陆瑜

摘 要：锌指蛋白家族数目庞大，功能繁多。随着研究的不断深入，RING型锌指蛋白日渐引人关注。RING型锌指蛋白都含有一段保守的RING型结构域，大量研究表明，RING型锌指蛋白广泛参与植物的生长发育、胁迫与信号转导等过程。该文主要概括了锌指蛋白的概述与分类、RING型锌指蛋白的结构，RING型锌指蛋白在植物光形态建成、侧根发育、气孔调节等生理过程、以及在干旱、盐、高温、低温、铝等非生物胁迫方面的作用。最后就植物RING 型锌指蛋白的后续工作进行了展望。

关键词：RING型锌指蛋白；生长发育；胁迫

中图分类号 Q943 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）08-0036-04

Abstract：The number of zinc finger protein family is huge and the function is numerous.With the deepening of research，RING-type zinc finger protein is attracting peoples' attention，RING type zinc finger proteins all contain a conserved RING domain，a large number of studies show that RING-type zinc finger protein is widely involved in plant growth and development，plant stress signal transmission process.In this paper，we mainly summarize the overview and classification of zinc finger protein，the structure of RING-type zinc finger protein，the physiological processes of RING-type zinc finger protein in the light form，lateral root development，stomatal regulation，and we conclude the functions of plant RING-type zinc finger protein in drought，salt，high temperature，low temperature，aluminum and other adversity stress.Finally，the follow-up work of RING-type zinc finger protein was prospected.

Key words：RING-type zinc finger protein；Development；Stress

隨着人们对锌指蛋白研究的逐渐深入，越来越多的证据表明锌指蛋白参与动物基因的表达调控过程[1]，同样，其在植物中也发挥着重要的作用。研究发现锌指蛋白与植物体生长发育以及胁迫响应有着重要联系。目前，C2H2型锌指蛋白被广泛研究，而RING型锌指蛋白研究较少，主要集中在水稻与拟南芥中，在大豆、番茄等其他作物中研究较少。很多蛋白质泛素化途径中催化终末过程的E3泛素化连接酶都含有RING结构域，这些RING型锌指蛋白主要是通过和其他蛋白质之间的相互作用，参与泛素化蛋白降解过泛素化蛋白降解过程会改变蛋白活性，影响生物效应，RING型锌指蛋白可能参与很多重要生物效应[2]。本文概括了RING型锌指蛋白的研究现状，为今后利用RING型锌指蛋白通过基因工程手段培育新品种提供理论依据。

1 锌指蛋白概述

锌指蛋白是1983年发现于非洲抓蟾卵母细胞的转录因子TFIIIA中，是迄今为止真核生物中分布最为广泛的一类蛋白，人类基因组中有近1%的序列编码含有指结构的蛋白[3]。锌指蛋白主要存在于动植物及微生物中，在基因表达调控、胚胎发育、细胞分化等方面都起着重要作用。在植物体中，锌是必不可少的元素，锌元素缺失会给植物带来很多伤害，锌元素过量也会对植物造成伤害。锌指蛋白在植物中起到转运锌元素的作用，能调节植物中锌含量，对植物的抗逆作用有所增强，对植物具有很重要的意义。

2 锌指蛋白的组成与分类

锌指蛋白是一类具有“指状”结构域的转录因子[4]。锌指蛋白家族庞大、错综复杂，根据半胱氨酸（C）和组氨酸（H）的残基的数目和位置不同，可将锌指转录因子分为C2H2、C4、C6、C3HC4、C4HC3、C2HC、C3H以及联合型等多种类型，其中大多数属于C2H2型[5]。又可以根据结构功能把锌指蛋白分为PHD型蛋白、WRKY型蛋白、DOF型蛋白、GATA型蛋白、TFIIIA型蛋白、RING型蛋白。

3 RING型锌指蛋白的结构

RING型锌指蛋白也是一个庞大的亚家族，主要是和蛋白质互作，起到激活、抑制等调控作用[6]。RING型锌指蛋白主要的保守区为C-X2-C-loop-I-C-X-H-X2-C-X2-C-X2-C-loop II-C-X-C[7]。RING型锌指蛋白是有7个半胱氨酸（C）和1个组氨酸（H）结合2个锌离子组成的，每个锌离子可以结合4个半胱氨酸或者结合3个半胱氨酸、一个组氨酸构成四面体结构（图1）。尽管RING型的锌指蛋白的变体很多，但是它交错形成的四面体是高度保守的[8]，锌指的变化可以引起结构改变，进而功能发生变化。

其中，正六边型代表中间结合的锌离子；椭圆代表半胱氨酸（C）、组氨酸（H）残基；连接线代表连接氨基酸数，其中如9-39代表，连接的最小范围到最大范围；两端的C、N代表羧基或氨基的末端。

4 RING型锌指蛋白的功能

4.1 RING型锌指蛋白在植物的生长发育发面研究 虽然RING型锌指蛋白没有C2H2型锌指蛋白研究的透彻，随着研究的不断深入，人们发现RING型锌指蛋白在植物的生长发育过程中也扮演着相当重要的角色，同时参与信号转导等生理过程。首先，人们发现拟南芥中RING型锌指蛋白COP1（constitutive photomorphogenic 1）的一个突变体，通过对这个突变体的分析，发现COP1可以通过抑制下游基因的表达，从而达到抑制光形态的建成[10]。在光照和黑暗两种情况下，拟南芥中的COP1基因编码的蛋白调控光的形态建成在光照和黑暗下是不同的，黑暗条件下，COP1基因可以通过在细胞核中定位抑制HY5（HY5是bZIP转录因子结合直接诱导光合成的基因的启动子，促进光形态的建成[11]基因的表达，从而影响光的形态建成；在光照条件下，COP1不在细胞核中定位，使HY5基因得以表达，光的形态得以建成[12]。

拟南芥中的RING型锌指蛋白SINAT5基因，超表达后发现植株的侧根减少，而SINAT5中的半胱氨酸突变，使SINAT5基因失活后，突变体植株侧根反而增多，由此可以看出SINAT5基因对植株的侧根发育起着重要作用[13]。IAA等生长素会控制植物各方面的生理过程，特别是侧根的生长，NAC1基因是传导生长素信号控制侧根生长的转录激活因子，SINAT5会通过泛素化对NAC1降解，减弱生长素信号传导，控制侧根的发育[13]。

OsRZFPP34是水稻中一个RING型锌指蛋白基因，2014年Hsu等发现在高温或ABA处理后，水稻和拟南芥中的OsRZFPP34基因表达量增高，超表达OsRZFPP34基因，发现气孔打开数量增加，随后又发现，在该基因缺失的突变体中，气孔打开减少，超表达该基因，气孔打开增多，导致叶的抗冻性增强、降低了对ABA的敏感性，说明OsRZFPP34基因和植物气孔打开机制有着密不可分的联系[14]。目前对RING型锌指蛋白对生理发育等方面研究相对还比较少，相信随着研究的不断深入，RING型锌指蛋白参与生理过程的机制会更加透彻。

4.2 RING型锌指蛋白在植物抗逆方面的研究

4.2.1 RING型锌指蛋白在植物抗旱方面的研究 植物中RING型锌指蛋白，不仅在生长发育等方面起着重要作用，对植物的抗逆方面也非常重要。目前研究表明Zinc finger、AP2、BZIP、MYB、NAC等转录因子在植物抗逆的过程中起着重要的作用。干旱是很多植物无法生存的一大因素，找到抗旱机制是非常必要的，特别是对于水生作物水稻而言。人们经过发现水稻中RING型锌指蛋白OsSINAT5基因过表达后会减弱水稻的抗旱能力，一般作物抗旱會与ABA途径有联系，但是经过实验发现它不依赖与ABA途径，通过检测氧化途径的抗旱因子，发现OsSINAT5可能通过抗氧化途径负调控抗旱机制[15]。同样拟南芥中的另一个RING型锌指蛋白基因同样具有抗旱作用。当拟南芥中缺乏AtAIRP4基因时，植株根的发育会发生变化，长度变长，当我们超表达该基因时，发现种子萌发时对盐的敏感性增强，相反对干旱的耐受性增强，从而得出结论：AtAIRP4基因可能是正调控干旱途径，负调控盐途径[16]。

辣椒是人们日常饮食很重要的一种蔬菜，辣椒在生长过程中也深受干旱的影响，对于目前来说，解决干旱问题，培育抗旱辣椒新品种是非常重要的。RING型锌指蛋白CaAIRF1作为E3泛素连接酶，通过泛素化使CaADP1蛋白磷酸酶降解，从而调控ABA和干旱途径，实验研究发现，在辣椒中沉默CaAIRF1后，ABA敏感性降低、干旱耐受性减弱，在拟南芥中，超表达该基因后，ABA的敏感性增加、耐旱的表型，上述结果证明说明该基因与干旱机制有着密切联系[17]。同样对干旱胁迫途径有重要响应的一个RING型锌指蛋白基因就是拟南芥中的SDIR1。2007年zhang等发现，它是通过调控ABA参与调控胁迫信号转导过程，其中主要对干旱胁迫、盐胁迫有响应，SDIR1通过对底物SDIR1P1进行泛素化来调控转录因子ABI5的表达，从而还参与了拟南芥的ABA途径的种子萌发和盐响应的过程[18]。

4.2.2 RING型锌指蛋白在植物抗盐方面的研究 除了上述拟南芥中的SDIR1有抗盐作用，拟南芥的STRF1（RING型锌指蛋白）基因也和盐胁迫息息相关。STRF1也是具有E3泛素连接酶活性的，参与植物盐胁迫响应过程中，STRF1主要调控膜运输相关基因表达量，控制膜运输及产生活性氧来调控参与盐胁迫途径的[19]。水稻中的OsSIRP1（RING型锌指蛋白）也参与盐胁迫。OsSIRP1是从盐胁迫中，水稻根部表达量高的众多基因中挑选的一个，通过在拟南芥中过表达发现盐的耐受性降低，而且影响种子萌发、根系的生长，结果表明OsSIRP1是盐耐受性的负调控子[20]。

4.2.3 RING型锌指蛋白在植物耐高低温方面的研究 2001年，Lee等人发现当拟南芥中的RING型锌指蛋白HOS1基因表达异常时，植物的冻害敏感性降低了，后通过进一步研究发现，在低温条件下，HOS1会定位在细胞核中积累，通过细胞质和细胞核之间传递低温信号，进而控制基因表达起着重要作用，当我们过表达该基因时，植株则表现出耐低温特征，上述结果说明，HSO1是植物低温响应基因转录的负调控子[21]。高温胁迫会使植物产生活性氧（ROS），例如H2O2，H2O2参与了ABA诱导气孔关闭的过程，RING型锌指蛋白的基因OsHTAS主要在叶肉细胞中表达，在发芽时，OsHTAS基因能调控H2O2的积累，从而改变水稻叶片中气孔的状态，提高植株的耐高温[22]。现在全球变暖，极端天气越来越多，像高温、冻害时常发生，如果能培育出抗高温、冻害的新品种是最好不过的了，RING型锌指蛋白对培育耐高温、冻害新品种有重要的参考价值。

4.2.4 RING型锌指蛋白在植物抗重金属方面的研究 从拟南芥中分离出来了人类和酵母同源的RAD18（与RAD6互作可以修复受损DNA）的RING型锌指蛋白AtATRF1基因，通过铝胁迫，发现AtATRF1基因表达量有所增高，而反过来过表达AtATRF1基因，发现拟南芥植株的铝耐受性增强[23]，我们可以利用这一特性，再结合其他的耐铝基因联合，培育抗铝新品种，解决农业生产中的实际问题。

5 展望

目前，RING型锌指蛋白研究主要体现在它在生长发育以及胁迫方面的研究，有一些基因发挥功能的机制已经掌握清楚，目前大量的RING型鋅指蛋白基因的功能研究还没开展，需要加大研究。此外，目前研究开展主要集中在水稻、拟南芥中，针对番茄、大豆等其他作物的研究目前还比较少，未来我们应该多品种深入的研究，利用基因工程手段，培育出多种抗逆新品种。

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