MIXTA/MIXTA-like基因特征及其對(duì)植物表皮細(xì)胞分化的調(diào)控

周芳偉，吳懷通，尹佟明

(教育部林木遺傳與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省林木遺傳與高效培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

MYB (V-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)轉(zhuǎn)錄因子是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，調(diào)控表皮毛發(fā)育、根毛密度、花和種子發(fā)育，參與次生代謝以及對(duì)生物和非生物脅迫反應(yīng)[1-2]，與bHLH轉(zhuǎn)錄因子和WD40蛋白結(jié)合形成MBW轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物啟動(dòng)下游基因的表達(dá)。根據(jù)保守結(jié)構(gòu)域的重復(fù)次數(shù)，MYB 家族分為4個(gè)亞家族，其中R2R3 MYB是最大的亞家族[3-4]，也是目前功能研究最為廣泛的一類MYB轉(zhuǎn)錄因子，通常在N端包含2個(gè)不完全的MYB重復(fù)序列，在C端包含轉(zhuǎn)錄激活或抑制域[5]。R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥(Arabidopsisthaliana)中有125個(gè)基因成員，依據(jù)C端序列差異分為25個(gè)亞組，每個(gè)亞組有較為獨(dú)立的特殊功能，例如第6亞組基因參與花青素的生物合成、第22亞組成員在非生物脅迫響應(yīng)過(guò)程發(fā)揮重要作用、第21亞組成員廣泛參與腋芽分生組織調(diào)節(jié)。其中，MIXTA/MIXTA-like基因?qū)儆诘?亞組[3,5-7]。

MIXTA/MIXTA-like基因主要參與表皮細(xì)胞分化，第1個(gè)MIXTA基因是從金魚草(Antirrhinummajus)突變體中鑒定出來(lái)的，命名為AmMIXTA，是金魚草花瓣表皮細(xì)胞分化為錐形細(xì)胞的關(guān)鍵調(diào)控因子[8]。后續(xù)還鑒定出3個(gè)與MIXTA基因功能相似的同源基因分別是AmMYBML1(MYBMIXTA-like1)、AmMYBML2和AmMYBML3[9-10]，都在金魚草花瓣表皮細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用，它們的功能相似或相同但并不冗余[10]。近幾年，越來(lái)越多的研究報(bào)道了MIXTA/MIXTA-like基因在不同植物中參與調(diào)控表皮細(xì)胞錐形化，同時(shí)對(duì)角質(zhì)層及表皮蠟質(zhì)合成、表皮毛發(fā)育也起到調(diào)控作用，這類基因被證實(shí)是參與植物表皮細(xì)胞分化的主要調(diào)控因子。

植物表皮細(xì)胞分化后主要形成錐形化細(xì)胞、角質(zhì)層以及多種形態(tài)的表皮毛等植物表皮附著物。錐形化細(xì)胞是表皮細(xì)胞分化形成的一種高于扁平細(xì)胞的凸起狀錐形細(xì)胞[8,11-12]，其中花瓣表皮細(xì)胞的錐形化在自然界中廣泛存在[13]，且不同植物之間的細(xì)胞大小，圓錐形的角度和高度也存在顯著差異。圓錐形細(xì)胞與花瓣的顏色、對(duì)光的捕獲和反射、氣味的產(chǎn)生、潤(rùn)濕性以及傳粉媒介在花表面的附著力有關(guān)[13-15]。

許多陸地植物組織器官的表面有角質(zhì)層，是抵抗生物和非生物脅迫的第1道屏障[16-17]。植物角質(zhì)層的保護(hù)功能取決于其組成成分的物理化學(xué)性質(zhì)。植物角質(zhì)層通常由2個(gè)主要成分組成：角質(zhì)支架以及圍繞角質(zhì)支架的表皮蠟[18]。角質(zhì)層蠟質(zhì)是減少非氣孔失水的主要屏障之一，對(duì)植物耐旱性發(fā)揮重要作用[17-18]。目前在擬南芥、番茄(Solanumlycopersicum)、洋桔梗(Eustomagrandiflorum)和地錢(Marchantiapolymorpha)等多個(gè)植物種中均發(fā)現(xiàn)MIXTA/MIXTA-like基因?qū)琴|(zhì)層及表皮蠟質(zhì)合成具有調(diào)控作用。

表皮毛是植物表皮細(xì)胞凸起、分化后附著在植物表面的一種特殊結(jié)構(gòu)。表皮毛的存在加強(qiáng)了對(duì)表皮的保護(hù)作用，可以減少食草動(dòng)物和取食昆蟲的侵害[19-21]，還可以減少蒸騰，有利于植物生長(zhǎng)[22-23]。在擬南芥、番茄、黃花蒿(Artemisiaannua)、黃瓜(Cucumissativus)及楊樹(Populus)等多個(gè)植物種中均發(fā)現(xiàn)MIXTA/MIXTA-like基因參與表皮毛的發(fā)育調(diào)控[20-23]。種毛是一種特殊的表皮毛，是附屬在植物種子表面的毛狀纖維，起到輔助種子擴(kuò)散和傳播的作用。如棉花(Gossypiumhirsuta)的棉纖維發(fā)育起始于胚珠表皮細(xì)胞，由單細(xì)胞分化而來(lái)。目前棉纖維發(fā)育已得到較為深入的研究[24-25]，棉纖維細(xì)胞的起始分化期決定了有多少胚珠表皮細(xì)胞發(fā)育成棉纖維[26-27]，因此闡明調(diào)控棉纖維起始分化的關(guān)鍵基因GhMML(GossypiumhirsuteMYBMIXTA-Like)[28]，對(duì)提高棉花產(chǎn)量有重要意義，也為其他植物的種毛發(fā)育研究提供參考[29-31]，特別是對(duì)楊樹、柳樹(Salixspp.)和法國(guó)梧桐(Platanusorientalis)等的飛絮治理有重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，MIXTA/MIXTA-like基因在調(diào)控表皮細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用[32]，不同植物中的MIXTA/MIXTA-like基因數(shù)目不同，但MIXTA/MIXTA-like基因在結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式上有較高的相似性，因此，MIXTA/MIXTA-like基因是鑒定表皮細(xì)胞分化潛在遺傳機(jī)制的重要候選基因。了解MIXTA/MIXTA-like基因的特征及其對(duì)植物表皮細(xì)胞分化調(diào)控的研究進(jìn)展，對(duì)于闡明木本植物表皮細(xì)胞分化的分子調(diào)控，尤其是對(duì)加速林木飛絮污染防治基礎(chǔ)研究，具有重要意義。

1 MIXTA/MIXTA-like基因的序列特征

MIXTA/MIXTA-like基因?qū)儆贛YB轉(zhuǎn)錄因子家族中的一類序列和功能保守的亞家族基因，有典型的MYB轉(zhuǎn)錄因子序列特征。MYB轉(zhuǎn)錄因子通常在N端含有高度保守的MYB結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域是一段51～52個(gè)氨基酸的肽段，包含4個(gè)不完整的氨基酸重復(fù)序列(R)，每個(gè)重復(fù)序列在三維空間中構(gòu)成 3 個(gè)α-螺旋，第2個(gè)和第3個(gè)螺旋以3個(gè)色氨酸殘基為疏水核心構(gòu)成“螺旋—轉(zhuǎn)角—螺旋(HTH)”結(jié)構(gòu)，MYB 轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)該結(jié)構(gòu)與 DNA 結(jié)合[33-34]。MYB結(jié)構(gòu)域根據(jù)堿基數(shù)目和色氨酸保守性上存在的差異分為R1、R2和R3 這3種類型，根據(jù)結(jié)構(gòu)域含有的R重復(fù)片段數(shù)將MYB超家族成員分為 1R-MYB (MYB-related proteins)、2R-MYB(R2R3)、3R-MYB(R1R2R3)和 4R-MYB(R1R2R2R1/2-MYB) 4個(gè)亞家族，R2R3 MYB亞家族是植物中最豐富的類型[3,33]。在擬南芥中已發(fā)現(xiàn)大約125個(gè)R2R3 MYB成員，這些成員在系統(tǒng)發(fā)育樹上被聚成25個(gè)亞組[34]。

R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子第9亞組(subgroup 9，SBG9)的基因除N端2個(gè)高度保守的R2R3 MYB結(jié)構(gòu)域外，在C端還存在1個(gè)高度保守的第9亞組特征基序(SBG9基序)[3]，這種高度保守的SBG9基序一般由10～22個(gè)氨基酸組成(序列通常為AQWESAR**AE*RL*RES)[8,31,34]。通過(guò)對(duì)SBG9基因序列分析，發(fā)現(xiàn)SBG9基因C端保守性較低，出現(xiàn)較高頻率的插入/缺失突變，以及同義和非同義替換[31]。在種子植物中，SBG9基因序列C端存在2個(gè)差異明顯的基序，進(jìn)一步將含SBG9基序的基因分成含SBG9-A基序和含SBG9-B基序這兩類基因(圖1)。含SBG9-A基序的基因在真雙子葉植物基因組復(fù)制事件中又產(chǎn)生了2個(gè)明顯分支，與最早鑒定出來(lái)的金魚草中的AmMIXTA基因聚在同一分支的命名為MIXTA，另一分支命名為MIXTA-like。含SBG9-B基序的基因在真雙子葉植物基因組復(fù)制事件中也產(chǎn)生了2個(gè)分支，分別稱為MYB17和MYB17-like(圖1)。

圖1 R2R3 MYB SBG9基因的分類及功能域結(jié)構(gòu)示意圖

2 MIXTA/MIXTA-like基因的表達(dá)特征

真核生物基因組大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜[35]，基因表達(dá)調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程。解析MIXTA/MIXTA-like基因的生物學(xué)功能，需要首先了解MIXTA/MIXTA-like基因在不同植物中及在不同組織器官中的時(shí)空表達(dá)模式。研究發(fā)現(xiàn)，MIXTA/MIXTA-like基因在不同植物中的表達(dá)有一定的組織特異性，主要在花和葉片中高水平表達(dá)。例如：首先在金魚草中鑒定出來(lái)的AmMIXTA在花瓣中優(yōu)勢(shì)表達(dá)[36]，其同源基因AmMYBML2基因在花瓣發(fā)育中表達(dá)相對(duì)較晚，明顯晚于AmMIXTA的表達(dá)高峰，在剛剛開放的花冠中表達(dá)量最大。AmMYBML2在葉片中同樣也有表達(dá)，尤其是在擴(kuò)展期和成熟期葉片中[36]表達(dá)量更高。同樣，擬南芥的AtMYB16和AtMYB106也具有相似的表達(dá)模式，他們?cè)诨ㄓ绕涫腔ò曛斜磉_(dá)量最高，但這2種基因在葉片中也有表達(dá)，尤其是在較幼嫩的蓮座葉中優(yōu)勢(shì)表達(dá)[34,37-38]。矮牽牛(Petuniahybrida)的MIXTA-like基因PhMYB1也在花中高表達(dá)，并且表達(dá)量與花發(fā)育的不同階段有關(guān)[36]。猴面花(Mimulushybridus)中鑒定的MlMYBML7基因的表達(dá)僅限于花組織，且在花冠發(fā)育的9～10 mm階段達(dá)到頂峰[39]。洋桔梗的EgMIXTA1和黃花蒿的AaMIXTA1都在花芽中有較高的表達(dá)[40]。番茄的SlMIXTA-like表達(dá)譜顯示其在花瓣中顯著高表達(dá)[41-42]。此外，也有一些MIXTA基因在子房中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，例如黃瓜的CsMYB6在黃瓜果刺發(fā)生過(guò)程中主要表達(dá)于子房表皮[43-44]。同時(shí)也存在一些MIXTA基因在胚珠發(fā)育過(guò)程中特異表達(dá)，例如棉花的10個(gè)GhMML基因，他們主要在棉纖維起始發(fā)育過(guò)程的胚珠表皮細(xì)胞中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，其中一些GhMML基因(GhMML3、GhMML4、GhMML7、GhMML8、GhMML9、GhMML10)在無(wú)絮突變體(SL-7-1、MD17、XZ142f1)中表達(dá)下調(diào)[17]。

綜上，MIXTA/MIXTA-like基因在不同植物中，表達(dá)部位可能不完全一致，主要在花和葉片中高水平表達(dá)，也有在胚珠和子房中優(yōu)勢(shì)表達(dá)。造成這個(gè)差異的原因，可能是植物在進(jìn)化過(guò)程中，不同植物的組織器官發(fā)生特化，MIXTA/MIXTA-like基因家族成員也發(fā)生了不同程度的擴(kuò)張或收縮。

3 MIXTA/MIXTA-like基因?qū)Ρ砥ぜ?xì)胞分化的調(diào)控作用

3.1 MIXTA/MIXTA-like基因?qū)Ρ砥ぜ?xì)胞錐形化的調(diào)控作用

蟲媒花植物中，花的顏色和構(gòu)造是影響授粉昆蟲吸引的關(guān)鍵因素?；ò觐伾苫ㄉ爻煞趾秃?、環(huán)境以及花瓣表皮細(xì)胞的特性決定?；ò暝谖诜劾ハx的過(guò)程中不斷進(jìn)化，表皮細(xì)胞形狀發(fā)生改變進(jìn)化出圓錐形表皮細(xì)胞，可以增強(qiáng)花瓣表面的顏色強(qiáng)度和亮度[8,22-23]。MIXTA/MIXTA-like編碼的R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子已經(jīng)在多個(gè)物種中被鑒定出可以促進(jìn)扁平細(xì)胞分化形成錐形表皮細(xì)胞。在金魚草中首先鑒定的AmMIXTA被證實(shí)對(duì)花瓣錐形表皮細(xì)胞形成起積極調(diào)控作用。隨后又在金魚草中鑒定出3個(gè)MIXTA-like同源基因(AmMYBML1、AmMYBML2和AmMYBML3)也在花瓣中表達(dá)，表明在同一物種的同一組織中會(huì)有多個(gè)MIXTA基因發(fā)揮作用。AmMYBML1主要對(duì)金魚草腹瓣的錐形表皮細(xì)胞形成起調(diào)控作用[45]。AmMYBML2在花冠中表達(dá)量最高，與矮牽牛的PhMYB1和擬南芥的AtMYB16的親緣關(guān)系最為密切，它們具有相似的生物學(xué)功能，促進(jìn)細(xì)胞單向擴(kuò)張，決定花瓣表皮細(xì)胞伸展生長(zhǎng)的程度[36]。唐松草屬(Thalictrum)的MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子TtMYBML2具有與AmMYBML2和PhMYB1相似的功能，參與調(diào)控花瓣表皮細(xì)胞錐形化，在煙草(Nicotianatabacum)過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)心皮表皮細(xì)胞向外生長(zhǎng)，并顯著增加花瓣正面表皮圓錐細(xì)胞的高度[46]。

MIXTA/MIXTA-like基因除了參與花瓣中錐形表皮細(xì)胞的形成，在猴面花中還鑒定出一種編碼R2R3 MYB的MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子MlMYBML7，通過(guò)調(diào)節(jié)花瓣腹側(cè)表皮細(xì)胞錐形化，使其在花瓣腹側(cè)形成 2 個(gè)毛茸茸的形狀類似于脊的結(jié)構(gòu)，稱之為“花蜜向?qū)А盵47]。MlMYBML7控制猴面花中的花蜜向?qū)纬?，同時(shí)還促進(jìn)類胡蘿卜素色素沉積，花蜜向?qū)?duì)紫外線反射的響應(yīng)較強(qiáng)烈，類胡蘿卜素使花瓣色彩鮮艷，花心部位顏色較深，從而形成鮮明的顏色對(duì)比以吸引昆蟲授粉[39]。此外，在番茄中還發(fā)現(xiàn)SlMIXTA-like沉默植株番茄果實(shí)表皮錐形細(xì)胞發(fā)育受影響，同時(shí)采后失水并且對(duì)病原體的抵抗力發(fā)生了變化[41]。說(shuō)明MIXTA/MIXTA-like基因?qū)麑?shí)中表皮細(xì)胞錐形化也起到調(diào)控作用。

3.2 MIXTA/MIXTA-like基因?qū)琴|(zhì)層及表面蠟質(zhì)的調(diào)控作用

植物角質(zhì)層一般由植物表皮細(xì)胞合成和分泌，在植物與環(huán)境的界面形成疏水層[48-49]，限制非蒸騰作用，防止水分流失[50-51]。此外，角質(zhì)層還可以作為物理屏障，抵御紫外線輻射、病原體攻擊和機(jī)械損傷[27,29]。擬南芥被作為研究遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的一種模式植物，具有典型的角質(zhì)層結(jié)構(gòu)及組分，在擬南芥中首先發(fā)現(xiàn)了參與角質(zhì)層生物合成以及蠟沉積的AP2/EREBP 超家族ERF亞家族的WAX INDUCER1/SHINE1(WIN1/SHN1)轉(zhuǎn)錄因子[52-53]，過(guò)表達(dá)WIN1/SHN1可以增加角質(zhì)和蠟質(zhì)的產(chǎn)生[54]。近期的研究在維管植物角質(zhì)層形成的生化和遺傳基礎(chǔ)方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展[29-30,55]， 揭示了維管植物中調(diào)節(jié)角質(zhì)層生物合成的遺傳網(wǎng)絡(luò)，其中MYB轉(zhuǎn)錄因子起著核心作用。

擬南芥中調(diào)節(jié)表皮細(xì)胞發(fā)育的編碼R2R3 MYB的MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子MYB16和MYB106通過(guò)直接激活角質(zhì)層生物合成基因WIN1/SHN1來(lái)控制擬南芥中的角質(zhì)層形成[51,56]。MYB106和MYB16的敲除導(dǎo)致表皮缺陷，角質(zhì)和蠟質(zhì)減少。相反，MYB106過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)角質(zhì)和蠟質(zhì)合成，并提高WIN1/SHN1的表達(dá)[57]。WIN1/SHN1表達(dá)被MYB106-VP16(在MYB106編碼序列的C端添加VP16 轉(zhuǎn)錄激活域序列)誘導(dǎo)并被MYB106-SRDX(在MYB106編碼序列的C端添加SRDX 轉(zhuǎn)錄抑制域序列)抑制，表明MIXTA-like蛋白和WIN1/SHN1協(xié)同調(diào)節(jié)角質(zhì)的生物合成和蠟積累[58]。番茄的MIXTA-like基因SlMIXTA-like對(duì)果實(shí)角質(zhì)層和錐形表皮細(xì)胞的形成均有積極的調(diào)節(jié)作用，并與角質(zhì)層聚合物的形成、角質(zhì)層的組裝和表皮細(xì)胞的模式化有關(guān)[41]。地錢的MIXTA-like基因MpSBG9也是角質(zhì)層生物合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其優(yōu)先調(diào)節(jié)角質(zhì)形成的同源基因的表達(dá)，而不是蠟的生物合成基因[59]。還有一些MIXTA-like基因在角質(zhì)層發(fā)育過(guò)程中主要對(duì)表皮蠟起重要調(diào)控作用，洋桔梗EgMIXTA1基因過(guò)表達(dá)的植物在葉表面有更多的蠟晶沉積，并且角質(zhì)層蠟的總量也明顯增加。表明它參與角質(zhì)蠟的生物合成[40]。綜上，MIXTA/MIXTA-like基因參與了不同植物的角質(zhì)層的生物合成，在不同物種間的功能具有保守性。尤其是在植物進(jìn)化早期的物種苔蘚中，也發(fā)現(xiàn)了MIXTA/MIXTA-like基因參與了角質(zhì)層的合成調(diào)控，這意味著陸地植物特有的MIXTA-MYB譜系在角質(zhì)層的早期起源和進(jìn)化中起著重要作用。

3.3 MIXTA/MIXTA-like基因?qū)Ρ砥っl(fā)育的調(diào)控作用

植物表皮毛是由表皮細(xì)胞分化而來(lái)的一種特殊的單細(xì)胞或多細(xì)胞結(jié)構(gòu)[60]，分為有分泌功能的腺毛和不具分泌功能的非腺毛[61]。在植物表面起保護(hù)作用，如提供機(jī)械屏障保護(hù)植物免受動(dòng)物和昆蟲侵害，有的植物腺毛還能夠產(chǎn)生、分泌或儲(chǔ)存具有重要價(jià)值的次生代謝產(chǎn)物[40,62]。擬南芥的莖、葉片和萼片上的表皮毛是單細(xì)胞凸起分化形成的毛狀結(jié)構(gòu)，已在擬南芥中發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因調(diào)節(jié)表皮毛的發(fā)育[3,63-64]。例如，編碼R2R3MYB的控制擬南芥表皮毛形成的關(guān)鍵正調(diào)控基因GL1是最早克隆出來(lái)的[65-67]，其突變體出現(xiàn)莖葉無(wú)毛的表型。同樣編碼R2R3 MYB的擬南芥MIXTA-like基因AtMYB106/NOK是擬南芥是表皮毛分枝的負(fù)調(diào)節(jié)因子[38]，nok突變體中表皮毛分支明顯增多并具有玻璃狀表型外觀[68]，而在nok突變體中過(guò)表達(dá)AtMYB106基因，減少了表皮毛分支的形成[69]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TCP15也參與調(diào)控?cái)M南芥表皮毛分支的形成，TCP15與MYB106的啟動(dòng)子在體內(nèi)結(jié)合，調(diào)控MYB106基因的表達(dá)[70]。在其他植物中也發(fā)現(xiàn)了一些與擬南芥MIXTA-like基因親緣關(guān)系較近的基因調(diào)控表皮毛的發(fā)育。例如黃瓜的MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子CsMYB6負(fù)調(diào)控果刺形成，時(shí)空表達(dá)分析表明，CsMYB6在黃瓜果刺起始過(guò)程中的子房表皮中高水平表達(dá)。在黃瓜中過(guò)表達(dá)CsMYB6，轉(zhuǎn)基因植株中果刺數(shù)量和大小明顯減少[43]。

腺毛是具有分泌功能的植物表皮毛，主要作用是分泌和儲(chǔ)存次生代謝產(chǎn)物，是由多細(xì)胞分化形成的毛狀結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，MIXTA/MIXTA-like基因?qū)ο倜陌l(fā)育也有一定的調(diào)控作用。番茄和黃花蒿是研究腺毛發(fā)育的理想材料[62,71]。番茄表皮毛主要受 R2R3 MYB 轉(zhuǎn)錄因子、HD-Zip Ⅳ蛋白、C2H2鋅指蛋白以及螺旋—環(huán)—螺旋結(jié)構(gòu)的 bHLH轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。其中番茄中的MIXTA-like基因SlMX1編碼R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子，過(guò)表達(dá)后轉(zhuǎn)基因植株的腺毛數(shù)量遠(yuǎn)高于野生植株，并且葉片厚度增加。SlMX1基因表達(dá)下調(diào)，則葉片的腺毛數(shù)量減少，表明SlMX1是番茄腺毛發(fā)育的正調(diào)節(jié)因子[72-73]。黃花蒿是抗瘧藥青蒿素的主要來(lái)源，青蒿素作為植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，主要在腺毛中合成和儲(chǔ)存，因此腺毛密度直接關(guān)系到黃花蒿中有效成分青蒿素的含量。HD-ZIP IV轉(zhuǎn)錄因子AaHD1和MIXTA-like蛋白AaMIXTA1在促進(jìn)黃花蒿腺毛發(fā)生中起重要作用。AaHD1是黃花蒿腺毛形成的正調(diào)控因子[74]。AaMIXTA1主要在黃花蒿腺毛的基底細(xì)胞中表達(dá)。AaMIXTA1的過(guò)表達(dá)和抑制分別導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因植株中腺毛數(shù)量和青蒿素含量的增加和減少。表明AaMIXTA1是腺毛發(fā)育的正調(diào)控因子，促進(jìn)腺毛的發(fā)育而不會(huì)對(duì)腺毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何異常影響[72]。研究還發(fā)現(xiàn)一種新的HD-ZIPIV/MIXTA復(fù)合物可以促進(jìn)黃花蒿腺毛的發(fā)育。HD-ZIP IV轉(zhuǎn)錄因子AaHD8與MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子AaMIXTA1相互作用形成一種復(fù)合物，提高了調(diào)控黃花蒿腺毛起始發(fā)育的關(guān)鍵基因AaHD1基因的轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)了腺毛的形成[74]。

種毛是促進(jìn)植物種子靠風(fēng)力傳播的一種表皮毛，長(zhǎng)期以來(lái)，楊樹、柳樹和法國(guó)梧桐等的飛絮污染是造林和城市綠化中的重大困擾。這些植物的飛絮是在種子發(fā)育過(guò)程中由胎座的表皮細(xì)胞發(fā)育而來(lái)[75]。種毛發(fā)育研究是飛絮治理和開展不飛絮精準(zhǔn)育種的前提。研究MIXTA/MIXTA-like基因?qū)ΨN毛發(fā)育的調(diào)控有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。棉纖維是已知自然界中最長(zhǎng)的單細(xì)胞分化的種毛，有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[76]。對(duì)棉纖維的起始發(fā)育研究相對(duì)比較深入，研究發(fā)現(xiàn)，MIXTA-like轉(zhuǎn)錄因子在棉纖維發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。根據(jù)MIXTA序列特征，在棉花基因組中一共鑒定出10個(gè)GhMML基因[17]。其中，與擬南芥AtMYB06同源性最高的GhMYB25(GhMML7)是棉纖維發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，GhMYB25沉默纖維起始分化細(xì)胞減少，伸長(zhǎng)速度減緩，出現(xiàn)“短纖維”表型[77]。而AtMYB106負(fù)調(diào)控?cái)M南芥毛狀體分支，表明棉纖維是不同于毛狀體的特殊種毛[34]。研究者利用正向遺傳學(xué)的圖位克隆方法在棉纖維突變體中克隆并驗(yàn)證了GhMYB25-like(GhMML3)以及其串聯(lián)重復(fù)基因GhMML4，分別調(diào)控棉花短絨與長(zhǎng)絨的起始發(fā)育[78-81]。在無(wú)絮突變體以及GhMML3-RNAi沉默植株中，包括GhMML4在內(nèi)的5個(gè)GhMML(GhMML4、GhMML7、GhMML8、GhMML9、GhMML10)基因表達(dá)量均被下調(diào)，表明GhMML3是其他GhMML基因的上游調(diào)節(jié)因子[17]。

研究表明，MIXTA/MIXTA-like基因在不同組織器官中的表達(dá)主要與表皮細(xì)胞的分化相關(guān)(表1)。植物的表皮層是表皮細(xì)胞分化形成的功能多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組織。在植物不斷進(jìn)化過(guò)程中，對(duì)于不同物種，表皮細(xì)胞分化方式不同，MIXTA/MIXTA-like基因也隨之衍生出不同的調(diào)控方式。表1列出了不同植物中MIXTA/MIXTA-like基因家族成員在表皮細(xì)胞分化過(guò)程中的代表性功能研究。如：首次在金魚草中鑒定出來(lái)的AmMIXTA及其同源基因AmMYBML1，參與調(diào)節(jié)花瓣表皮細(xì)胞錐形化；擬南芥的MYB106功能不僅體現(xiàn)在對(duì)表皮毛分支起調(diào)控作用，還體現(xiàn)在對(duì)其角質(zhì)層及表皮蠟質(zhì)形成的調(diào)控上。

表1 MIXTA/MIXTA-like基因家族成員在不同植物中的功能研究

綜合分析MIXTA/MIXTA-like基因在不同物種中的功能發(fā)現(xiàn)，其作用部位和作用方式在不同植物種中有所不同，但最終調(diào)控目的都集中在表皮細(xì)胞分化上(表1)。如：金魚草、矮牽牛和唐松草的MIXTA/MIXTA-like基因參與調(diào)控表皮細(xì)胞凸起形成錐形表皮細(xì)胞；擬南芥、番茄、洋桔梗和地錢的MIXTA/MIXTA-like基因?qū)χ参锉砥ぜ?xì)胞合成和分泌的角質(zhì)層及表皮蠟質(zhì)起調(diào)控作用；擬南芥、黃瓜、黃花蒿以及棉花的MIXTA/MIXTA-like基因?qū)Ρ砥ぜ?xì)胞分化形成的表皮毛起調(diào)控作用，以上結(jié)果表明MIXTA/MIXTA-like基因在不同植物種表皮細(xì)胞分化過(guò)程中功能是高度保守的。但隨著植物在進(jìn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境的適應(yīng)以及MIXTA/MIXTA-like基因在不同物種基因組中擴(kuò)張和收縮不同，MIXTA/MIXTA-like基因在植物不同組織和器官中功能分化存在差異，因此MIXTA/MIXTA-like基因一些潛在功能也有待進(jìn)一步挖掘。

4 展 望

植物表皮細(xì)胞是植物與外界環(huán)境接觸的最外層細(xì)胞，其結(jié)構(gòu)特征與功能密切相關(guān)。表皮毛由表皮細(xì)胞分化而來(lái)，可以防止食草動(dòng)物和取食昆蟲的侵害，也可以降低蒸騰速率。角質(zhì)層及表皮蠟質(zhì)形成了非氣孔失水的最外層屏障，在應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫中發(fā)揮重要作用。錐形表皮細(xì)胞可以直接影響花瓣的顏色，吸引授粉昆蟲。棉纖維是附屬在種皮上的特殊的表皮細(xì)胞，是天然纖維的重要來(lái)源。楊樹、法國(guó)梧桐等的飛絮可以極大提高種子的擴(kuò)散能力，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染。綜合表皮細(xì)胞分化的重要功能，對(duì)表皮細(xì)胞分化分子機(jī)制研究有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，R2R3 MYB、bHLH 和 HD-ZIP IV亞家族均有成員參與表皮細(xì)胞分化，其中編碼R2R3 MYB 蛋白的MIXTA/MIXTA-like基因被證明廣泛參與表皮細(xì)胞分化調(diào)控，但由于不同植物中基因功能的分化，MIXTA/MIXTA-like基因一些潛在的生物學(xué)功能還有待挖掘，其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)也需要進(jìn)一步研究，并且由于木本植物組培體系不完善、育種周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前關(guān)于MIXTA/MIXTA-like基因在木本植物中參與表皮細(xì)胞分化的報(bào)道較少。隨著生物信息學(xué)和分子生物學(xué)的快速發(fā)展，將極大推進(jìn)對(duì)MIXTA/MIXTA-like在表皮細(xì)胞分化過(guò)程中的作用機(jī)制進(jìn)行更全面、更深入的研究。同時(shí)隨著基因編輯技術(shù)在林木中的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)林木中與表皮毛相關(guān)的重要性狀的精準(zhǔn)改良，例如在楊樹中對(duì)MIXTA/MIXTA-like基因進(jìn)行基因編輯，提高無(wú)絮楊樹新品種創(chuàng)制的可能性。

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