植物中介体及其在非生物胁迫调控中的功能研究综述

梁红莲

摘要：中介体复合物（Mediator Complex）是多蛋白复合物，在真核生物的转录装置中发挥着重要作用。中介体可参与调控植物的生长发育以及对非生物胁迫的响应。本文概述了中介体复合物的结构、命名方式和在转录调控中的功能，以及中介体参与植物对干旱、高盐、低温和渗透胁迫等环境下响应。

关键词：中介体；植物；非生物胁迫；调控

中图分类号：Q945.78 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2019）03-0072-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.（2019）03.015

Abstract：Mediator Complex is a polyprotein complex， which plays an important role in eukaryotic transcription devices. Mediators are involved in regulating plant growth and development and in response to abiotic stresses. This paper summarizes the mediator's structure， nomenclature and functions in transcriptional regulation， and its participation in plant response to drought， high salinity， low temperature and osmotic stress.

Key words：Mediators；Plant；Abiotic stress；Regulation

中介体最早从酵母中发现。在转录过程中，一个基因的特异性转录因子能够降低其他转录因子的活性[1 ]。为了解释这一现象，Kelleher[2 ]等用酵母粗提物的一种成分来代替之前加入的RNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ）和通用转录因子（general transcription factors，GTFs），而这种活性蛋白恰好能够抵消之前出现的干扰现象，于是，这种成分被命名为中介体。

植物中介体分布广泛，从苔藓到开花植物。在陆地植物进化过程中，中介体基因的数量和功能呈多样性显著增加，可参与调控植物胚胎的形成、开花、芽分生组织的发育、根毛的形成以及种子的发育等，此外，还与各种非生物胁迫环境有着密不可分的关系。非生物胁迫包括干旱、高盐、低温、高温和渗透胁迫等，在这种环境胁迫下，植物体内可诱发一系列的生理生化反应，包括活性氧含量增加、细胞膜受到破坏等，导致植物生长迟缓、畸形甚至死亡。近年来，关于植物中介体响应非生物胁迫方面已取得了一定的研究进展，例如，拟南芥med 25突变体与野生型相比，对盐胁迫表现出更高的敏感性[3 ]。然而，还有很多植物中介体基因在非生物胁迫中的功能尚不清楚。笔者概述了中介体的结构及命名、在转录调控中以及在非生物胁迫中的功能，对于分离和鉴定植物抗逆相关的中介体基因以及分子育种具有重要意义。

1 中介体

1.1 中介体的结构及命名

1.1.1 结构 植物中介体首次从拟南芥中分离和鉴定[4 ]，后来，在水稻、烟草、大豆、番茄等植物中也鉴定出中介体的存在。中介体是一个多蛋白复合物，由头部、中部、尾部和激酶模块组成，每个模块含有不同的亚基（图1）。事实上从酵母到高等生物，中介体在亚基组成和亚基序列上都表现出较高的保守性。根据物种的不同，中介体亚基的数量可以从25～35个不等，酵母中介体含有25个亚基，其中至少22个亚基在真核生物中具有一定的保守性[5 ]。

1.1.2 命名 中介体的命名方式多样。为了方便使用，对中介体采取统一的命名方法，MED作为Mediator Complex的缩写，不同的数字表示不同的亚基。此外，还对不同物种的同源蛋白作了比对，为后续的研究提供重要的参考价值[5 ]。

1.2 中介体在转录调控中的功能

在转录过程中，中介体承担两种角色：激活转录和抑制转录。转录预备阶段，中介体的头部和中部与RNA聚合酶Ⅱ直接接触，尾部与活化蛋白相互作用，促进转录的起 始[6 ]。实验表明，中介体在转录起始之后仍然停留在启动因子上，与转录因子一同结合形成一种支架结构，可供pol Ⅱ的再结合和促进转录起始复合物的再形成[7 ]。除此之外，有的中介体还能够抑制转录，这主要与中介体复合物的Srb8-11组件有关。酵母中Srb10可结合辅阻抑蛋白从而募集含有该组件的中介体，加强对转录的抑制[8 ]。植物中的Srb10、Srb11，即CDK8、Cyclin C，同样对转录起抑制作用。具有激酶活力的CDK8可磷酸化TFⅡH，从而使TFⅡH丧失磷酸化pol Ⅱ最大的亚基Rpb1的羧基端结构域CTD的能力，因此转录无法进行[9 ]。

2 植物中介体在非生物胁迫中的功能

中介体参与植物的各个生长发育阶段，例如影响植物胚胎形成的时期[10 ]、细胞增殖和芽分生组织发育[11 ]、控制开花时间[12 ]、参与根毛的生成[13 ]以及种子的发育[14 ]等。此外，中介体在植物对非生物胁迫环境的响应中也发挥着重要的作用[15 ]。在不同的非生物胁迫下，包括干旱、高盐、低温和渗透胁迫等。中介体复合物在植物响应非生物胁迫中发挥的功能见表1。

2.1 植物中介体在干旱胁迫中的功能

拟南芥AtMed 25是控制开花的关键基因，med 25突变体具有开花延迟的表型，这可能直接影响到对干旱胁迫的响应[16 ]。Nils Elfving等[3 ]指出，med25的抗旱性增强，同时干旱胁迫相关基因（Rd29A、Rd29B以及dreb2a）表达水平发生变化。Li等[17 ]将野生型与Atmed19a突变体干旱处理14 d后发现，med19a叶片枯萎更严重，复水实验显示突变体恢复生长的比率较野生型低，这说明AtMed19a在抗旱的信号通路中起正调控的作用。Mathur等[18 ]利用全基因組芯片数据探究了拟南芥和水稻中介体亚基（Med、Cdk8、CycC，即MCC）在不同胁迫环境（干旱、低温、高盐）下的响应情况，结果显示，29个OsMCC和4个AtMCC至少在一种环境胁迫中表达量发生变化；有10个OsMCC在至少两种不同环境胁迫下呈现差异表达，其中OsMed37_1、OsMed37_3、OsMed37_6在干旱胁迫下表达量较高。魏荷等[19 ]分析了大豆中介体亚基对脱水处理的响应，发现Med26的2个同源基因的表达水平在各个时期均呈显著性下调，Med36 的4个同源基因 以及Med37的1个同源基因在脱水1 h 后表达量升高。王晶等[20 ] 通过同源搜索得到玉米基因组中有2个MED7基因（ZmMED7-1和ZmMED7-2），将其转到拟南芥中过表达，其中ZmMED7-1表达量较高。对野生型和转基因株系干旱处理发现，转基因株系耐旱性降低，其中具有较高表达量的ZmMED7-1失绿最严重；复水实验表明，转基因株系复活率降低，ZmMED7-1复活率最低，说明ZmMED7在对干旱的响应中起负调控作用。

2.2 植物中介体在高盐胁迫中的功能

Med25在抗盐胁迫响应中起正调控作用。研究表明，在不同浓度的NaCl处理下，Atmed25突变体萌发率较低。Nils Elfving 等[3 ]还通过使用基因打靶技术删除了PpMED25A（编码苔藓中完整的Med25蛋白的单一基因）来证实Med25的抗盐功能在陆生植物中是保守的，这体现了中介体亚基在进化过程中具有相对保守性。在盐害胁迫条件下，ZmMED7-1和ZmMED7-2基因的表达水平均呈下调趋势。此外，将上述2个基因转入拟南芥中过表达发现，ZmMED7-1 导致拟南芥在种子萌发时期对盐处理更为敏感，而ZmMED7-2转基因萌发率较对照组相比没有显著差异，推测这是由两基因表达量不同引起的。总之，ZmMED7基因作为负调控因子参与了植物对高盐胁迫的应答 [20 ]。在大豆中，盐胁迫1 h后，Glyma20g26210 （Med21）和Glyma18g52610（Med37）表达量上调，盐胁迫6 h后Glyma13g31480 （Med16）、Glyma13g21350（Med26）和Glyma19g37410 （Med26）表达量出现明显上调，此外，Glyma01g44910 （Med37）在盐处理1 h和6 h 后均下调。这些数據说明大豆中介体亚基可能参与盐胁迫响应[19 ]。水稻基因组芯片数据结果显示，3个中介体基因（OsMed37_1、OsMed37_3、OsMed37_6）在高盐处理下表达量明显上调，表明这3个基因可能参与水稻对盐胁迫的调控[18 ]。

2.3 植物中介体在低温胁迫中的功能

Knight等[21 ]通过分析AtMed16[之前称为SENSITIVE TO FREEZING6 （SFR6）]在低温胁迫下的响应，发现sfr-6突变体相对于野生型存活率降低，并且低温相关基因COLD ON-REGULATED（COR）的表达水平降低。此外有研究表明，AtMed14和AtMed2与AtMed16共同影响COR基因的表达，因此AtMed14和AtMed2在低温途径中也发挥着重要的作用[22 ]。Wathugala[15 ]等从水稻基因组中分离出了拟南芥AtSFR6的同源基因OsSFR6，在Atsfr6的背景下异源表达OsSFR6，发现突变体Atsfr6表型可恢复，并且COR表达水平以及抗低温能力与野生型相当。Mathur等[18 ]通过对水稻中介体亚基基因响应不同胁迫的分析，发现在低温胁迫中，6个水稻中介体基因（OsMed37_4、OsMed26_2、OsMed37_2、OsMed11_1、Os Med26_3、OsM ed36_2 ）呈差异表达，其中OsMed26_3、OsMed36_2表达量较高，推测这6个基因可能与植物的低温胁迫响应有关。

2.4 植物中介体在其他胁迫中的功能

AtMed16对维持植物体内铁离子平衡具有重要作用。Yang等[23 ]发现，med16突变体对铁离子缺陷更为敏感，并且med25具有和med16相同的表型。玉米ZmMED7-1和ZmMED7-2在不同浓度的ABA和PEG处理下，其表达量均受到抑制，推测ZmMED7-1和ZmMED7-2可能参与植物对ABA及渗透胁迫反应[20 ]。Boyce等[24 ]通过增加甘露醇的浓度检测Atsfr6/med16对渗透胁迫的响应，发现突变体相比于野生型生长受到严重抑制，因此，sfr6/med16对渗透胁迫更敏感。同时这也为研究AtMed16对干旱胁迫的响应提供了参考。另外，Wathugala[15 ]将水稻基因SFR6在拟南芥sfr6中异源表达发现，35s：：Os SFR6对不同浓度甘露醇的响应水平与野生型基本一致，而Atsfr6的对渗透胁迫的抗性较差。

3 小结与展望

通过对植物中介体在非生物胁迫中功能的具体分析发现，在众多的植物（拟南芥、水稻、玉米、大豆等）中，中介体参与对干旱、高盐、低温以及渗透胁迫等的调控，并且不同物种的同源基因可能具有相似的功能，比如OsMed16和AtMed16在低温响应中都发挥正调控作用[15， 21 ]，这也体现了中介体在进化过程中具有一定的保守性。中介体在对非生物胁迫响应的过程中，与该胁迫相关的基因表达量可能会发生变化，推测中介体基因通过影响胁迫相关基因的表达来控制植物的表型。另外，通过对不同中介体响应非生物胁迫的总结，可为全面深入研究植物中介体的功能打下基础，并为培育抗旱、抗盐、抗冻的新型作物提供重要参考。

目前，在中介体参与植物非生物胁迫方面，仍然有很多中介体亚基的功能还未被确定，比如对水稻、大豆和玉米的大多数中介体参与非生物胁迫调控的研究只停留在预测阶段，对蔬菜作物番茄和粮食作物小麦中介体的相关研究较少；另一方面，中介体对胁迫响应的调控是一个复杂的信号网络，牵涉到多个基因的参与，而目前对这个具体的信号通路暂时还不清楚。此外如何将已有的研究正确应用于农业，进行作物优良品种的改良和新品种的选育也是摆在我们面前的重要问题[25 ]。因此对植物中介体在非生物胁迫中的功能和应用还需进一步研究。

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（本文责编：杨 杰）