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当植物受到外界各种不良环境所造成的非生物胁迫时,会产生相应的应答反应,从而降低或消除这些不良因素给(植)株带来的危害。植物的这一逆境顺应(stress acclimation)过程是多个基因相互作用共同协调的过程,许多基因的表达会发生改变,由此产生了一系列的从细胞到生理水平的应答性反应和适应性调整,从而提高耐逆性。研究表明,参与应答反应的这些基因及其表达产物可以分为两类:参与信号级联放大系统和转录控制的基因及产物(如转录因子等)和直接对保护生物膜和蛋白质起作用的基因及其产物(如热激蛋白Dna(J)等)。 Dna(J)蛋白在生物体内具有非常重要的生理功能,包括:对环境刺激的反应,避免细胞结构的破坏;是一类重要的分子伴侣,参与蛋白质的折叠(重塑)、转运、分泌和降解等作用;是DnaK/Hsp70亚类的辅助因子(co-chaperone),可以调节Hsp70的三磷酸腺苷酶(ATPase)活性,使得Hsp70结合的底物多肽发生折叠。 真核生物中Dna(J)蛋白主要由4个结构域组成:由70个氨基酸残基组成的N-端保守的(J)-结构域;由约30个氨基酸残墓组成的富舍甘氨酸和苯丙氨酸(Glycine-phenylalanine rich)的G/F结构域;含有4个CXXCXGXG基序(motif)的富含半胱氨酸(Cysteine-rich region)的CRR结构域;由120-170氨基酸残基组成的C-端低同源结构域。 研究发现Dna(J)蛋白中富含半胱氨酸的CRR结构域参与了很多高度保守的细胞过程,包括蛋白质的折叠、蛋白质复合体的组装与分解等,而在高等植物中,具有富含半胱氨酸的CRR结构的Dna(J)-like蛋白质也具有十分重要的功能。 CRR1(AT5G43260)是拟南芥中的一种Dna(J)-like蛋白,具有3个串联的富含半胱氨酸的序列(CxxCxGxG),在干旱、低温以及外源ABA的处理下表达量增加。外源ABA胁迫条件下,CRR1的过表达突变体与野生型拟南芥相比,种子的萌发率更高,幼苗的生长更健康,表现出对ABA的不敏感性。同时,干旱胁迫条件下,CRR1过表达突变体比野生型拟南芥具有更强的耐旱性。以上结果表明CRR1可能参与了植物对水分胁迫的应答反应。 对CRR1启动子驱动GUS表达的转基因拟南芥进行GUS染色结果表明CRR1在植株的各个组织都有表达,但表达水平并不均衡,集中于叶片的边缘和花萼等部位。同时,对CRR1启动子驱动GFP表达的转基因拟南芥进行观察,发现GFP集中在叶片的气孔和质体中。这与CRR1可能参与了植物抵抗水分胁迫的结果相一致。 通过酵母双杂交系统筛选拟南芥中与CRR1有相互作用的蛋白,实验结果显示共有3个蛋白能与CRR1结合,其中AT5G29000是一个MYB家族的转录因子。进一步显示在胁迫条件下,CRR1可能与MYB蛋白相结合从而参与植物顺应由干旱、冷、ABA等引起的失水胁迫过程。