黄倩茹，刘晓慧，张爱冬，谭 枫，查丁石，杨银娟，郁勤飞

（1.上海市农业科学院 园艺研究所，上海 201403；2.上海师范大学 生命科学学院，上海 200234；3.上海市设施园艺技术重点实验室，上海 201403；4.上海市奉贤区蔬菜技术推广站，上海 201499；5.浙江施特葆生物科技有限公司，浙江 杭州 310012）

近年来，随着对MYB基因家族研究越来越多，人们对MYB基因家族研究的兴趣也越来越 浓，且越来越深入。MYB（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）转 录 因 子 家 族 在 植物规模和功能方面都居于首位，可见对其研究的重要性［1］。转录因子也叫反式作用因子，通过其特殊的基因结合区与靶基因中的顺式作用元件结合，从而激活靶基因的表达［2］。1982年在禽痘病毒中发现了最早的MYB转录因子“v-Myb”［3］。之后，研究人员在正常动物细胞中发现了类似的“c-myb”，并证实了该基因是具有DNA结合活性和转录调控功能的［4］。1994年，科学家们利用核磁共振技术确定了MYB基因的保守结构域［5］。此后，由于MYB转录因子家族的保守结构域被确定，人们对MYB转录因子家族的了解也进一步深入，越来越多的植物中也被鉴定到了MYB转录因子，玉米是第一个被鉴定到的植物品种［6］，而且，随着现代生物技术手段不断向前发展，人们对MYB转录因子家族的研究也越来越深入。研究发现，MYB转录因子家族在植物生长的许多阶段都有一定程度的参与，如植物的生长和发育（包括器官的发生和生长、次生细胞壁的形成和增厚、根毛发育、花粉发育等过程）、植物的初生代谢和次生代谢（次生代谢物质如黄酮类物质的积累）、植物生长发育过程中激素调控（脱落酸、高温、干旱、盐害、重金属）等过程［7-8］，因此，对MYB转录因子家族的深入研究和了解，对植物的育种和改良具有重要意义。

1 植物MYB基因家族的特征

1.1 植物MYB基因家族的分布特征

随着MYB基因家族的结构域被确定以及生物技术手段的发展，在越来越多的植物中鉴定到了MYB基因家族。到目前为止，从水稻（Oryza sativa）［9-10］、拟南芥（Arabidopsis thaliana）［11-12］、小麦的亲源物种二穗短柄草（Brachypodium distachyon）［13］、番 茄（Solanum lycopersicum）［14］、辣 椒（Capsicum annuum）［15］、菠菜（Spinacia oleracea）［16］等植物中均分离和鉴定出了大量的MYB基因。向征［9］和魏海超［10］等在水稻中鉴定出的MYB转录因子有151个，冯盼盼等［11］在拟南芥中鉴定出192个MYB转录因子，陈守坤［13］在二穗短柄草中鉴定到122个MYB转录因子，刘淑君［14］在番茄中鉴定出139个MYB转录因子，居利香等［15］在辣椒中鉴定出172个MYB转录因子，王晓珊等［16］在菠菜中鉴定出76个MYB转录因子。研究发现，多数植物中的MYB基因数量很多，但是不同植物中MYB基因的数量是不一样的，有些植物中的MYB基因可以达到将近200个之多，而有些植物则仅有70~80个。

1.2 结构特征

MYB转录因子是在植物中广泛存在的一类转录因子家族［17］，它包含一个或多个MYB基因保守结构域，其保守结构域具有螺旋-螺旋-转角-螺旋的空间结构［18］，研究发现：其蛋白质结构由3个部分组成，分别是DNA结合区、转录激活区和负调控区［19］。DNA结合区是由第2个螺旋和第3个螺旋组成的空间结构，位于MYB蛋白质结构的氨基端，这也是MYB的特征结构域［20-22］。转录激活区和负调控区都位于MYB蛋白质结构的羧基端，这2个部分的氨基酸组成都不具有保守性［23］。

1.3 分类

目前，根据MYB转录因子家族中所含MYB结构域个数的不同将其分为4类，即1R-MYB/MYB-related、R2R3-MYB（2R-MYB）、R1R2R3-MYB（3R-MYB）和 非 典 型MYB（4R-MYB和5RMYB）［24-25］，3R-MYB主要存在于动物中，2R-MYB主要存在于植物中［26-27］，非典型MYB（4R-MYB和5R-MYB）则是一种比较不常见的MYB转录因子，在植物中的数量也最少。研究发现，不同类别的MYB转录因子有着不同的功能，3R-MYB主要在细胞周期调节过程中发挥作用［28-31］；2R-MYB的功能较为复杂，其在基因家族中的数目也最多，它参与植物形态发生的调节，对初生或次生代谢产物合成的调节，激素信号传导以及对生物或非生物胁迫的调节［32-34］；1R-MYB也在植物形态发育及胁迫响应中起着重要作用［35］。目前，关于非典型MYB在功能方面的研究尚不多，对这种类型MYB基因在植物生长发育过程中的作用了解也相对较少，因此，对这类非典型MYB基因的研究的或许也将是MYB基因研究的一个重要方向。

2 植物MYB基因家族的功能

2.1 在蜡质方面的研究进展

植物的蜡质是存在于植物地上部分表面的脂质成分，其疏水结构使得蜡质在植物表面起着非常重要的防御功能，当外界环境发生改变时，植物表面的蜡质能够对环境干旱、低温、虫害和机械损伤等伤害具有一定的防御作用。研究表明，植物表皮蜡质的合成常在转录水平被调控，MYB就是其中一个非常重要的转录因子家族，MYB类型 转 录 因 子MYB16、MYB106、MYB41、MYB30和MYB96在植物蜡质合成中扮演着激活因子的角色， 它可以调控蜡质合成的相关基因表达，从而促进植物蜡质合成［36］。研究发现，拟南芥和夏堇中 的MYB转 录 因 子MYB106和MYB16与WIN1/SHN1共同调控表皮角质和蜡质的合成［37-38］。拟南芥myb16突变体中CER1、LCR等与蜡质合成相关的基因表达均受抑制，MYB16的超量表达可以激活蜡质合成相关的基因表达［39］。将AtMYB96在拟南芥中超表达，结果发现：在拟南芥的叶片中，参与蜡质合成的相关基因显著上调表达［40］。而且，Lee等［41］研究发现，过表达MYB96的植株中，蜡质合成相关基因上调，且叶片蜡质含量显著升高，有研究者对柑橘的MYB96进行了研究，也发现了其相似的功能［42］。与其同源的基因MYB94也存在着相似的功能，通过促进蜡质合成基因表达上调而提高植物抗旱能力，经过进一步对作用靶基因的分析可知，MYB96和MYB94只有一个共同的作用靶基因，所以可以推测出的结论：MYB96和MYB94或独立参与植物蜡质合成，也可能两者之间存在着协调作用［43］。此外，给予植物干旱处理，在超表达的拟南芥AtMYB41基因的转基因植株中，蜡质合成相关基因，尤其是CER4高表达，猜测其同MYB41协调参与蜡质的合成和调控［34］，并且导致了软木脂的含量增加［44］。Raffaele等［45］通过瞬时表达实验证实，MYB30是一些基因的转录激活因子，这些基因编码形成脂肪酸延伸酶复合物的4种酶。张璟宇［46］研究发现，将甜橙的MYB类转录因子CsMYB44基因在番茄中超表达，使得超表达系的叶片表面蜡质晶体的积累多于野生型，且经酵母双杂筛库筛选到与其互作的转录因子为CsERF3。

综上所述，目前关于MYB基因在植物蜡质形成方面的作用已经有了较为初步的了解，明确了在植物中与蜡质形成相关的MYB基因，在有些植物上也进行了与其互作基因的鉴定和分析，如拟南芥和夏堇中的MYB转录因子MYB106、MYB16与WIN1/SHN1共同调控表皮角质和蜡质的合成。这些都对深入了解植物蜡质形成以及通过分子生物学的手段进行育种改良，提高植物抗性奠定了一定的基础。

2.2 与植物生长发育及生物、非生物胁迫应答间的关系

对植物的MYB基因家族的研究已经引起了国内外研究者的广泛关注，如次生细胞壁的形成［47-48］和增厚［49］、根毛发育［50］、花药发育［51］、众多的生理生化反应和代谢过程［52］等。随着研究的深入，人们认识到MYB基因家族在调节植物生长发育的同时，也对生物和非生物胁迫有一定应答与响应以及对其他基因表达的调节，这些都已经在多种植物中得到了证实，而且有些植物已经通过转基因的手段，利用MYB基因在抵抗逆境胁迫时的功能进行了遗传育种的改良。

2.2.1 在植物生长发育过程中的作用 研究发现，在植物次生壁合成过程中，有一类是发挥转录激活作用的MYB，还有一类是发挥转录抑制作用的MYB，但是多数是起到转录激活作用的，这2种MYB互相配合调节次生壁的形成。在拟南芥中，过表达AtMYB4和AtMTB83会促进木质素、纤维素和半纤维素的合成；而抑制这2个基因的表达，则会使得拟南芥次生壁加厚缺陷［48，53］，与之类似的杨树PtrMYB003和PtrMYB020在拟南芥中过表达也同样能使木质素、纤维素和半纤维素合成增加［54］。同时，也存在抑制植物次生壁合成的MYB基因，如缺失AtMYB75的拟南芥突变体中，有植物蜡质相关的物质含量显著增加［55］，同样，AtMYB4在拟南芥中过量表达，导致了木质素代谢途径中的下游基因C4H、CCoAOMT等的表达量下降，阻碍了木质素的合成［56］。此外，拟南芥的AtMYB5基因，不仅参与植物外种皮细胞的分化，而且还参与了毛状体调控的作用［57］。还有研究发现，将MYB基因的激动自区域插入或缺失一定长度的片段，有可能会对MYB基因的表达起到激活作用，使得植物的花粉传播方式发生了改变，同时黄酮类次生代谢物的含量也发生了变化［58］。

王清等［59］研究发现，MYB是通过调控二胺氧化酶基因表达，来响应生长素信号，从而起到调控侧根发育的作用。研究发现，拟南芥中的AtMYB66对其根毛的形成具有一定的调控作用［60］。此外，AtMYB57、AtMYB35等还参与了花粉的形成、发育等过程［51］，AtMYB38则对侧芽的发育起到一定的控制作用［61］。有研究发现，MYB基因通过直接或间接地与光、温度、激素等发生相互作用，从而影响植物的开花时间，如2个MYB转录因子LHY、CCA1，对拟南芥中生物钟的调节和反馈起到非常重要的作用。Song［62］研究发现，将ELE3基因通过生物技术手段突变，会使得与植物生物钟调节相关的基因LHY的转录本和蛋白的表达都显著减少，从而导致开花时间的提前，这说明MYB类转录因子LHY会影响植物的开花时间。还有研究发现，有些MYB基因在植物中存在着功能冗余的现象，如拟南芥的AtMYB33和AtMYB65，若将这2个基因都突变，则植物花粉发育会发生缺陷，而单基因突变则花粉可以正常发育，所以得出结论：两者可能是共同影响花粉发育的［63］。

2.2.2 植物MYB基因家族与生物胁迫之间的关系 在植物的整个生命周期中，不仅会遭到恶劣环境带来的伤害，而且还会受到一些病菌的侵扰，植物不像人一样可以通过移动或者利用工具来躲避外界环境的损伤，因此，植物在长期与自然环境和生物环境的适应过程中，形成了一套应对机制。而研究发现，MYB基因家族在植物响应非生物胁迫方面占据着重要地位。研究表明，在拟南芥受到病原侵染时，对其过敏性反应起到正调控作用的AtMYB30可以立即发出信号调节植物体内水杨酸的积累量，从而对细胞的死亡进行调控［64］。烟草的MYB作为其体内水杨酸合成下游的一种信号复合体，它可以与抗病相关蛋白DNA的启动子序列结合，参与抗病相关蛋白DNA的激活和植物抗病性的产生［65］。此外，很多MYB类转录因子在茉莉酸和信号分子防御反应中被激活，然后调节下游抗病DNA的过度表达，以减少病原体引起的伤害［66-69］。

2.2.3 植物MYB基因家族与非生物胁迫之间的关系 曹忠慧［70］研究发现，苹果的R2R3-MYB基因都可以在不同程度上响应非生物胁迫，而MdMYB121、MdSIMYB1基因能被多种非生物胁迫明显地诱导，对这2个基因进行超表达载体构建后，将其转入番茄和烟草中，结果发现其能显著提高这2种植物的抗旱性。还有研究表明，在水稻中将OsMYB3R-2基因过表达，结果发现转基因植株的细胞分裂指数增加，同时耐冷能力显著提升［71］，与之类似地在拟南芥中将OsMYB4基因过表达，其过表达植株的耐寒能力也得到了明显的提高［72］。冯波等［73］研究发现，对杨树进行盐胁迫处理，PtrMYB164在根、茎、叶中都表现为显著上调，在参与植物干旱和盐胁迫方面，也有着许多关于MYB基因的报道。有试验证明，拟南芥的2个MYB基因AtMYB41、AtMYB96，其在正常条件下不表达，但是当给予其干旱和盐胁迫时，这2个基因则被诱导高水平表达［74-75］。此外，还有AtMYB21，研究发现其在转录水平上对NaCl、ABA、高温胁迫产生不同程度的应答响应［76］。

徐正刚［77］在研究镉胁迫对构树MYB基因表达的影响时发现，构树R2R3-MYB在镉胁迫响应调节中具有良好的应答潜力，随后以BpMYB6为代表构建了超表达载体，并且将其在构树中表达，结果发现，过表达株系在镉胁迫条件下可以通过调节植株的多种代谢过程，从而改善植株的抗镉能力。任永兵［78］在研究铅胁迫对拟南芥MYB基因表达的影响时发现，拟南芥的AtMYB50和AtMYB6l基因的表达被铅强烈抑制，之后构建了MYB50和AtMYB6l与铅离子泵基因AtPDR12缺失双突变体atpdr12atmyb50和atpdr12atmyb61，结果发现其对于铅胁迫的耐受性均高于单突变体，同时将AtMYB50和AtMYB61基因敲除，发现显著增强了拟南芥的铅耐受性以及植物体内的铅含量，此外，还证明了该基因对铅的耐受性具有专一性。

2.3 植物MYB基因家族与花青素合成间的关系

花青素属于类黄酮类物质，广泛存在于植物的很多部位中［79-80］，它不仅可以改变使植物的果实和花朵呈现丰富多彩的颜色，而且当植物遭受外界不良环境影响时，植物通过次生代谢途径产生的花青素可以对植物起到一定的保护作用［81］，此外，还对植物具有一定的光保护作用［82］。早在1996年，有研究人员试图探究MYB蛋白与色素形成的关系，于是以植物的黄化苗为研究对象，探究其对光的需求。结果发现，MYB蛋白确实与植物的色素形成有关，且可以通过改变MYB蛋白的表达来实现品种改良［83］。还有研究表明，有结构基因和转录因子2类与花青素合成代谢相关的基因，结构基因主要包括CHS、CHI、F3H、DFR等［84］，转录因子主要包括MYB、bHLH、WD40［85-87］。段晶晶［88］克隆了卵叶牡丹中的2个MYB基因，即PqMYB113和PqMYB4，研究发现，PqMYB113对卵叶牡丹中花青素的合成有促进作用，而PqMYB4对卵叶牡丹中花青素的合成具有抑制作用，经过对该基因的空间表达分析发现，PqMYB113在牡丹的红叶期有较高的表达量，而在绿叶中的表达量较低；PqMYB4则相反，在绿叶期的表达量较高，红叶期的表达量较低。还有研究发现MYB转录因子基因的表达会使得葡萄表皮的颜色增强，同时浆果软化程度也增强，这表明MYB对花青素的形成有一定的调节作用［89］。王霜等［90］在苦荞中克隆到一个属于R2R2-MYB类型，与黄酮代谢相关的MYB转录因子FzMYB23，然后将其在拟南芥中过表达，结果发现过表达株系的种皮颜色明显深于野生型，并且转基因株系中的与花青素合成相关的基因表达量也显著升高。孙彬妹［91］在紫鹃中克隆了1个与类黄酮合成相关的R2R3-MYB类转录因子CsAN1，然后将其构建超表达载体转入本氏烟草中，发现其异位表达显著增加了烟草叶片中的花青素积累，且与花青素合成相关的结构基因明显上调。

王冠杰［92］探究了MYB转录因子和bHLH类转录因子之间的相互作用及对花青素合成关键基因CHS启动子活性的调控，结果发现：BrMYB75和BrTT8之间存在着相互作用，并且协同调控CHS的启动子活性，且单独的BrMYB75或BrTT8对CHS启动子活性的影响较小。同样，牛珊珊［93］在杨梅中也发现了类似的结果，杨梅中的MrMYB1协同bHLH类转录因子可以激活AtDFR启动子，从而影响花青素苷的合成。

2.4 植物MYB基因家族在茄子中的研究进展

茄子作为人们日常生活中常见的一种蔬菜，其富含大量的花青素，具有较高的营养价值，因此，关于茄子中花青素合成的研究也成为当前的一个热点。邵文婷等［94］从紫茄中分离出一个R2R3-MYB类转录因子SmMYB1，通过将紫茄进行遮光处理和正常培养处理发现，遮光处理一致了紫茄果皮中花青素的含量，且SmMYB1的表达量下降，说明SmMYB1对紫茄中花青素的合成起到了一定的正调控作用，并且经超表达该基因发现，可以使得紫茄再生枝花青素得到一定的积累［95］，这也进一步表明了该基因的转录激活使得花青素合成途径中的相关基因表达上调，促进了花青素苷的积累。扶京龙［96］在茄子中分离出2个MYB类转录因子，研究发现，这2个基因对茄子花青素合成都有一定的调控作用，但是SmMYB18正向调控，而SmMYB19表现出负调控，并且SmMYB19对花青素的调控受温度影响更大。王世界［97］采用一些类生物技术手段，最终筛选到SmMYB6是参与茄子花青素生物合成的关键转录因子。

3 小结与展望

到目前为止，已经有大量植物的MYB基因家族被分离和鉴定，但是多数研究只停留在对其结构、细胞定位、基因表达和调控、逆境胁迫下的基因表达等方面，对其功能的研究并不是特别深入。研究表明，MYB基因家族是植物中一个非常重要的基因家族，其在植物的生长发育（包括植物器官发生和生长，初生和次生代谢物质积累等）和逆境胁迫响应（包括对病原菌等生物胁迫的响应，对干旱、盐害、低温、重金属等非生物胁迫的响应）等方面都起到了非常重要的作用。

但是对于其如何对上述植物生理过程进行调控的分子机制却研究得比较少，因此，仍然有大量的工作需要研究者们开展相应的试验来进行揭示。需要从以下4个方面对MYB基因进一步的深入研究。

（1）通过利用酵母双杂交系统，筛查植物MYB基因参与植物生长发育和相应逆境胁迫的调控网络，最终确定其在调控通路上扮演着怎样的角色，从而进一步认识该基因的功能，为后续通过转基因手段进行育种改良奠定基础。

（2）MYB基因家族包含着大量的基因成员，这些成员在调节植物生长发育及相应逆境胁迫的过程中，有哪些是某个基因单独行使功能的，有哪些过程是由多基因共同调控的，这也需要研究者们经过大量的实验证实。

（3）找寻一些极端耐逆植物，从中挖掘出新的、在植物生长发育过程中具有重要功能的MYB基因，从而丰富基因资源。同时，对这些基因进行深入了解和研究，使得这些基因的功能得到更加有效和合理的应用。

（4）基于MYB基因家族在黄酮类代谢途径中的重要作用，因此，可以在药用植物中对其进行更加深入的了解，一方面，探索其在黄酮类物质代谢途径中所扮演的角色，从而提高药用植物黄酮类物质积累量；另一方面，通过明确外界信号和内源信号对黄酮类物质积累的影响，药用植物不同器官和部位黄酮类物质积累的差异，通过转基因技术培育高产、优质的药用植物，从而科学合理地指导药用植物的人工种植和应用。