趙琦，崔夢杰，韓鎖義，郭騰達(dá)，杜培，劉華，徐靜，黃冰艷，董文召，張新友

（1.河南省作物分子育種研究院/鄭州大學(xué)研究生科研和培訓(xùn)基地/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海油料作物重點實驗室/河南省油料作物遺傳改良重點實驗室，鄭州 450002；2.鄭州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州 450066）

植物在生長發(fā)育過程中會遭受多種逆境脅迫的影響，主要包括生物和非生物脅迫兩大類。其中，非生物脅迫指植物受到復(fù)雜環(huán)境條件的影響，如強光、紫外線、高溫、冰凍、干旱、鹽分、重金屬和缺氧等，作物更易受到雜草、昆蟲和疾病的影響[1]；生物脅迫是指造成植物正常生長發(fā)育不良影響的各類生物因素[2]，如病毒[3]、細(xì)菌[4]和真菌[1]等，從而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)等。為了應(yīng)對復(fù)雜的環(huán)境脅迫，植物在長期的進(jìn)化過程中，形成了一系列的防御機制來調(diào)節(jié)生長發(fā)育和生理代謝，如誘導(dǎo)多種抗性相關(guān)基因的表達(dá)，從而保護(hù)自身免受復(fù)雜的環(huán)境脅迫[5]。

病程相關(guān)蛋白（pathogenesis related proteins，PRs）是一類植物蛋白質(zhì)，它們在植物受到病原體入侵或非生物脅迫（如干旱、高溫等）后會被激活并積累[6]。20世紀(jì)70年代早期，在煙草花葉病毒感染的煙草植物中首次報道了該蛋白[7]，后相繼在被病原菌侵染的三七[8]、丹參[9]和核桃[10]等多種植物中被鑒定。根據(jù)PR蛋白在開花植物中的結(jié)構(gòu)特征、親緣關(guān)系和生物活性，可將其分為17個不同的家族[11]。隨著植物全基因組測序技術(shù)的發(fā)展以及研究的深入，PR蛋白家族表現(xiàn)出多種生物學(xué)活性，例如PR-1表現(xiàn)出堿性蛋白酶活性，PR-2表現(xiàn)出β-1,3-葡聚糖酶活性，PR-3表現(xiàn)出幾丁質(zhì)酶活性，PR-9表現(xiàn)出過氧化物酶活性等[11-14]。其中，第十類PR蛋白（pathogenesis-related protein 10，PR10）是具備核酸酶活性的蛋白，引起了研究者的廣泛關(guān)注。自I.E.Somssich等[15]于1988年首次發(fā)現(xiàn)PR10以來，在單子葉植物如百合[16]、小麥[17]、玉米[18-19]、水稻[20]、高粱[21]，雙子葉植物如蘋果[22]、核桃[23]、葡萄[24]、辣椒[25-26]、大豆[27]、丹參[28]、紫苜蓿[29-30]、刺茄[31]和花生[32]等相繼發(fā)現(xiàn)多個PR10蛋白家族成員，且大多數(shù)PR10蛋白不含信號肽，呈酸性，是與核酸酶同源的一類胞內(nèi)蛋白[33]，在植物組織中存在組成型表達(dá)，且在受到鹽堿、冷、熱以及病原體侵染等脅迫時上調(diào)表達(dá)[34]，其產(chǎn)生和積累在植物的正常生長發(fā)育以及抵御逆境脅迫中扮演重要角色[33]。

PR10蛋白作為植物抵御逆境脅迫中的防御蛋白，廣泛存在于高等植物基因組中[6]。近年來，隨著對PR10蛋白的深入研究，人們不斷發(fā)現(xiàn)其保守的分子結(jié)構(gòu)、生物活性以及在逆境脅迫下的表達(dá)調(diào)控機制等方面的特征，這些發(fā)現(xiàn)引起了人們對PR10蛋白與植物抗逆性之間關(guān)系的廣泛關(guān)注，預(yù)示其在提高植物抗性中具有廣泛的應(yīng)用前景。為此，本文就PR10蛋白的基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)模式、生物學(xué)功能，以及在花生中的研究進(jìn)展等進(jìn)行綜述，為其在植物抗性育種方面的應(yīng)用提供參考。

1 PR10蛋白家族的基本特征和分類

根據(jù)氨基酸序列相似性、亞細(xì)胞定位及蛋白潛在功能，PR10可被分為2個不同類型：具有核糖核酸酶同源性的胞內(nèi)病程相關(guān)蛋白（intracellular pathogenesis-related proteins，IPR）和烏藥堿合酶（norcoclaurine synthases，NCS）[35]。其中，IPR類PR10蛋白與核糖核酸酶（Ribonuclease）具有序列同源性，且絕大多數(shù)PR10基因家族成員的開放閱讀框（ORF）通常為456～489 bp，包含一個內(nèi)含子和兩個外顯子，編碼151～162個氨基酸的多肽，分子量為15～18 kDa。NCS類PR10蛋白參與芐基異喹啉堿的合成[36]，與IPR蛋白的同源性僅28%～38%，其大多數(shù)成員包含633～696 bp的ORF，分子量約為26 kDa，N端或C端都有寡肽延伸，序列較IPR類PR10蛋白長，推測可能作為信號肽發(fā)揮作用[25,37-38]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這2種類型的PR10蛋白等電點通常介于4.75～6.65之間，多為小分子酸性蛋白[39]。例如，從樹棉懸浮培養(yǎng)細(xì)胞中分離到的GaPR-10基因的開放閱讀框編碼一個159個氨基酸殘基的肽，分子量為17.3 kDa，PI為4.95[40]；水稻RSOsPR10的分子量為16.7 kDa，PI為4.74[41]；玉米ZmPR10編碼蛋白分子量為16.9 kDa，PI為5.83[42]。

基因結(jié)構(gòu)分析指出，大多數(shù)PR10基因的開放閱讀框編碼氨基酸序列中都包含一個高度保守的“P-loop”基序，即“GXGGXG”。這“P-loop”結(jié)構(gòu)域廣泛存在于磷酸化激酶和核酸結(jié)合蛋白中[43]。研究表明，這一保守結(jié)構(gòu)域的磷酸化與核酸酶活性密切相關(guān)[39]。PR10蛋白在植物體內(nèi)通過磷酸化激活自身的核酸酶活性，使PR10蛋白能夠特異性地降解病原菌的遺傳物質(zhì)，從而避免了其核酸酶活性損害細(xì)胞自身的核酸[11]，如磷酸化的辣椒CaPR10蛋白的核糖核酸酶活性較非磷酸化的CaPR10蛋白提高了12.4倍[25]；此外，PR10蛋白的核糖核酸酶活性還與其氨基酸序列中存在的谷氨酸、賴氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和組氨酸等保守氨基酸位點有關(guān)[44]。Zhou X.J.等[40]發(fā)現(xiàn)在樹棉GaPR10蛋白的核糖核酸酶活性結(jié)構(gòu)域中，若保守的氨基酸位點Glu-148和Tyr-150發(fā)生突變，將導(dǎo)致其核糖核酸酶活性顯著喪失。研究人員替換了甘薯PR10蛋白（SPE-16）中保守的氨基酸序列Glu147A、Glu95A和Tyr149A，并發(fā)現(xiàn)這種替換導(dǎo)致其核糖核酸酶活性幾乎完全喪失[45]。這些研究均表明，PR10蛋白的磷酸化以及“P-loop”結(jié)構(gòu)域中的保守氨基酸序列對其核酸酶活性至關(guān)重要。

此外，研究人員利用核磁共振光譜和X晶體衍射技術(shù)對部分PR10蛋白的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，盡管PR10蛋白家族成員之間的氨基酸序列差異很大，但其三維結(jié)構(gòu)十分類似[33]。PR10蛋白的三維結(jié)構(gòu)是由一個C末端α螺旋和一個N端結(jié)構(gòu)域組成的，C末端α螺旋包括25個氨基酸，是一個具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的α螺旋，該螺旋被一個6～8股反向平行β折疊包圍，形成一個β夾角折疊結(jié)構(gòu)[33]。空腔結(jié)構(gòu)和形狀的改變使它有可能作為配體結(jié)合位點發(fā)揮作用，與具有重要生物學(xué)功能的激素、生物大分子和活性物質(zhì)結(jié)合，調(diào)控PR10蛋白在植物體內(nèi)的活性或含量，使PR10蛋白在植物防御過程中發(fā)揮重要作用[24,46]。

2 PR10在基因組的特點和系統(tǒng)發(fā)生

PR10蛋白是一類在植物界廣泛存在的防御蛋白，它在逆境脅迫下起到調(diào)控植物生長、發(fā)育和代謝的作用。從低等苔蘚植物到裸子植物再到高等被子植物，PR10蛋白都有分布[6]，其在植物基因組中大多存在著多拷貝，屬于小基因家族[47]。除辣椒CaPR10基因在基因組中以單基因的形式存在外，其他許多植物如刺茄[31]、苜蓿[4]、高粱[21]、水稻[48]、白樺[49]、大麥[50]和豌豆[51]的PR10則以多基因家族形式存在；豌豆[51]、水稻[48]和白樺[49]中至少有5個以上PR10基因成員。

在植物長期進(jìn)化過程中，大部分PR10基因以染色體簇的形式存在[52]，從而調(diào)控植物的生長發(fā)育及對逆境脅迫的適應(yīng)能力。隨著環(huán)境的演變和植物基因組的進(jìn)化，PR10基因發(fā)生了不同程度的復(fù)制、消失和重組，因此在很多物種中存在著具有不同差異程度的亞型[24,49]。Liu J.J.等[33]使用鄰接法（neighbor joining，NJ）對來自裸子植物和被子植物的95個PR10蛋白的氨基酸序列構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹，根據(jù)其聚類分析發(fā)現(xiàn)，PR10蛋白家族主要包含兩大分支，即由IPR類PR10蛋白富集的進(jìn)化分支Ⅰ和NCS類PR10蛋白進(jìn)化分支Ⅱ。其中，分支Ⅰ的發(fā)散程度較大，在分支Ⅰ的內(nèi)部，IPR類PR10蛋白被分成4個亞進(jìn)化支，其中大多數(shù)來自雙子葉植物的PR10蛋白聚集在第一亞進(jìn)化支，而單子葉植物的PR10蛋白則主要聚集在第二和第四亞進(jìn)化支。此外，第三亞進(jìn)化支則主要聚集了松柏科植物的PR10蛋白，這種分布模式表明不同種類植物中的PR10蛋白可能在進(jìn)化過程中發(fā)生了一定程度的分化。在該研究基礎(chǔ)上，楊濤等[53]對不同物種的PR10蛋白進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)一個由低等苔蘚植物門聚集的第五亞進(jìn)化支。更有趣的是，NCS類PR10蛋白與罌粟PR10蛋白聚類在第二分支，處于進(jìn)化樹基部，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表明，NCS類PR10蛋白的起源可能早于IPR類PR10蛋白?；谝陨戏治隹梢酝茰y，不同植物中的PR10蛋白可能來自同一個祖先，在植物進(jìn)化過程中，蛋白結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致其功能發(fā)生了不同程度的分化，從而在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和應(yīng)對抵御逆境脅迫等方面發(fā)揮了重要作用。

3 PR10基因在植物中的表達(dá)模式

3.1 生物和非生物脅迫下的誘導(dǎo)表達(dá)

作為植物防御體系的重要組成部分，植物PR10基因可在病毒[25,54-56]、細(xì)菌[4,57-58]和真菌[20,59-60]等多種病原菌的誘導(dǎo)下表達(dá)。如針葉樹在被銹病真菌侵染后，Pin l I、A PR-10基因被誘導(dǎo)表達(dá)，并結(jié)合到病原菌細(xì)胞壁上[61]；辣椒CaPR-10基因在接種煙草花葉病毒TMV-P048 h后上調(diào)表達(dá)[25]；花生AhPR10基因在籽仁受到黃曲霉侵染時也呈上調(diào)表達(dá)的趨勢[62]；甘蔗ScPR10基因在防御赤條病菌的脅迫中起到正向調(diào)控作用[63]；同樣的，NtPR10基因在煙草受到赤星病菌（Alternaria alternata）侵染后顯著上調(diào)表達(dá)，且在抗病品種的響應(yīng)速度和表達(dá)量顯著高于感病品種[64]。此外，植物PR10基因也可在干旱、冷脅迫、金屬離子和強堿等非生物脅迫的誘導(dǎo)下表達(dá)[35]。如TcPR-10基因在受到Cu2+誘導(dǎo)后上調(diào)表達(dá)[65]；在冷脅迫條件下，西部白松PR10基因被上調(diào)表達(dá)，PR10蛋白在根中積累可達(dá)最高水平[66]；Liu X.J.等[31]用ABA處理刺茄葉片后，SsPR-10表達(dá)量在8 h以內(nèi)持續(xù)升高；玉米ZmPR10和ZmPR10.1基因可在H2O2和CuCl2的誘導(dǎo)下上調(diào)表達(dá)，在冷害和高鹽條件下，其表達(dá)量均可顯著增加[19]。植物PR10基因在逆境脅迫下上調(diào)表達(dá)的現(xiàn)象可能是植物在進(jìn)化過程中適應(yīng)多樣化逆境脅迫的表現(xiàn)。

3.2 組成型表達(dá)

PR10基因的表達(dá)模式較為復(fù)雜。雖然很多植物中的PR10蛋白最初是在病原微生物脅迫條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生，但已有研究證實，植物PR10基因在組織、器官及發(fā)育時期存在組成型表達(dá)，而與病原體侵染無關(guān)[67-68]。如根[27,67-69]、莖[70-71]、葉[27,70,72]、花[16,73-75]、果實[55,76-77]、種子[45]及花粉粒[78-79]中均發(fā)現(xiàn)了PR10基因的組成型表達(dá)。如大豆[27,80]和黃羽扇豆[81]的PR10基因在幼苗或成熟植株的某些營養(yǎng)器官，特別是根中表現(xiàn)出組成型表達(dá)；刺茄SsPR-10基因也存在組成型表達(dá)，在根和幼莖中呈現(xiàn)出較高的組織表達(dá)特異性[31]；亞洲棉GaPR-10在幼苗胚軸、子葉、葉片、花和莖中都不表達(dá)，在根中表達(dá)水平較低[40]；玉米ZmPR-10和ZmPR-10.1在根中表達(dá)水平較高，但ZmPR-10在各個組織中的表達(dá)量均明顯高于ZmPR-10.1[19]。

4 PR10蛋白的生物學(xué)功能

4.1 PR10蛋白的核酸酶活性

PR10蛋白具有核酸酶相似結(jié)構(gòu)，其活性在植物抵御病原菌侵染等生物脅迫過程中發(fā)揮重要作用[82]。P.Agarwal等[83]研究證實了PR10蛋白的抗菌作用機理，即植物在受病原菌等微生物的侵染后，PR10基因被誘導(dǎo)表達(dá)，進(jìn)而激活其核糖核酸酶活性，降解病原菌的遺傳物質(zhì)，或引起植物感染組織部位及其周圍的細(xì)胞程序性死亡，從而增強植物的抗逆性。目前，一些重組和天然PR10蛋白的核糖核酸酶活性已被證實，如岷江百合LrPR10-5[84]、水稻JIOsPR10[48]、辣椒CaPR-10[25]、丹參SmPR10[28]、豌豆PR10.4[85]、玉米ZmPR-10[42]、葡萄VpPR-10.1[86]和VpPR10.2[87]和山松PmPR10-3.1[88]等已確定具有核糖核酸酶活性，能夠降解病原菌的遺傳物質(zhì)。樺樹花粉過敏源Bet v 1和黃羽扇豆PR10蛋白均有核糖核酸酶催化反應(yīng)的活性位點[89]。麻風(fēng)樹（J.curcas）JcPR-10a重組蛋白在體外具有核糖核酸酶活性，能夠抑制立枯絲核菌（R.sloani）菌絲的生長，然而該蛋白的核糖核酸酶和抗真菌活性在煮沸后喪失[90]；花生AhPR10的融合蛋白在體外能顯著抑制尖孢鐮刀菌（F.oxysporum）和立枯絲核菌（R.solani）菌絲的生長[32]；刺茄SsPR10的重組蛋白也具有體外抑菌活性，其對稻瘟病菌菌絲的生長有明顯的抑制作用[31]；沉默海島棉Gbpr10.5D1后，棉花更易受大麗輪枝菌（Verticillium dahliae）的侵染，而Gbpr10.5D1在棉花中超表達(dá)則增強了植株的抗病性[91]。此外，大豆GmPR10和Gly m 4l在突變或缺失“P-loop”結(jié)構(gòu)域后，喪失了對疫霉菌（Phytophthora sojae）生長的抑制作用，說明“P-loop”結(jié)構(gòu)域?qū)mPR10和Gly m 4l行使抑菌功能至關(guān)重要[92]；利用CRISPR/CAS 9技術(shù)靶向誘變水稻PR10/Bet v 1基因可顯著減弱對根結(jié)線蟲的防御能力[93]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，PR10蛋白可能是宿主細(xì)胞受到真菌侵染后合成和釋放的，表明其在植物抵御病原體攻擊方面發(fā)揮重要作用。

盡管已經(jīng)證實來自許多物種的PR10蛋白具有核糖核酸酶活性，但也有一些PR10蛋白被證明不具備這種酶活性。如黃羽扇豆LlPR10.1B在某種程度上具有核糖核酸酶活性，但其來自同一物種的同源蛋白LlPR10.1A沒有核糖核酸酶活性[89]。除此之外，已經(jīng)證實粗枝云杉的PaPR10重組蛋白不具備核糖核酸酶活性，可能也不具有生理功能[94]。

4.2 PR10蛋白的配體結(jié)合活性

PR10蛋白除了具有核酸酶活性外，也被證實具有配體結(jié)合活性。PR10蛋白都有一個折疊區(qū)，主要結(jié)構(gòu)是一個跨越整個蛋白質(zhì)的大型溶劑可及的Y型疏水性內(nèi)腔，可作為無數(shù)小分子配體的結(jié)合位點[95]，負(fù)責(zé)脂肪酸、類黃酮、細(xì)胞分裂素或油菜素類固醇等非極性配體的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運[24,96]。細(xì)胞分裂素是參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、防御機制、細(xì)胞分裂和減緩衰老的植物激素。PR10蛋白的細(xì)胞分裂素特異性結(jié)合活性首次在純化的綠豆PR10蛋白VrCSBP中被發(fā)現(xiàn)[97]。來自苔蘚的34 kD蛋白與經(jīng)典PR10蛋白顯著同源，也顯示出細(xì)胞分裂素結(jié)合能力[98]。近年來的研究表明，植物細(xì)胞分裂素通過水楊酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)控植物對生物和非生物脅迫的抗性[99-100]。來自櫻桃的主要過敏原Pru av 1，其骨架折疊模式與Bet v 1非常相似，據(jù)報道其能與植物類固醇同型半胱氨酸結(jié)合[101]。樺樹過敏原Bet v 1也被發(fā)現(xiàn)具有結(jié)合一系列生理配體的能力，包括細(xì)胞分裂素、脂肪酸、類黃酮及油菜素內(nèi)酯等[102-103]；其中，油菜素內(nèi)酯是植物生長發(fā)育激素調(diào)節(jié)中最重要的物質(zhì)之一，已被發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)植物的抗病性[104]。此外，在黃羽扇豆PR10蛋白晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，如果Y型疏水空腔的結(jié)構(gòu)和形狀略有改變，可能會導(dǎo)致PR10蛋白結(jié)合不同的配體，從而在植物防御和發(fā)育過程中發(fā)揮多種功能[24,89]。因此，PR10蛋白可能通過其獨特的配體結(jié)合活性與生物大分子等活性物質(zhì)結(jié)合，共同調(diào)控植物對逆境脅迫的抵抗能力。

4.3 PR10蛋白在植物次級代謝中的酶活性

次生代謝過程被認(rèn)為是植物在長期進(jìn)化中對生態(tài)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果之一，它在植物應(yīng)激反應(yīng)中扮演著重要的角色。通過合成和調(diào)控次生代謝產(chǎn)物，植物能夠應(yīng)對外界環(huán)境的變化和壓力，并增強其適應(yīng)性和生存能力。這些次生代謝產(chǎn)物包括各種化合物，如堿性物質(zhì)、類黃酮和揮發(fā)性有機物等，它們在植物的防御機制、抗氧化作用和抗菌作用等方面發(fā)揮著重要的作用。因此，次生代謝過程對于植物的生態(tài)適應(yīng)至關(guān)重要。PR10蛋白在植物次級代謝中的酶活性主要是通過去甲膽堿合成酶（norcoclaurine synthase，NCS）活性來實現(xiàn)。金絲桃中的HpHyp-1是首次被報道參與次級代謝的PR10蛋白，HpHyp-1編碼金絲桃素生物合成酶HYP1，與Bet v 1類過敏原具有45.1%的同源性[105]。NCS是PR10/Bet v 1家族中唯一已知的在植物中具有明確催化活性的成員，如罌粟NCS蛋白可催化芐基異喹啉類生物堿的次級代謝物合成[37-38]。然而，一些同源的PR-10蛋白，如PsPR10.1、PsPr10-2、OsPR10、HpHYP1、BbMAP（Bet v 1a）和PmPR10不具有NCS活性[37]。目前已研究報道的具有核糖核酸酶（NCS）活性的PR10蛋白大多來自毛茛目（Ranunculales）植物，這些植物包括日本黃連（Coptis japonica）、黃唐松草（Thalictrum flavum）和罌粟（Papaver somniferum）等[38]。

4.4 在植物生物和非生物脅迫中的作用

大部分PR10蛋白具有核酸酶活性和抗菌特性，不僅能在病原微生物脅迫條件下被誘導(dǎo)表達(dá)，還能受鹽、冷和干旱等非生物因子的誘導(dǎo)。作為植物的耐受基因，參與植物對抗非生物脅迫的反應(yīng)，它們通過調(diào)節(jié)植物的生理代謝過程，增強植物的適應(yīng)性，幫助植物在惡劣環(huán)境中生存和生長。

玉米ZmPR10.1和ZmPR10.2基因可受黑暗、機械損傷、冷凍和細(xì)菌等誘導(dǎo)表達(dá)[19]。水稻根中RSOsPR10基因可受干旱、鹽和稻瘟病菌的誘導(dǎo)表達(dá)[41]；人參在分別受到灰霉菌、腐霉菌等多種病菌的侵染后，其體內(nèi)PgPR10-1含量在一定階段內(nèi)表達(dá)水平顯著提高，表明PgPR10-1可能具有特殊的提高植物抗性的功能[106]；藏紅花CsPR10基因在花藥和絨氈層組織中的表達(dá)量顯著高于柱頭、根部和葉片，由此推測，這種較高的表達(dá)水平可能使其在花中發(fā)揮著保護(hù)短壽命花免受環(huán)境壓力和感染應(yīng)激的作用[107]；在抗黃曲霉玉米品種中，ZmPR-10基因在胚乳發(fā)育期間上調(diào)表達(dá)，表明ZmPR-10具有核糖核酸酶活性，能夠抑制黃曲霉菌菌絲的生長[42]；C.J.Park等[25]在感染煙草花葉病毒P1.2 (TMV) 6 d時，發(fā)現(xiàn)葉片中CaPR10基因的轉(zhuǎn)錄物積累達(dá)到峰值，與其他部位相比，葉片中煙草花葉病毒TMV的數(shù)量顯著減少，這表明CaPR10基因具有防御病毒的作用。此外，過表達(dá)馬鈴薯PR-10a基因可增強其對鹽和滲透脅迫的耐受性[108]；過表達(dá)花生AhSIPR10基因可增強轉(zhuǎn)基因植物在鹽、重金屬和干旱等非生物脅迫下的抗性[109]；擬南芥中過表達(dá)棉花GbPR10基因可顯著增強植株的耐旱性[110]?？傊絹碓蕉嗟难芯勘砻?，PR10蛋白與增強植物抗性的特性密切相關(guān)。

5 PR10蛋白響應(yīng)逆境脅迫下的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與調(diào)控

水楊酸、茉莉酸和脫落酸等植物激素作為內(nèi)源性激發(fā)因子可誘導(dǎo)植物體內(nèi)PR10基因的表達(dá)。百合花藥中的PR10基因可以通過ABA和MeJA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自身的表達(dá)[111]；水稻RSOsPR10在鹽、干旱及稻瘟菌感染下，可通過JA信號通路被激活，在根中急劇性上調(diào)表達(dá)；而在SA激素處理后，RSOsPR10蛋白的表達(dá)受到明顯抑制[41]；另一個水稻基因JIOsPR10在面對JA（茉莉酸）誘導(dǎo)時表現(xiàn)出較強的反應(yīng)，但不受ABA（脫落酸）和ET（乙烯）的調(diào)控影響[59]；通過使用水楊酸（SA）、乙烯（ET）和甲基茉莉酸（MeJA）處理辣椒葉片，可以顯著提高CaPR-10基因的表達(dá)水平[25]；同樣，藏紅花CsPR10蛋白同樣受JA誘導(dǎo)，在花藥中強烈表達(dá)來抵御病原菌的侵染[107]；在苜蓿中噴施ABA后，MsPR10.1 B基因的表達(dá)水平顯著增加，表明MsPR10.1 B基因的表達(dá)受ABA誘導(dǎo)[29]；擬南芥中的ABA受體復(fù)合物組分RCAR1蛋白結(jié)構(gòu)與Bet v 1相似，可以介導(dǎo)ABA非依賴性2C型磷酸酶的失活作用[112]；豌豆中過表達(dá)PR10.1基因，與野生型相比，轉(zhuǎn)基因豌豆中的ABA含量降低[113]；怪柳ThPR10基因在NaCl、PEG、低溫、CdCl2和ABA等非生物脅迫下，ThPR10基因在葉片和根組織中表達(dá)量顯著增加[114]。這些結(jié)果均表明，PR10基因可以通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與植物對環(huán)境脅迫的防御響應(yīng)。

此外，調(diào)控轉(zhuǎn)錄也是植物適應(yīng)逆境脅迫的重要機制之一。轉(zhuǎn)錄因子可以與基因啟動子上的調(diào)控元件結(jié)合，進(jìn)而抑制或激活基因的表達(dá)[53]。為了更加深入地了解PR10基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程，PR10基因的啟動子已從歐芹[115]、蘆筍[116]、山桑[68]、苜蓿[29]和松樹[65]等眾多被子植物和裸子植物中分離出來。裸子植物西部白松中，PmPR10-1-13啟動子的2個區(qū)域（-1316～-930和-309～-100）具有病原體和創(chuàng)傷誘導(dǎo)活性[70]；水稻OsPR-10a啟動子上的W-box（WLE 1）順式作用元件在水稻中由水楊酸（SA）介導(dǎo)的PR10基因表達(dá)中扮演著重要角色。進(jìn)一步實驗證明，當(dāng)WLE 1突變時，完全消除了SA對OsPR-10a啟動子調(diào)節(jié)的基因表達(dá)[117]；轉(zhuǎn)基因甘蔗遭受創(chuàng)傷后，由PR10.1和PR10.2啟動子驅(qū)動的GUS基因表達(dá)量分別提高了7倍和8.5倍，表明PR10.1和PR10.2啟動子活性易受到生物及非生物脅迫的影響[118]。此外，研究人員通過將苜蓿的PR10基因啟動子與葡萄中的Vst1基因構(gòu)建成嵌合基因，并將其導(dǎo)入葡萄中，成功地提高了轉(zhuǎn)基因葡萄中白藜蘆醇的含量，增加了5～100倍，顯著提高了轉(zhuǎn)基因植株對灰霉病的抗性[119]。這些研究均表明，植物PR10基因啟動子上存在與逆境脅迫相關(guān)的順式作用元件，其啟動子活性在植物抵御逆境脅迫過程中可能發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

6 花生中PR10蛋白研究及展望

植物響應(yīng)逆境脅迫是一個極其復(fù)雜的過程，涉及多個信號通路和分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[53]。PR10蛋白作為高等植物中的一個多基因家族，在不同逆境脅迫下表現(xiàn)出復(fù)雜的表達(dá)模式，其核酸酶活性直接或間接地證明其抗菌活性的研究也已經(jīng)取得相應(yīng)的進(jìn)展。

花生是世界范圍內(nèi)重要的油料和經(jīng)濟作物，同時因其具備“地上開花，地下結(jié)果”的習(xí)性，花生在生長發(fā)育過程中易受多種逆境脅迫的影響，然而花生中PR10基因的研究相對薄弱。Luo M.[120]和Guo B.Z.等[121]首次發(fā)現(xiàn)花生在受到黃曲霉侵染后，PR10基因特異性上調(diào)表達(dá)，推測PR10與花生黃曲霉抗性密切相關(guān)。隨后，P.Chadha和R.H.Rakha[32]從花生中分離出了PR10蛋白，序列分析發(fā)現(xiàn)其含有“Ploop”和Bet v 1結(jié)構(gòu)域，且其重組蛋白在體外具有核酸酶活性，其對抗真菌活性至關(guān)重要，能夠抑制尖孢鐮刀菌（F.oxysporum）和立枯絲核菌（R.solani）菌絲的生長，其突變蛋白（AhPR10-K54N）的核酸酶活性和抗菌活性均喪失。謝純政等[122]利用同樣的方法證實了花生ARAhPR10蛋白的核酸酶活性。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的快速發(fā)展，花生PR10在其抵抗逆境脅迫中的功能研究也取得了一定的進(jìn)展，如S.Jain等[109]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)花生AhSIPR10基因可增強煙草植株在鹽、重金屬和干旱等非生物脅迫下的耐受性。以上研究均表明PR10蛋白是植物響應(yīng)逆境脅迫的重要分子，但目前對PR10基因的研究僅僅是對單個基因的克隆，且花生遺傳轉(zhuǎn)化效率較為低下，仍局限于在模式植物中的功能驗證。

近來，石磊等[123]已成功利用單堿基編輯技術(shù)對ALS除草劑基因進(jìn)行靶向單堿基替換，獲得了一批抗除草劑的轉(zhuǎn)基因花生株系，為PR10基因在花生中的功能驗證提供了可能。與此同時，深入研究花生PR10基因受到何種信號分子的調(diào)控，引起花生PR10蛋白積累量的變化，以及更加深入解析PR10基因的抗逆網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而調(diào)節(jié)花生應(yīng)答各種逆境脅迫的能力，將為解析花生如何利用PR10蛋白實現(xiàn)自我防御及生長調(diào)控打下堅實的理論基礎(chǔ)。