王俞程，何瑞萍，彭獻(xiàn)軍，沈世華

（1.北方資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院植物研究所，北京100093；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

WUSCHEL－related homeobox（WOX）轉(zhuǎn)錄因子家族是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子。他的同源異型結(jié)構(gòu)域（Ho meodomain，HD）由65個(gè)氨基酸殘基組成［1］。該家族基因在植物發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期發(fā)揮重要作用，如胚的形成、干細(xì)胞穩(wěn)定性和器官的形成。這些功能的發(fā)揮與他們能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂或阻止未成熟細(xì)胞的提前分化密不可分［2］。WUSCHEL（WUS）基因是WOX 家族中最早發(fā)現(xiàn)的基因，1996年Laux等［3］研究表明擬南芥（Ar abidopsis thaliana）wus突變體的莖尖分生組織（Shoot Apical Meristem，SA M）和花序分生組織（Floral Meristem，F(xiàn)M）異常，不斷產(chǎn)生有缺陷的莖尖分生組織，僅僅產(chǎn)生幾片葉后，芽原基停止生長(zhǎng)，導(dǎo)致在莖上產(chǎn)生許多成簇狀的葉序混亂的葉片，花數(shù)目減少且花器官異常，該基因雖然不影響干細(xì)胞的發(fā)生，但對(duì)維持其功能穩(wěn)定性起重要作用。2004年，Haecher等［1］在全面研究擬南芥基因組后，發(fā)現(xiàn)了15個(gè)編碼與WUS結(jié)構(gòu)相似的蛋白的基因，并將他們命名為WOX 基因。

1 WOX結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

WOX 轉(zhuǎn)錄因子家族是屬于 Ho meobox（HOX）超家族中的一員，在HOX 超家族中，典型的同源異型結(jié)構(gòu)域由60個(gè)氨基酸殘基組成，這60個(gè)氨基酸殘基序列折疊形成“螺旋－環(huán)－螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix－loop－h(huán)elix－tur n－h(huán)elix）”的空間結(jié)構(gòu)，其中由第2 個(gè)和第3 個(gè)螺旋組合形成的“螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix－turn－h(huán)elix）”能夠與特定DNA序列結(jié)合［4］。這一結(jié)構(gòu)域在不同物種不同蛋白中都非常保守，說(shuō)明這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)維持HD 功能完整性起重要的作用［5］。WOX蛋白家族的HD含有65個(gè)（WUS是66）氨基酸殘基，增加的5 個(gè)或6 個(gè)分別在第1個(gè)和第2個(gè)螺旋間多了1個(gè)或2個(gè)殘基，在第2個(gè)和第3個(gè)螺旋間多了4 個(gè)殘基［4］。HD 結(jié)構(gòu)域在WOX 蛋白家族不同成員中的位置變化較大。該家族分為WUS支（WUS Clade）、中間支（Inter mediate Clade）和遠(yuǎn)古支（Ancient Clade）3個(gè)支，各成員除含有HD 外，還含有其他功能元件，如WUS支的成員在HD 的羧基端一側(cè)含有一個(gè)WUS－box結(jié)構(gòu)域（一般形式是T－L－X－L－F－P－X－X，X 代表任意氨基酸），其他兩支也存在相似結(jié)構(gòu)域。另外，WUS 支成員WUS－box起始氨基酸為T－L，遠(yuǎn)古支和中間支起始氨基酸并不固定。WUS－box結(jié)構(gòu)域在調(diào)控莖尖干細(xì)胞群的穩(wěn)定性和花器官的發(fā)育過(guò)程中起重要的作用［6］。

一些WOX 蛋白在其HD 和WUS－box之間存在著一連串酸性氨基酸殘基，可能作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域行使其功能；另外，在擬南芥中WUS、WOX5和WOX7在其羧基端末尾存在著一個(gè)與乙烯響應(yīng)因子（Ethylene Response Factor，ERF）相關(guān)的兩性抑制結(jié)構(gòu)域，具有轉(zhuǎn)錄抑制功能［7］，除了這三個(gè)成員，其他WOX 蛋白也都含有形式不太嚴(yán)格的EAR結(jié)構(gòu)域其形式大多是［LVI］－X－［LVI］－X－［LVI］，存在位置也并不限定在蛋白序列的羧基末端，有時(shí)候會(huì)與其他結(jié)構(gòu)域發(fā)生重疊，并且可能存在多個(gè)拷貝（如在WOX8中有3個(gè)拷貝）。遠(yuǎn)古支的WOX 蛋白（WOX10、WOX13和WOX14）在其羧基端存在著一個(gè)由60個(gè)左右的氨基酸組成的結(jié)構(gòu)域。Lian等［8］選擇7個(gè)物種的56個(gè)WOX 蛋白進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)除HD 以外還存在7個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域的功能未知，尚未有研究報(bào)導(dǎo)，他們認(rèn)為這些未知的結(jié)構(gòu)域的形成可能與這些WOX 蛋白的功能分化相關(guān)。

2 WOX亞細(xì)胞定位與轉(zhuǎn)錄激活活性

盡管WOX 蛋白都是作為轉(zhuǎn)錄因子而發(fā)揮其作用，然而該家族所有的成員都無(wú)法預(yù)測(cè)到明顯的信號(hào)肽序列。已有的亞細(xì)胞定位試驗(yàn)表明，擬南芥的At－PRS（WOX3）［9］、At WOX4［10］、At WUS［11］、At WOX6［12］和At WOX11［13］定位在細(xì)胞核內(nèi)，At WOX1同時(shí)定位在細(xì)胞核內(nèi)和細(xì)胞質(zhì)中［14］。水稻的Os WOX3，Os WOX9（DWT1）［15］，Os WOX11［13］，毛白楊（Populus tomentosa）的Pto WUSa、Pto WOX4a、Pto WOX5a、Pto WOX11／12a和Pto WOX13c都定位在核內(nèi)［16］。既然他們都能定位到核內(nèi)，說(shuō)明他們的信號(hào)肽序列可能只是無(wú)法被現(xiàn)有的算法所預(yù)測(cè)到，或者他們還需要和其他具有核定位信號(hào)序列的蛋白發(fā)生相互作用才能定位到核內(nèi)。有些HOX 蛋白需要同其他蛋白質(zhì)形成異源二聚體才能進(jìn)入到核內(nèi)，例如HOX 家族的KNOTTED1－LIKE homeobox（KNOX）需要和BLH 蛋白通過(guò)MEINOX 和BELL 這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域相互作用形成復(fù)合體才能一起進(jìn)入到核內(nèi)［17］。

研究表明，Os WOX3 A 具有轉(zhuǎn)錄激活活性，并且其氨基端的HD和羧基端的WUS－box 是Os WOX3 A發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活活性所必需的結(jié)構(gòu)［18］。目前只有這一個(gè)WOX 轉(zhuǎn)錄因子有轉(zhuǎn)錄激活活性試驗(yàn)研究報(bào)道。

3 WOX家族系統(tǒng)進(jìn)化

根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析，擬南芥WOX 蛋白家族WUS支包含WUS 和WOX 1～WOX 7 共8 個(gè)成員，中間支包括WOX8、WOX9、WOX11 和WOX12，WOX10、WOX13 和WOX14 被劃分到遠(yuǎn)古支［2］（圖1）。目前，在植物界中已經(jīng)找到了許多WOX 基因，對(duì)該家族基因的起源和進(jìn)化歷史進(jìn)行了初步研究［8］。處于不同分類地位的植物類群所包含的WOX 蛋白在3支中的分布差異明顯，所有植物均含有遠(yuǎn)古支WOX 蛋白，然而綠藻（Chlorell a）和非維管束植物苔蘚Physcomitrell a patens 等僅含有遠(yuǎn)古支WOX 蛋白，僅在較高等的蕨類植物和種子植物中發(fā)現(xiàn)有中間支蛋白［19］，而WUS 支WOX 蛋白則是高等的種子植物所特有的［20］。

圖1 擬南芥WOX蛋白家族的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)Fig.1 Phylogenetic relationship of Ar abidopsis WOX family proteins

從綠藻到開(kāi)花植物這些親緣關(guān)系相差很大的真核生物都含有WOX 基因，說(shuō)明這個(gè)家族的起源至少發(fā)生在真核生物分化前，系統(tǒng)進(jìn)化的結(jié)果也表明在綠藻和陸生植物發(fā)生分化前，他們的最近共同祖先（Last Co mmon Ancestor）已至少含有一個(gè)WOX基因，WOX 家族基因在遠(yuǎn)古支最早起源，隨后各物種的遠(yuǎn)古支成員們獨(dú)立進(jìn)化［8］。中間支WOX 蛋白成員不僅包括種子植物，同時(shí)包括一些低等的維管植物如石松（Lycopodium）、卷柏（Sel aginell a tamariscina）和地衣類（Lichen）等，說(shuō)明維管植物家族進(jìn)化起源的最近共同祖先已經(jīng)含有中間支WOX 基因［20］。低等植物如綠藻僅含有遠(yuǎn)古支的WOX 基因，而高等種子植物不僅含有遠(yuǎn)古支的WOX 基因，還含有中間支和WUS 支的基因，說(shuō)明遠(yuǎn)古支的WOX 基因代表最古老的成員，而WUS支和中間支的成員是在進(jìn)化過(guò)程中由遠(yuǎn)古支的成員擴(kuò)增后分化而來(lái)的［8］。

Nar d mann和Werr［21］認(rèn)為裸子植物和被子植物發(fā)生分化前，WUS支的基因就已經(jīng)發(fā)生了擴(kuò)增。并且種子植物的最近共同祖先至少已經(jīng)包含WOX2、WOX3 和WOX4 的直系同源基因，以及WUS／WOX5 的直系同源基因。WOX2、WOX3 和WOX4 功能分化后作用部位分別是胚體、邊界分生組織和維管束系統(tǒng)。

有研究者在銀杏（Ginkgo bil oba）、買麻藤（Gnetum gnemon）和樟子松（Pinus syl vestris）這3種裸子植物中都只發(fā)現(xiàn)有對(duì)應(yīng)擬南芥WUS 的基因，沒(méi)有對(duì)應(yīng)WOX5 的基因；而即使是較古老的被子植物無(wú)油樟（Amborell a trichopoda）和睡蓮（Ny mphaea j a mesoniana）中都既有WUS 又有WOX5 基因，推測(cè)WOX5 是在被子植物和裸子植物分離后，在被子植物中獨(dú)自通過(guò)基因復(fù)制和功能分化后產(chǎn)生的［20］。然而Hed man等［22］在裸子植物白皮松（Pinus alba）中發(fā)現(xiàn)同時(shí)存在WOX5 和WUS 基因，上述前三種裸子植物都尚未完成全基因組測(cè)序，因此他們是否真的沒(méi)有對(duì)應(yīng)的WOX5 基因尚不能確定。

WOX1／STF 在所有測(cè)序的雙子葉植物中均有一到兩個(gè)成員，然而在水稻（Or yza sativa）、玉米（Zea mays）、高粱（Sor ghum bicolor）、小麥（Triticu m aestivu m）、大麥（Hor deu m vul gare）等其他單子葉植物中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與之明顯對(duì)應(yīng)的直系同源基因，這說(shuō)明它可能是在單子葉和雙子葉植物分離后，在雙子葉植物中獨(dú)立進(jìn)化產(chǎn)生的［23］。

4 WOX轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能

WOX 基因家族的成員幾乎在植物的各個(gè)器官中都有表達(dá)，其主要表達(dá)部位位于各器官分裂旺盛的細(xì)胞群中。該家族基因在植物關(guān)鍵發(fā)育時(shí)期如胚的形成、干細(xì)胞穩(wěn)定性和器官的形成的過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。這些功能的發(fā)揮與他們能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂或阻止未成熟細(xì)胞的提前分化密不可分［2］。WOX 基因家族各成員的表達(dá)部位和所發(fā)揮的功能見(jiàn)表1。

4.1 遠(yuǎn)古支

WOX13 在擬南芥初生根和側(cè)根的發(fā)生和發(fā)育過(guò)程中表達(dá)，在花序和花芽中也有較高表達(dá)，參與側(cè)根的發(fā)育和花器官的形成。突變體側(cè)根數(shù)量減少，角果發(fā)育異常。WOX14 也屬于遠(yuǎn)古支，但僅存在于十字花科（Brassicaceae），相比較WOX13，WOX14 的表達(dá)僅限于側(cè)根形成的早期階段和花藥的發(fā)育。WOX10 僅在擬南芥基因組中發(fā)現(xiàn)，其他物種中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與他明顯對(duì)應(yīng)的同源基因。擬南芥幼苗中，即使高循環(huán)的PCR 反應(yīng)仍不能檢測(cè)到WOX10 的轉(zhuǎn)錄本的存在，已有的表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)中也沒(méi)有檢測(cè)到該基因轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)，推測(cè)該基因可能是一個(gè)假基因（Pseudogene）［19］。

4.2 中間支

WOX8 和WOX9 一起參與調(diào)控?cái)M南芥從受精卵發(fā)育成胚的過(guò)程。在擬南芥胚的形成過(guò)程中，WOX2 和WOX8 首先在卵細(xì)胞和受精卵中共同表達(dá)，受精卵第1 次不對(duì)稱分裂后，WOX8 和WOX9只在基部子細(xì)胞中表達(dá)。在典型八細(xì)胞期，將形成下胚軸和部分根的中間區(qū)域只表達(dá)WOX9 和少量的WOX2；將形成根分生組織的胚根只表達(dá)WOX8和WOX9；胚柄細(xì)胞只表達(dá)WOX8［1，24］。除了在胚的早期發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用外，WOX9／STI MPY還在SA M 和葉原基中有表達(dá)，對(duì)維持莖尖WUS 和CLAVATA3 的表達(dá)也是必須的。另外WOX9 在根尖分生組織中表達(dá)，能夠促進(jìn)根部細(xì)胞的增殖。突變體stip 表現(xiàn)出腋芽和葉原基的發(fā)生和生長(zhǎng)缺陷，初始根的生長(zhǎng)和側(cè)根的發(fā)生受到明顯抑制［25］。STPL／WOX8還能在胚發(fā)育過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)CUPSHAPED COTYLEDON（CUC）基因的表達(dá)控制子葉葉緣的形態(tài)建成［26］。

水稻DWT1 是擬南芥WOX8／9 的同源基因，影響水稻節(jié)間細(xì)胞的增殖和伸長(zhǎng)，對(duì)控制水稻主枝和分蘗生長(zhǎng)的一致性起重要作用［15］。EVERGREEN 是聚散矮牽牛花（Cy mose petunia）中對(duì)應(yīng)擬南芥WOX9 的轉(zhuǎn)錄因子，它能夠控制花序的構(gòu)型，促進(jìn)側(cè)生花序分生組織細(xì)胞的增殖。EVG 在聚傘花序進(jìn)化過(guò)程中處于重要地位［27］。裸子植物挪威云杉（Picea abies）中，Pa WOX2 和Pa WOX8／9也在受精卵和體胚的早期發(fā)育過(guò)程中高表達(dá)，控制體胚的早期發(fā)育，說(shuō)明這一機(jī)制在裸子植物和被子植物中比較保守［28］。

擬南芥中，WOX11 和WOX12 功能重疊。他們一起參與外植體根（Adventitious r oot）的器官發(fā)生，然而側(cè)根的發(fā)生卻不受這些影響［29］。水稻中Os WOX11 參與激活冠狀根的發(fā)生和生長(zhǎng)，是一個(gè)不定根生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因。WOX11 首先在突出的冠狀根表達(dá)，隨后在根分生組織的細(xì)胞分裂區(qū)表達(dá)。wox11 的缺失突變體或者降低WOX11 的表達(dá)都會(huì)使冠狀根數(shù)目減少和生長(zhǎng)速率下降，而過(guò)量表達(dá)WOX11 則使冠狀根提早產(chǎn)生，冠狀根的生物量也顯著增加，同時(shí)在高位莖節(jié)甚至小花基部也產(chǎn)生不定根［13］。

4.3 WUS支

WUSCHEL 基因是最早發(fā)現(xiàn)的屬于WOX 家族中的基因，wus突變體的莖尖和花序分生組織異常，wus突變體不斷產(chǎn)生有缺陷的莖尖分生組織，隨后異常終止，形成混亂的成簇狀葉片［3］。WUS 基因在莖尖分生組織的中心區(qū)細(xì)胞表達(dá)，是形成和維持莖頂端分生組織所必需的；WUS 基因還參與到子房和花藥發(fā)育過(guò)程［30－31］。在根中異位表達(dá)WUS，能夠在根上誘導(dǎo)產(chǎn)生莖尖分生組織，進(jìn)而產(chǎn)生葉片，并產(chǎn)生花序［32］。WUS－box結(jié)構(gòu)域是WUS 發(fā)揮其每一項(xiàng)功能都必需的，當(dāng)這一功能域發(fā)生突變后，WUS 原有的所有功能都無(wú)法正常發(fā)揮［6］。

表1 WOX轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)部位和功能Table 1 Summary of WOX transcription f actor expression domains and f unction

與WUS 在SA M 表達(dá)，對(duì)維持SAM 穩(wěn)定性起重要作用對(duì)應(yīng)的是，WOX5 在根尖的靜止中心表達(dá)，對(duì)維持根尖分生組織干細(xì)胞的穩(wěn)定性起重要作用；擬南芥wox5－1 突變體中，位于靜止中心區(qū)的細(xì)胞形態(tài)異常，體積變大，而且鄰近的中柱干細(xì)胞體積變得更大，說(shuō)明這些細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生了分化［33］。WOX5 在子葉原基和側(cè)根原基發(fā)生和向外生長(zhǎng)時(shí)也有表達(dá)，說(shuō)明它在這些組織發(fā)育過(guò)程中也發(fā)揮著作用。WOX5 與WUS 在維持干細(xì)胞穩(wěn)定性方面所起的調(diào)控作用是同等的或者說(shuō)是可互換的，如在WUS 編碼區(qū)前面加上WOX5 的啟動(dòng)子，就可以恢復(fù)wox5 突變體的表型；在WOX5 的編碼區(qū)前面加上WUS 的啟動(dòng)子也可以恢復(fù)wus 突變體SA M 異常的表型，但還是不能恢復(fù)wus突變體在花器官方面的缺陷［33］。

WOX1 參與調(diào)控葉片的橫向生長(zhǎng)，影響葉片的寬度。這一功能在不同物種中較保守。該基因在不同物種中的直系同源基因，如矮牽牛（Petunia hybrida）中的MA W、蒺藜狀苜蓿（Medicago tr uncatul a）中的STF、煙草（Nicotiana tabacu m）中的LAM 以及擬南芥中WOX1 和PRS 都參與到調(diào)控葉片的橫向生長(zhǎng)。在蒺藜狀苜蓿中，st f 突變體的葉片橫向生長(zhǎng)導(dǎo)致葉脈發(fā)育嚴(yán)重異常，葉片中脈變細(xì)，側(cè)脈減少。煙草l am1 突變體，由于缺乏葉肉細(xì)胞的分化，葉片變成細(xì)條狀［34］。矮牽牛MA W 基因整合了擬南芥中At WOX1 和At WOX3 兩個(gè)基因的功能，參與到葉片的橫向生長(zhǎng)和花器官的融合發(fā)育［35］。擬南芥wox1 敲除突變體中，沒(méi)有觀察到明顯的異常表型，說(shuō)明還存在與其功能重疊的基因［35］，擬南芥中WOX1 和WOX3 一起共同調(diào)控葉片的橫向生長(zhǎng)［36］。

擬南芥的PRESSED FLOWER （PRS）基因，也稱WOX3，參與調(diào)控兩側(cè)花瓣的發(fā)育。突變體花瓣窄小，有時(shí)甚至缺失。PRS 在花序分生組織的L1、L2和L3層細(xì)胞中均表達(dá)，其中在L1層細(xì)胞中表達(dá)量最高，PRS 在莖尖分生組織外周細(xì)胞中表達(dá)，使鄰近細(xì)胞分化成營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官的兩側(cè)區(qū)域。prs1突變體葉片兩側(cè)的托葉、側(cè)向的萼片以及雄蕊的變窄或缺失［37］。PRS 過(guò)表達(dá)則使植株表皮層細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)，在植株莖桿表面形成許多瘤狀突起［9］。

玉米中WOX3 的直系同源基因雙突變體ns1和ns2 的葉片變窄，這一表型主要是由于無(wú)法招募周圍基礎(chǔ)細(xì)胞以形成葉緣組織而造成的［38］。水稻nal2／3 雙突變體，葉片明顯變窄，而過(guò)表達(dá)NAL2／3則會(huì)使植株葉片變寬，NAL2 和NAL3 基因是對(duì)應(yīng)WOX3 的兩個(gè)獨(dú)立拷貝，單突變體葉片無(wú)明顯表型變化［17，39］。

WOX2 與WOX8 和WOX9 一起參與到擬南芥胚的形成發(fā)育過(guò)程，WOX2 最開(kāi)始在卵細(xì)胞和受精卵中都表達(dá)，受精卵第一次不對(duì)稱分裂后，WOX2的表達(dá)被限制在頂部子細(xì)胞，而WOX8 的表達(dá)限制在基部子細(xì)胞中；在典型八細(xì)胞期，WOX2 在將發(fā)育成大部分地上組織的頂部細(xì)胞群中表達(dá)。WOX2的表達(dá)和原胚的正常發(fā)育依賴WOX8 在基部子細(xì)胞群中的正常表達(dá)［40］。WOX2 對(duì)胚芽的發(fā)育起重要的調(diào)控作用，WOX1 和WOX3 在這方面也有冗余的功能，只有當(dāng)WOX2 功能缺失時(shí)，WOX1、WOX3 和WOX5 在這方面的作用才發(fā)揮出來(lái)［40］。

At WOX4 在植株幾乎所有的維管束系統(tǒng)中均有表達(dá)，具體表達(dá)部位在形成層和原形成層組織，影響植物的次生生長(zhǎng)。At WOX4 在莖尖和根尖分生組織中無(wú)表達(dá)［10］。WOX4 在水稻中不僅參與維管束發(fā)育，在花序和花分生組織中也有較高表達(dá)。當(dāng)將WOX4 沉默后，莖尖分生組織發(fā)育異常，植株矮小且形狀異常，葉片發(fā)黃。Os WOX4 是一個(gè)調(diào)節(jié)SA M 穩(wěn)定性的正向調(diào)控因子［41］。對(duì)At WOX4 進(jìn)行RNAi后，葉片、成熟莖和成熟根中的維管束分化的導(dǎo)管和篩管量顯著減少，而未分化的組織則過(guò)度積累。RNAi植株明顯小于野生型。西紅柿（Lycopersicon esculentum）中過(guò)表達(dá)WOX4，其篩管和導(dǎo)管的數(shù)量也明顯增多［42］。

PFS2／At WOX6 幾乎在所有正處于分化狀態(tài)的器官原基中都有表達(dá)，而在成熟組織中無(wú)表達(dá)，WOX6 過(guò)表達(dá)影響葉原基和花原基的分化和成熟，說(shuō)明WOX6 能夠抑制器官原基的成熟分化。WOX6 還參與調(diào)控子房的發(fā)育，作用機(jī)制是通過(guò)調(diào)控子房壁細(xì)胞的增殖和胚囊母細(xì)胞的分化。p f s2突變體的子房和葉片都發(fā)育異常［12］。WOX6 還影響植物的低溫耐受性，突變體植株hos9 生長(zhǎng)緩慢，并且變得更加不耐低溫，然而其表達(dá)水平不受低溫刺激而變化［43］。

5 WOX轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)調(diào)控機(jī)制

根據(jù)已有的研究結(jié)果，大多數(shù)WOX 基因功能的發(fā)揮或者是因?yàn)樗麄兡軌虼龠M(jìn)細(xì)胞的分裂或者是能夠阻止未成熟細(xì)胞的分化。一些WOX 基因的功能的發(fā)揮具有非細(xì)胞特異性，即表達(dá)部位與發(fā)揮作用的部位不一致。例如WUS 和WOX5 能非細(xì)胞特異性地控制干細(xì)胞的穩(wěn)定性；水稻DWT1 能非細(xì)胞特異性地調(diào)節(jié)節(jié)間細(xì)胞的增殖和伸長(zhǎng)；擬南芥胚發(fā)育過(guò)程中WOX8 和WOX9 能非細(xì)胞特異性地調(diào)節(jié)頂部細(xì)胞群的分化［1］。

WUS 在莖尖分生組織中通過(guò)參與一個(gè)由WUS 基因和CLAVATA（CLV）基因組成的負(fù)反饋環(huán)以維持莖尖分生組織中干細(xì)胞的穩(wěn)定性。在莖頂端分生組織的起始發(fā)育過(guò)程中，WUS 的表達(dá)逐漸局限于中心區(qū)原體的一部分細(xì)胞中。WUS、CLV1和CLV3 形成一個(gè)反饋環(huán)，以維持莖頂端分生組織中心區(qū)的大小。WUS 在分生區(qū)原體的表達(dá)，誘導(dǎo)CLV3 在上層原套中表達(dá)，產(chǎn)生CLV3 蛋白，由CLV3蛋白的作用，激活原體中的CLV1 信號(hào)途徑［44］，反過(guò) 來(lái)，CLV1 的 激 活，又限制了WUS 的 表達(dá)區(qū)域［45］。有研究者發(fā)現(xiàn)WUS 通過(guò)直接參與到細(xì)胞分裂素的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中而調(diào)控分生組織功能，WUS能夠直接與ARR7／15 發(fā)生作用，并抑制其表達(dá)［46－47］。

相比較在SA M 中的情況，在花序分生組織（F M）中，干細(xì)胞的穩(wěn)定性非常短暫，一旦花器官發(fā)生后，F(xiàn)M 的活力就停止，這一過(guò)程依賴WUS 和AGAMOUS（AG）的相互作用。在花的發(fā)育過(guò)程中，WUS能夠促進(jìn)AG 的表達(dá)，然而AG 通過(guò)直接與WUS 結(jié)合并抑制WUS 的表達(dá)來(lái)終止花序分生組織的命運(yùn)，兩者形成的一個(gè)負(fù)反饋環(huán)可以共同調(diào)控FM 的活性［48－49］。

WUS－box這一具有轉(zhuǎn)錄抑制功能的結(jié)構(gòu)域，不僅是WUS發(fā)揮其每一項(xiàng)功能所必須的，而且在其他WOX 蛋白中也發(fā)揮重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在矮牽牛中WUS－box是STF 發(fā)揮其調(diào)控葉片橫向生長(zhǎng)的功能所必需的。在STF 啟動(dòng)子下，擬南芥WUS支里，所有具有WUS－box的成員（At WOX7除外，At WOX7無(wú)WUS－box）均可恢復(fù)l am1 突變體的窄葉表型。而中間支和遠(yuǎn)古支的成員因?yàn)槎紱](méi)有完整的WUS－box結(jié)構(gòu)域都不具上述功能。在At－WOX7、中間支和遠(yuǎn)古支蛋白后面額外增加一個(gè)WUS－box或者其他的外源轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)域（repressor domain）也可以恢復(fù)l am1 葉片的橫向生長(zhǎng)［50］。

激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和脫落酸等。已有較多試驗(yàn)結(jié)果表明，很多WOX 基因都與某些激素存在互作，共同調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。例如，在WOX1 的同源基因stf 和l am1 突變體中，植株體內(nèi)生長(zhǎng)素合成減少。而過(guò)表達(dá)STF 則導(dǎo)致植株體內(nèi)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素含量明顯提高。STF 可能通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的平衡以控制葉片的橫向生長(zhǎng)［34］。水稻Os WOX11 的表達(dá)受外源生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的誘導(dǎo)，參與激活冠狀根的發(fā)生和生長(zhǎng)［13］。在擬南芥胚的發(fā)育過(guò)程中，WOX2 能促進(jìn)生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因PI NFORMWD1（PI N1）的表達(dá)，使生長(zhǎng)素集中到向根的一端和正在發(fā)育的胚的子葉頂端，調(diào)控胚芽的發(fā)育［40］。分別外源施加IAA、NAA 和6－BA后，水稻植株體內(nèi)的Os WOX11 基因在1 h 的表達(dá)量就有顯著提高，其中在IAA 和NAA 誘導(dǎo)下的變化最顯著［51］。

大部分水稻W(wǎng)OX 基因的表達(dá)水平都受到一種或多種非生物脅迫的影響。例如，在干旱處理下，幾乎所有WOX 基因的表達(dá)水平在12 h均有明顯的提升；NaCl處理能誘導(dǎo)Os WOX3 和Os WOX5 的表達(dá)；低溫處理能提升Os WOX9B 和Os WOX12B 的表達(dá)［51］。

WOX 轉(zhuǎn)錄因子還能與其他轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生相互作用。如水稻中WOX3能夠抑制YAB3 的表達(dá)，過(guò)表達(dá)WOX3 植株與YAB3 的RNAi植株表型相同，他們共同調(diào)控水稻葉片的發(fā)育［52］；在胚的早期發(fā)育階段，WOX8 和其功能重疊基因WOX9 一起，在受精卵、基部子細(xì)胞和下胚軸細(xì)胞中被WRKY2轉(zhuǎn)錄因子激活［53］。

6 總結(jié)及展望

WOX 基因大多是在分生組織發(fā)揮作用，不管是根中、莖中、葉中還是花中的分生組織。他們的功能都是控制分生組織的分化，作用機(jī)制是促進(jìn)細(xì)胞的分裂或者是抑制細(xì)胞的提前分化。WOX 基因之間功能的分化，很多都是由于啟動(dòng)子的分化，導(dǎo)致表達(dá)部位不一樣，進(jìn)而使不同基因在不同部位發(fā)揮作用，例如有些WOX 基因之間，只要改變啟動(dòng)子，就可以部分甚至完全互補(bǔ)原有基因的功能。如將WUS 的編碼序列連上WOX3 的啟動(dòng)子，就可以完全互補(bǔ)WOX3 的功能。在STF 啟動(dòng)子下，所有具有WUS－box結(jié)構(gòu)域的WOX 基因均可恢復(fù)stf 的窄葉表型。有些WOX 基因間的功能存在冗余，將其中單個(gè)WOX 基因敲除后，并不會(huì)出現(xiàn)明顯的表型變化，如WOX1［35］。

目前大多數(shù)有關(guān)WOX 基因的研究只有功能報(bào)道，他們所參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及所處的信號(hào)通路依然知之甚少，相關(guān)的研究對(duì)加深WOX 基因功能的理解有十分重要的意義。從已有的關(guān)于WOX 基因家族的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)來(lái)看，大部分研究都集中在模式植物擬南芥和水稻中，在其他物種中的研究相對(duì)較少。鑒于WOX 家族基因在植物關(guān)鍵發(fā)育時(shí)期發(fā)揮重要作用，對(duì)各器官的形態(tài)建成有如此重要的作用，更重要的是同一個(gè)WOX 基因在不同物種中所發(fā)揮的作用也不近相同。因此，在其他物種中開(kāi)展WOX 陋就簡(jiǎn)家族基因功能的研究是有必要的。

目前有關(guān)WOX 基因的研究主要還是集中在生長(zhǎng)發(fā)育方面。已有的研究表明，該家族基因在植物地上部分和地下部分的形態(tài)建成過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。WOX 基因在控制植物整體形態(tài)建成方面的作用，如葉片大?。?4］，對(duì)提高作物地上部分的生物量，培育高產(chǎn)牧草新品種具有十分重要的指導(dǎo)意義。有關(guān)該家族基因響應(yīng)非生物脅迫方面的研究相對(duì)較少，植物的生長(zhǎng)發(fā)育必然要受到外部環(huán)境的影響，植物在受到逆境脅迫時(shí)，必然要調(diào)整或者改變自身的形態(tài)建成，以更好地適應(yīng)逆境環(huán)境。因此推測(cè)該家族必然有能夠參與響應(yīng)脅迫的基因，尋找到這樣一些基因，并探索其作用具體的分子機(jī)制，將是一項(xiàng)非常有意義的研究，這也將為培育抗逆性強(qiáng)的作物新品種提供重要參考。

致謝：該論文是第二屆全國(guó)草業(yè)生物技術(shù)大會(huì)評(píng)選出的優(yōu)秀論文，并得到中國(guó)草業(yè)生物技術(shù)專業(yè)委員會(huì)提供的版面費(fèi)支持。

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