經(jīng)歷了很多次的完善，但仍不能涵蓋所有植物nsLTPs，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。最新的nsLTPs分類方法是根據(jù)序列相似性、內(nèi)含子的位置、糖基磷脂酰肌醇修飾位點(diǎn)和8CM(eight conserved cysteine motif)結(jié)構(gòu)中半胱氨酸間距將其分為小分子量的類型I和大分子量的類型II及C-K亞家族[15]?，F(xiàn)有報(bào)道的植物nsLTPs多數(shù)屬于類型II。

體外研究顯示，LTPs能夠在體外促進(jìn)微粒體和線粒體膜之間的磷脂交換，因此，最初認(rèn)為LTPs在細(xì)胞內(nèi)的膜生物發(fā)生和磷脂的跨膜交換等過程中發(fā)揮主要作用[6]。但是隨后發(fā)現(xiàn)一些LTPs在N端都具有信號(hào)肽序列，并推測它們會(huì)進(jìn)入分泌途徑，最終定位于胞外[9]。事實(shí)證明，去除信號(hào)肽的小麥TaLTP40和TaLTP75定位于分泌途徑中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和液泡膜中[9]。免疫雜交顯示咖啡(Cc-LTP2)、西蘭花(WAX9)和無芒雀麥(BG-14)等多種植物的LTPs定位于細(xì)胞壁[16-18]。另外，在胡蘿卜胚細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生的胞外蛋白中、葡萄和菊苣體細(xì)胞胚胎的培養(yǎng)基中也純化出了幾種LTPs的亞型[19-21]，更加支持植物L(fēng)TPs是定位于細(xì)胞外的蛋白質(zhì)。2009年，Debono等發(fā)現(xiàn)擬南芥AtLTPG定位于蠟質(zhì)分泌旺盛的莖表皮細(xì)胞膜，且在擬南芥花期莖表皮角質(zhì)層的生物合成期間高度表達(dá)，同時(shí)ltpg突變體的莖表面蠟質(zhì)含量減少，以上結(jié)果推測AtLTPG直接或間接地參與了表皮的蠟質(zhì)沉積[22]。因此，定位于細(xì)胞外的LTPs非常有可能參與了植物細(xì)胞表面的脂質(zhì)運(yùn)輸，如蠟質(zhì)成分的跨壁轉(zhuǎn)運(yùn)[22]。這個(gè)研究發(fā)現(xiàn)為LTPs參與植物表皮脂質(zhì)的合成提供了進(jìn)一步的證據(jù)。然而，近期發(fā)現(xiàn)一些定位于細(xì)胞內(nèi)的LTPs則再次支持其參與細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠^點(diǎn)[23-24]。如豇豆種子中VuLTPs除了定位于細(xì)胞壁，還定位于蛋白貯藏液泡和脂質(zhì)小泡中[23]。Ha-AP10在向日葵種子中，除了定位于質(zhì)外體和細(xì)胞膜外，還定位于細(xì)胞內(nèi)一些未知結(jié)構(gòu)中[24]。

由LTPs介導(dǎo)的細(xì)胞外脂質(zhì)運(yùn)輸在植物花粉和種子發(fā)育過程中發(fā)揮重要的作用[25-26]。在正常生長條件下，擬南芥ltpg2-1、ltpg2-2、ltpg4-1、ltpg4-2、ltpg6-1和ltpg6-2突變體的不育胚珠數(shù)量增加，且ltpg3-1、ltpg4-1和ltpg4-2突變體的花粉粒都發(fā)生了變形和收縮，推測LTPs與軟木脂和孢粉質(zhì)聚合物的生物合成有關(guān)[25-26]（圖1）。

圖1 與脂質(zhì)運(yùn)輸相關(guān)的三類脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞細(xì)胞定位

然而，目前LTPs在其他植物生長發(fā)育或脅迫響應(yīng)方面功能研究并未與其脂質(zhì)運(yùn)輸能力直接聯(lián)系起來。如煙草NtLTP1.6(TobLTP2)可能通過與細(xì)胞壁疏水化合物結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞壁的非水解性破壞，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞壁的擴(kuò)張[27]。另外，通過在體外結(jié)合溶血磷脂(lysophospholipids)控制根瘤菌入侵根表皮細(xì)胞的能力，蒺藜苜蓿MtN5與根瘤的形成也密切相關(guān)[28]。此外，有些LTPs具有體外抑制細(xì)菌及真菌生長的能力而被注釋為病程相關(guān)蛋白，但是其抑制微生物生長的作用機(jī)制尚未完全確定[29]。鑒于LTPs具有結(jié)合脂以及抑制病原菌生長的能力，LTPs的作用機(jī)制可能與改變病原菌的細(xì)胞膜通透性有關(guān)[16]。例如咖啡Cc-LTP2對(duì)菜豆炭疽病菌、膠孢炭疽菌、茄病鐮刀菌、白術(shù)鐮刀根腐病菌和刺盤孢菌的生長均有抑制作用[16]。環(huán)境脅迫如冷、干旱、重金屬和鹽脅迫等會(huì)破壞細(xì)胞膜完整性，同時(shí)也會(huì)誘導(dǎo)一些LTPs基因的表達(dá)[9,30-31]。例如，小麥TaLTP40和TaLTP75在鹽脅迫處理后基因表達(dá)量升高，且過表達(dá)擬南芥耐鹽性增強(qiáng)，并且轉(zhuǎn)基因擬南芥總?cè)~綠素含量、膜損傷指數(shù)、總生物量、發(fā)芽率、成活率和相對(duì)生長率方面均優(yōu)于野生型[9]。因此，該研究推測TaLTPs表達(dá)量的提高可能是由膜流動(dòng)性的變化所驅(qū)動(dòng)的，并可能通過參與膜之間的脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)挚垢鞣N非生物脅迫[9]。類似的現(xiàn)象還存在于在水稻(OsDIL)以及苔蘚(PpLTPG2、PpLTPG3、PpLTPG4、PpLTPG5、PpLTPG6、PpLTPG7、PpLTPG8、PpLTPG9)中[30-31]。

2 三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABC transporter)

2.1 ABC transporter分類及亞細(xì)胞定位

ABC transporter是一個(gè)廣泛分布于原核生物及真核生物中的龐大蛋白質(zhì)家族。在植物擬南芥中有130個(gè)成員，水稻中有133個(gè)成員[32]。它利用ATP水解釋放的能量來進(jìn)行底物跨膜運(yùn)輸，其底物包括無機(jī)、有機(jī)小分子和各類有機(jī)大分子化合物，例如：氨基酸、脂類、無機(jī)離子、肽、糖類、金屬離子、藥物、維生素、蛋白質(zhì)和細(xì)胞代謝產(chǎn)物等[33]。典型的ABC transporter由2個(gè)位于細(xì)胞質(zhì)中的核苷酸結(jié)合域(nucleotide-binding domains,NBD)和2個(gè)嵌入雙層膜中的跨膜結(jié)構(gòu)域(transmembrane domains,TMD)組成[34]。NBD 序列高度保守，具有ATP水解酶的功能，為底物轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量；而TMD負(fù)責(zé)識(shí)別并使底物通過磷脂雙分子層，它的序列因底物不同而不同，具有多樣性[35]。ABC transporter有很多種分類方式。比如：根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生分析可分為ABCA-ABCG及ABCI 9個(gè)亞家族[36]；根據(jù)蛋白質(zhì)的大小等可分為全分子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、半分子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和可溶性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白三類[37]；根據(jù)底物在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)方向分為內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和外向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[38]。植物中ABC transporter的亞細(xì)胞定位集中在細(xì)胞膜和各種細(xì)胞器膜上。例如在擬南芥中，全分子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCB亞家族均定位于細(xì)胞膜[37,39]，半分子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ATM(ABC transporter of the mitochondria)亞家族定位于線粒體膜[37]，TGD(trigalactosyldiacylglycerol)蛋白家族定位于葉綠體膜[40]，全分子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PXA1定位于過氧化物酶體膜[41]，AtMRP2定位于液泡膜[42]。

2.2 ABC transporter與脂類代謝相關(guān)生物學(xué)功能

ABC transporter底物廣泛，并具有多種多樣的生物學(xué)功能。然而，在這個(gè)龐大的家族中，只有少部分成員在脂類代謝中發(fā)揮作用。擬南芥AtABCA9定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，負(fù)責(zé)調(diào)控細(xì)胞質(zhì)中的脂酰輔酶A或脂肪酸向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的運(yùn)輸[43]。過表達(dá)AtABCA9的擬南芥種子籽粒大小和籽油含量增加，而abca9突變體的種子表型則相反[43]。在脂類物質(zhì)降解過程中發(fā)揮重要作用的擬南芥PXA1屬于ABCD亞家族[32]。PXA1定位于過氧化物酶體膜，負(fù)責(zé)將三酰甘油水解后產(chǎn)生的長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)至過氧化物酶體中完成后續(xù)的β氧化過程[44]。在擬南芥pxa1突變體中，由于脂肪酸無法進(jìn)入過氧化物酶體，導(dǎo)致三酰甘油無法被正常利用產(chǎn)生能量用于種子萌發(fā)及后續(xù)的生長發(fā)育[44]。其他物種中的PXA1同源物也具有相同的亞細(xì)胞定位和類似功能，可見該蛋白的功能的保守性和重要性[45]。ABCG亞家族部分定位于細(xì)胞膜的成員在脂類代謝途徑中也發(fā)揮了一定作用，比如AtABCG11、AtABCG12、AtABCG13、和AtABCG32參與調(diào)控?cái)M南芥表皮蠟質(zhì)和角質(zhì)的運(yùn)輸[46-54]；AtABCG1、AtABCG9、AtABCG16、AtABCG26、和AtABCG31則通過調(diào)控花粉中的脂質(zhì)運(yùn)輸促進(jìn)花粉壁發(fā)育，與花粉育性息息相關(guān)[55-58]，而且水稻中OsABCG3和OsABCG15也具有相同的作用[59-63]。AtABCG2、AtABCG6和AtABCG20可能通過運(yùn)輸脂肪族聚合物前體調(diào)控植物根和種皮軟木脂的形成[57]。擬南芥TGD家族屬于ABCI亞家族，共有5個(gè)成員，TGD1、TGD2和TGD3定位于葉綠體的內(nèi)膜，TGD4定位于葉綠體外膜，而TGD5在內(nèi)膜和外膜之間架起橋梁（圖1）。在這樣一個(gè)復(fù)合體共同作用下完成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向葉綠體的脂質(zhì)運(yùn)輸[40]。

2.3 ABC transporter非脂類代謝相關(guān)生物學(xué)功能

縱觀ABC transporter 9個(gè)亞家族，目前與脂類代謝相關(guān)的基因出現(xiàn)在ABCA、ABCD、ABCG和ABCI四個(gè)亞家族，然而并不是以上四個(gè)亞家族中的所有成員都與脂質(zhì)運(yùn)輸相關(guān)。最新研究表明，過表達(dá)ABCG亞家族OsABCG45會(huì)影響茉莉酸的生物合成，從而激活與防御相關(guān)的基因，增強(qiáng)水稻對(duì)白葉枯病的防御力[64]。同時(shí)，過表達(dá)OsABCG45還可以提高水稻的產(chǎn)量[64]。AtABCG36具有輸送鈉離子的能力，在干旱和鹽脅迫下，擬南芥過表達(dá)AtABCG36能夠提高地上組織鮮重，減少褪綠葉，表現(xiàn)出對(duì)兩種脅迫的耐受性；相反，T-DNA插入突變體對(duì)干旱脅迫更敏感，并且地上組織鮮重降低[65]。

其他亞家族的生物學(xué)功能似乎沒有與脂類代謝建立起直接的聯(lián)系，且關(guān)于植物ABCE和ABCF亞家族的報(bào)道很少。例如，ABCB亞家族能夠運(yùn)輸生長素和其他植物激素，并因此參與調(diào)控植物的生長發(fā)育過程[66-67]。擬南芥atabcb19突變體的不定根數(shù)量比野生型顯著減少，且AtABCB19可以局部誘導(dǎo)IAA(indole-3-acetic acid)運(yùn)輸增強(qiáng)和積累，進(jìn)而促進(jìn)不定根的形成[66]。在擬南芥atabcb14突變體中，生長素運(yùn)輸?shù)臏p少可能引起花序莖中維管束發(fā)育的輕微中斷，導(dǎo)致花序軸中維管束和木質(zhì)部發(fā)育不正常[67]。擬南芥AtABCC5及其同源物具有運(yùn)輸六磷酸肌醇的能力[68]。在atabcc5突變體植株中回補(bǔ)AtABCC5可以恢復(fù)保衛(wèi)細(xì)胞對(duì)ABA(abscisic acid)的敏感性，推測其可能通過對(duì)六磷酸肌醇的轉(zhuǎn)運(yùn)參與了氣孔調(diào)節(jié)[68]。葡萄中的ABCC亞家族的VvABCC1具有轉(zhuǎn)運(yùn)花青素的功能[69]。定位于液泡膜的VvABCC1在漿果發(fā)育和成熟過程的外果皮中持續(xù)表達(dá)，并且在成熟期開始時(shí)表達(dá)量最高[69]。從表達(dá)VvABCC1的酵母細(xì)胞中分離出的微粒體表明其可以通過ATP和谷胱甘肽轉(zhuǎn)運(yùn)氯化錦葵色素3-葡糖苷[69]。鎘和鉛處理使擬南芥根中ABCC亞家族的AtATM3基因表達(dá)上調(diào)，并且AtATM3過表達(dá)植株對(duì)鎘的抗性增強(qiáng)，而atatm3突變植株對(duì)鎘的敏感性高于野生型，并推測它可能介導(dǎo)谷氨酰胺合成酶-Cd(II)復(fù)合物跨線粒體膜的運(yùn)輸[70]。

3 酰基輔酶A結(jié)合蛋白(ACBPs)

3.1 植物ACBPs分類及亞細(xì)胞定位

作為?；o酶A的主要載體蛋白，ACBPs具有一個(gè)高度保守的酰基輔酶A結(jié)合域(acyl-CoA-binding domain,ACB)，能夠結(jié)合碳鏈長度區(qū)間為C12-C26的酰基輔酶A[71]。此外，ACB還具有結(jié)合磷脂酸(phosphatic acid,PA)、磷脂酰膽堿(phosphatidyl cholines,PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE)、磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine,PS)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)等磷脂的能力[71]。目前已經(jīng)在幾乎所有真核生物及一些原核生物和病毒中發(fā)現(xiàn)編碼ACBPs的基因[71]。在植物中，根據(jù)功能域組成和分子量大小將ACBPs分成4類：第一類是只具有一個(gè)ACB的小分子量ACBPs(Small ACBPs)；第二類是具有N端ACB和C端ankyrin結(jié)構(gòu)域的大分子量ACBPs(ANK-ACBPs)；第三類是只具有一個(gè)ACB的大分子量ACBPs(Large ACBPs)；第四類是具有N端ACB和C端kelch結(jié)構(gòu)域的大分子量ACBPs(Kelch-ACBPs)[5]。在模式植物擬南芥和水稻中，大量研究結(jié)果表明ACBPs不僅在維持細(xì)胞內(nèi)脂類代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，而且通過其?；o酶A和磷脂結(jié)合能力來參與調(diào)控植物生長發(fā)育，包括早期胚胎發(fā)生和葉片衰老，以及響應(yīng)各種生物脅迫和非生物脅迫，如重金屬脅迫，氧化脅迫，低溫脅迫和病原體感染等[5]。

與LTPs和ABC transporter一樣，ACBPs發(fā)揮作用的機(jī)制也受制于它的亞細(xì)胞定位。在植物中，只有擬南芥和水稻中四類ACBPs的亞細(xì)胞定位已經(jīng)全部明確（圖1），其他物種中只有部分報(bào)道。在現(xiàn)有研究中，所有第一類ACBPs都定位于細(xì)胞質(zhì)，包括擬南芥(AtACBP6)、水稻(OsACBP1-3)、甘藍(lán)(BnACBP)、小球藻(ChACBP1)、巴西橡膠樹(HbACBP1)和向日葵(HaACBP6)[72-77]；第二類 ACBPs在擬南芥(AtACBP1、AtACBP2)和水稻(OsACBP4)中均定位于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[73,78-79]，但是在巴西橡膠樹(HbACBP2)中只定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[76]；第三類ACBPs在擬南芥(AtACBP3)中具有多樣的亞細(xì)胞定位，如質(zhì)外體、細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基復(fù)合體周圍[80]，而水稻OsACBP5只定位于質(zhì)外體，油桐VfACBP3A、VfACBP3B定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[81-82]，葡萄第三類VvACBP則主要分布在細(xì)胞邊際和細(xì)胞骨架上[83]；第四類ACBPs在擬南芥(AtACBP4、AtACBP5)中定位于細(xì)胞質(zhì)[84]，在水稻(OsACBP6)中定位于過氧化物酶體[73]。

從以上亞細(xì)胞定位分布來看，第一類小分子量ACBPs在包括低等植物以及單雙子葉植物在內(nèi)的多種植物中均定位于細(xì)胞質(zhì)，可見其功能具有保守性。盡管第二類ACBPs在不同的植物中的亞細(xì)胞定位有差別，但是這些細(xì)胞器都屬于內(nèi)膜系統(tǒng)，因此可以推測第二類ACBPs發(fā)揮作用的位點(diǎn)是內(nèi)膜系統(tǒng)。第三類和第四類ACBPs的亞細(xì)胞定位具有多樣性，涉及多個(gè)細(xì)胞器，如內(nèi)膜系統(tǒng)、質(zhì)外體、細(xì)胞骨架、細(xì)胞質(zhì)和過氧化物酶體。因此，綜合考慮四類ACBPs在多種植物中的亞細(xì)胞定位可以發(fā)現(xiàn)，植物ACBPs作用位點(diǎn)分布廣泛，幾乎涉及到脂類代謝途徑中的所有細(xì)胞器。

3.2 植物ACBPs參與植物生長發(fā)育過程

眾所周知，脂類代謝是生物體內(nèi)至關(guān)重要的代謝途徑之一。由ACBPs介導(dǎo)的脂質(zhì)運(yùn)輸途徑除了在維持體內(nèi)脂類代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用之外還參與調(diào)控多種生理過程。到目前為止，植物ACBPs功能研究進(jìn)展仍然是大部分來源于對(duì)模式植物擬南芥和水稻ACBPs家族的研究。

在胚發(fā)育過程中，第二類擬南芥AtACBP1和AtACBP2和第一類水稻OsACBP2都發(fā)揮了重要作用。盡管屬于不同類別，但是它們的轉(zhuǎn)錄本在胚發(fā)育階段大量積累[85-86]。擬南芥AtACBP1和AtACBP2共同缺失會(huì)破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞膜之間18:0-CoA、MGDG(monogalactosyldiacylglycerol)和大部分磷脂運(yùn)輸，因此對(duì)胚的發(fā)育造成致死性效應(yīng)[85-86]。此外，在ABA介導(dǎo)的種子休眠和萌發(fā)途徑中，過量表達(dá)AtACBP1提高PA含量，促進(jìn)ABA信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)控種子休眠和萌發(fā)以及后續(xù)的幼苗生長發(fā)育[85]。過量表達(dá)水稻OsACBP2顯著提高種子中三酰甘油和長鏈脂肪酸含量并促進(jìn)籽粒生長和重量增加[87]。與之相對(duì)應(yīng)的是OsACBP2缺失導(dǎo)致種子萌發(fā)率下降并延遲，同時(shí)籽粒生長和重量均下降[87]。在其他植物中也有關(guān)于ACBPs對(duì)種子脂類成分的影響的報(bào)道，比如過表達(dá)第一類甘藍(lán)BnACBP擬南芥種子油中多不飽和脂肪酸增加，推測BnACBP可能參與了脂肪酸延伸和去飽和途徑中?；o酶A庫和PC庫之間的酰基交換進(jìn)而促進(jìn)飽和脂肪酸和二十碳烯酸合成多不飽和脂肪酸[74]。第一類向日葵HaACBP6體外重組表達(dá)后與各種?；o酶A酯和磷脂在體外的特異性結(jié)合表明HaACBP6可能參與葵花籽油的合成[77]。

由于ACBPs功能缺失或增強(qiáng)引起的脂類代謝變化導(dǎo)致的生理效應(yīng)不僅局限于種子發(fā)育，例如，AtACBP1與STEROL C4-METHYL OXIDASE1相互作用共同調(diào)節(jié)脂肪酸和固醇穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子homeodomain-leucinezipperIV的表達(dá)變化[88]。AtACBP3通過與PE相互作用調(diào)節(jié)膜磷脂代謝和ATG8的穩(wěn)定性，從而調(diào)節(jié)自噬介導(dǎo)的葉片衰老[89-90]。擬南芥同時(shí)缺失3個(gè)定位于細(xì)胞質(zhì)的AtACBP4、AtACBP5和AtACBP6導(dǎo)致花粉中脂滴含量下降，同時(shí)伴隨花粉萌發(fā)率下降[91]。水稻缺失OsACBP6導(dǎo)致18:3-CoA大量積累，并且破壞ROS(reactive oxygen species)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)致生長發(fā)育緩慢[92]。

3.3 植物ACBPs在脅迫響應(yīng)中的重要作用

在脅迫響應(yīng)中，由ACBPs介導(dǎo)的脂質(zhì)運(yùn)輸途徑也發(fā)揮了不容忽視的作用。過表達(dá)AtACBP1的擬南芥植株和過表達(dá)AtACBP1和AtACBP4的轉(zhuǎn)基因油菜均對(duì)Pb(II)具有耐受性[93-94]。與此同時(shí)，過表達(dá)AtACBP2的擬南芥植株對(duì)Cd(Ⅱ)和氧化脅迫(如H2O2)的耐受力更強(qiáng)[86]。在這兩項(xiàng)研究中，ACBPs利用結(jié)合膜修復(fù)前體18:2-CoA和18:3-CoA的能力，對(duì)重金屬脅迫對(duì)細(xì)胞膜造成的脂質(zhì)過氧化進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，從而提高對(duì)重金屬的耐受性[86,93-94]。AtACBP3通過與長鏈脂肪酸結(jié)合調(diào)節(jié)糖基肌醇磷?；窠?jīng)酰胺(glycosylinositol phosphorylceramides)的合成，進(jìn)而參與植物對(duì)低氧脅迫的響應(yīng)[95]。AtACBP1和AtACBP6能夠利用脂質(zhì)運(yùn)輸能力響應(yīng)低溫脅迫[72,96]。過表達(dá)AtACBP1的擬南芥植株P(guān)C含量降低和PA含量升高，而過表達(dá)AtACBP6的擬南芥植株和atacbp1突變體與其相反，推測兩者可能通過與PA的結(jié)合維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性從而提高擬南芥的抗凍性[72,96]。

在大分子量ACBPs中，除了ACB功能域之外，還有ankyrin repeats和kelch motif這樣的功能域[5]。這些額外的功能域賦予大分子量的ACBPs與其他蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用的能力[97]。例如，擬南芥過表達(dá)AtACBP2對(duì)ABA的敏感性增加，致使保衛(wèi)細(xì)胞ROS的產(chǎn)生促進(jìn)氣孔關(guān)閉，從而減少水分流失和增強(qiáng)耐旱性[98]。另外，在低氧條件下，Ⅶ類乙烯響應(yīng)因子與AtACBP1和AtACBP2發(fā)生解離進(jìn)入細(xì)胞核激活低氧反應(yīng)基因的表達(dá)，進(jìn)而提高植株對(duì)低氧的耐受性[99]。擬南芥AtACBP2和AtACBP4分別通過ankyrin repeats和kelch motif與乙烯響應(yīng)元件結(jié)合蛋白相互作用在植物防御方面發(fā)揮生物學(xué)功能[100-101]。在生物脅迫方面，也具有重要的作用。如在水稻中，植物病原菌可以誘導(dǎo)OsACBP5的表達(dá)，且過表達(dá)OsACBP5的擬南芥植株對(duì)部分細(xì)菌病害和真菌病害的抗病性增強(qiáng)，蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明OsACBP5通過上調(diào)生物脅迫相關(guān)蛋白的表達(dá)增強(qiáng)對(duì)多種植物病原菌的抗性[102]。擬南芥過表達(dá)AtACBP3對(duì)丁香假單胞菌引起的細(xì)菌性斑疹病的抗性增強(qiáng)[103]，且AtACBP3與PE結(jié)合調(diào)節(jié)自噬體的形成和ATG8的穩(wěn)定性參與真菌感染期間的防御反應(yīng)[89]。

除擬南芥和水稻之外的植物ACBPs的功能研究也取得較大進(jìn)展。盡管相關(guān)基因的作用機(jī)制并沒有得到深入研究，但是大量的多物種證據(jù)進(jìn)一步證實(shí)植物ACBPs參與了植物生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)，并發(fā)揮重要的作用。例如在小球藻[75]和葡萄[83]中，也發(fā)現(xiàn)ACBPs有抵抗低溫脅迫的能力，且過表達(dá)相關(guān)基因可以提高植株對(duì)氧化脅迫的耐受性。此外，有些物種中ACBPs基因功能尚不明確，但是基因表達(dá)受到多種脅迫的誘導(dǎo)，如棉花GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6[104]以及蘋果MdACBP2[105]。

4 總結(jié)與展望

植物脂類代謝途徑的研究進(jìn)展主要依賴于對(duì)雙子葉模式植物擬南芥中相關(guān)蛋白質(zhì)的功能研究。擬南芥脂類代謝途徑已經(jīng)得到深度解析，從脂類物質(zhì)合成到脂類物質(zhì)降解，以及過程中的脂類物質(zhì)運(yùn)輸，大部分環(huán)節(jié)涉及到的蛋白質(zhì)功能已經(jīng)明確。隨著測序技術(shù)的不斷提高，成本降低，大量的植物基因組已經(jīng)公布。到目前為止，可以獲取包括擬南芥在內(nèi)的46種雙子葉植物、包括水稻在內(nèi)的28種單子葉植物以及多種裸子植物和低等植物的基因組序列。結(jié)合生物化學(xué)、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等方法，擬南芥之外植物物種中脂類代謝相關(guān)基因逐漸走進(jìn)大家的視野，然而它們的作用機(jī)制尚待深入研究。本文綜述了不同植物中LTP、ABC transporter和ACBP三類脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白研究進(jìn)展。基因組數(shù)據(jù)顯示這三類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物中都以多基因家族的形式存在?，F(xiàn)有報(bào)道中前兩者中只有部分成員直接參與到脂類代謝途徑中，而ACBP家族成員幾乎全部與脂類代謝相關(guān)。在不同的亞細(xì)胞位置上，這三類主要的脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在脂類物質(zhì)運(yùn)輸方面發(fā)揮了重要作用。在不同的植物中，除個(gè)別基因外，大部分基因的亞細(xì)胞定位和基因功能都是比較保守的。然而，正是由于這些亞細(xì)胞定位或功能不保守基因的存在讓研究人員意識(shí)到植物脂類代謝途徑在不同植物物種間是存在差異的，而這些差異基因必將會(huì)成為全面揭示植物脂類代謝途徑的重點(diǎn)研究對(duì)象。

在今后的研究中，以下方面值得我們予以關(guān)注，首先，因?yàn)閿M南芥和水稻在遺傳轉(zhuǎn)化和突變體資源方面具有優(yōu)勢，并且二者被認(rèn)為是雙子葉和單子葉的模式植物，所以大部分基因功能的研究都是基于以上兩種植物展開，或者是在這兩種植物中進(jìn)行異源表達(dá)挖掘基因功能。隨著CRISPR/Cas9技術(shù)的普及，在其他植物中進(jìn)行本源基因功能研究也變得觸手可及。因此，在比較單雙子葉脂類物質(zhì)代謝途徑研究中應(yīng)盡可能收集多物種基因功能證據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)。其次，著重對(duì)在進(jìn)化過程中發(fā)生功能分化的基因進(jìn)行功能研究并挖掘其進(jìn)化意義。單雙子葉植物在100多個(gè)百萬年前發(fā)生分化，如果能在功能分化基因當(dāng)中挖掘出能反映進(jìn)化歷程的關(guān)鍵基因，那么將為單雙子葉進(jìn)化機(jī)制提供有力證據(jù)。最后，大多數(shù)脂類代謝相關(guān)基因都不同程度地參與了植物生長發(fā)育調(diào)控和脅迫響應(yīng)，然而，只在少數(shù)研究中揭示了脂類代謝在這些過程中的作用機(jī)制。因此，在今后研究脂類代謝相關(guān)基因在生長發(fā)育或脅迫響應(yīng)中的作用機(jī)制過程中，應(yīng)同時(shí)考慮該基因?qū)χ惔x的影響，從而探明脂類代謝在生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)中的重要作用。