MYB转录因子功能与调控研究进展
石家庄西柏坡郭弘光;吴繁花
【摘 要】综述了MYB蛋白家族的结构、功能和调控机制的研究进展,为分析、预测和阐明植物多物种中的NYB家族成员的功能打下良好的基础.%The structure,functions and regulation mechanisms of MYB protein were summarized,laying foundation for analyzing,predicting and e-lucidating the MYB proteins in plant species.
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2012(040)020
【总页数】4页(P10381-10383,10516)
【关键词】MYB;结构和功能;转录因子;调控
【作 者】郭弘光;吴繁花
【作者单位】海南大学农学院,海南海口570228;海南大学农学院,海南海口570228
【正文语种】中 文
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【中图分类】S188;Q943影视动漫专业
植物MYB转录因子家族是功能多样、数量众多的转录因子之一，参与调控植物发育、代谢和对生物与非生物胁迫的反应等多种生理过程。1987年，从玉米谷粒糊粉中克隆了COLORED1（C1）基因，编码一个具有MYB结构域的蛋白，参与花青素合成［1］。拟南芥基因组测序成功后，第一次全面地对植物MYB基因家族进行描述和分类，为系统研究MYB转录因子家族在植物中的作用打下良好基础［2－3］。目前，随着遗传学和分子生物学方法的应用，已在拟南芥、大豆［4］、玉米、水稻、葡萄、杨树等多种植物物种中研究了MYB蛋白家族成员的功能。在控制MYB蛋白活性的调控机制、基因表达规律和靶标基因研究中取得一定进展［5－7］。然而，MYB结构域中仅有少数DNA结合位点的功能得到阐明。因此，笔者综述了MYB转录因子家族的分类、结构、生物功能以及调控机制的最新进展，结合更多的植物基因组测序结果，以阐明这一大类转录因子的进化规律和家族各成员的功能。
1 MYB转录因子家族的结构和进化
MYB蛋白家族成员均含一个高度保守的DNA-结合结构域，即MYB结构域。这个结构域通常含有1～4个约52个氨基酸的不完全序列重复。每个重复形成3个α-螺旋，其中第2和第3个螺旋结构形成1个螺旋－转角－螺旋（HTH）结构，含有3个规则间隔的色氨酸（疏水）氨基酸残基，在三维螺旋－转角－螺旋（HTH）结构中构成疏水的核［8］。有时色氨酸残基会被某个芳香族氨基酸或疏水氡基酸所取代，尤其是在植物R2R3-MYB转录因子中，R3MYB结构域的第一色氨酸经常被亮氨酸、异亮氮酸或苯丙氨酸所取代。每个重复的第3个螺旋被称为“识别螺旋”，其功能是与DNA直接结合并插在大沟中［9］。在与DNA结合的过程中，2个MYB蛋白重复紧密地与大沟结合以便2个识别螺旋共同与特异性DNA基序结合。MYB蛋白家族可根据临近的重复序列（1～4个）划分为不同类群。根据来自MYB原型蛋白c-Myb的3个重复命名为R1、R2和R3，来自其他MYB蛋白家族则根据与c-Myb的3个重复的相似程度命名。例如，拟南芥200多个成员可以分为4类，其中数量最少的是4RMYB类群，其成员含有4个R1/R2类似重复序列，在许多植物基因组中都发现1个4R-MYB的蛋白，但对其功能尚不了解;第2类是R1R2R3-型 MYB（3R-MYB）蛋白家族，在高等植物基因组中有5个成员，是一类在细胞循环中扮演多样性功能的保守基因［10-11］;第3类含有单个或部分MYB重复，称为MYB相关的R3型蛋白，并分为几个亚类群［12］，包括有TRI
PTYCHON（TRY）、CAPRICE（CPC）和 MYBL2等成员，推测是由R2R3-MYB基因进化而来，并与细胞形态建成和次生代谢调控有关［13－16］;含有进化更久远的R1/R2型MYB相关基因有CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1（CCA1）和LATE ELONGATED HYPOCOTYL（LHY），编码参与中枢生理节奏的核心组份［17］。GARP家族含 KANADI、GOLDEN2-LIKE和PHR1等成员，分别编码与器官发生、叶绿体发育和磷胁迫反应的相关蛋白。植物中最多的MYB基因编码蛋白是R2R3-MYB类型，推测其是从R1R2R3-MYB基因祖先，经丢失R1重复序列和后来的基因家族扩展进化而来。R2R3-MYB有模块化的结构，在N末端有DNA结合的MYB结构域，在C端有一个激活或抑制的结构域。其中MYB结构域高度保守，而R2R3-MYB其他的区域高度可变。根据DNA结合结构域和C端氨基酸基序的保守程度，拟南芥中126个R2R3-MYB蛋白家族可进一步分为25个亚类群，参与植物初生和次生代谢、细胞命运和身份决定、发育以及对生物和非生物胁迫的反应［18］。
腌鸡蛋的正确方法2 R2R3-MYB蛋白的功能
MYB蛋白家族的一个特点是:同一亚家族的MYB蛋白尽管在不同物种中调控机制略有差异，
但它们调控共同的靶基因。同一个亚家族内的成员在不同的细胞类型中调控相同的代谢路径，只是基因表达的模式不同［19－20］。
2.1 调控初生和次生代谢过程 次生代谢是指生物合成生命非必需物质并储存次生代谢产物的过程，如生物碱、青蒿素均为次生代谢产物。R2R3-MYB蛋白广泛参与调控植物的初生和次生代谢过程。R2R3-MYB亚家族7中的At-MYB11/PFG1、AtMYB12/PFG1和AtMYB111/PFG3成员参与调控拟南芥所有组织中类黄酮生物合成路径中黄酮醇的生物 合 成［20］;其 亚 家 族 6 中 的 AtMYB75/PAP1、AtMYB90/PAP2、AtMYB113和AtMYB114调控营养过程生长中的花青素生物合成［21］;亚家族2中的AtMYB123/TT2调控种衣中原花青素的生物合成［22］。AtMYB5和AtMYB123参与丹宁的生物合成［23］。亚家族 4的 AtMYB3、AtMYB4、At-MYB7 和 AtMYB32 编码转录抑制子［15，24－25］。AtMYB4 调控紫外线依赖的芥子酸酯的合成，而AtMYB32调控花粉管壁构成。还有一些MYB蛋白参与调控细胞壁生物合成，亚家族3中的AtMYB58、AtMYB63和AtMYB85激活纤维中的木质素合成，AtMYB68负调控根中的木质素沉淀。AtMYB46正调控纤维中的木质素合成，还具有调控纤维素和木聚糖沉积的作用。
2.2 调控细胞命运 在胚胎早期发育卵裂过程中，卵裂球所含细胞质成分不同，最终导致分化的方向发生了变化。R2R3-MYB亚家族15中的 AtMYB0/GL1、AtMYB23和 At-MYB66/WER在表皮细胞决定中具有重要作用。AtMYB0和AtMYB23控制嫩枝中纤毛的起始［26］，AtMYB66调控根毛形成。在根中，AtMYB66调控AtMYB23参与加强细胞命运建成过程的正反馈调节环。AtMYB23和AtMYB5共同调控纤毛的延伸和分支［27－28］。
2.3 调控植物发育 植物个体发育过程从受精卵的最初分裂开始，经过种子萌发、营养体形成、生殖体形成、开花、传粉和受精、结实等阶段，直至衰老和死亡。AtMYB21、AtMYB24（subgroup 19）、AtMYB57、AtMYB108/BOS1、AtMYB35/TDF1、AtMYB80和AtMYB99多个成员共同调控花药发育和功能形成［29－30］。AtMYB80调控外膜形成，并在 AtMYB35下游起作用。AtMYB125/DUO1是一个花粉特异性因子，调控雄性胚细胞分裂与分化。AtMYB33和AtMYB65共同作用于花药与花粉发育。此外，R2R3-MYB成员还参与调控腋生中柱形成、花序发育、侧生器官分离和芽形态建成等发育过程。延问
2.4 调控对生物和非生物胁迫的反应 胁迫通常是对植物施加有害影响的环境因子，包括干旱、温度、病原菌、虫害、盐胁迫等多种类型。MYB转录因子在植物抗逆胁迫中也起到作
用［31－32］。AtMYB30编码一个对病原菌侵入敏感的细胞程序性死亡的激活子，通过调控超长脂肪酸合成起到低于病原菌的作用。AtMYB60和AtMYB96通过ABA信号级联调控气孔运动，参与干旱胁迫和病源菌抗性的调控。AtMYB15参与冷害抗性的调控［33］。此外，AtMYB2调控Abaca，诱导盐和脱水反应基因的表达，AtMYB62参与磷酸饥饿反应。At-MYB102/AtM4和AtMYB41参与昆虫抗性，且可能影响伤害和渗透胁迫后的脱水反应［34－35］。AtMYB72则是有益真菌和细菌诱导系统性抗性早期信号反应的关键调控因子［36－37］。
3 调控MYB蛋白功能的因素
转录因子在调控靶基因表达的同时，其自身的活性也在各个层次上受到其他蛋白因子的调节。MYB基因的启动子区大都存在与应答植物激素和光调控相关的顺式作用元件，也存在另外一些与组织特异表达相关的增强元件［6］。
3.1 小RNA MYB基因是小RNA（miRNAs）和反式沉默RNA（ta-siRNAs）共同作用的靶基因。研究表明，miR159作用于 AtMYB33、AtMYB35、AtMYB65 和 AtMYB101，参与对花药、花粉发育过程的调控。TAS4-siR81（–）的预测靶标是AtMYB75、AtMYB90和AtM91风吟鸟唱
YB113，参与花青素生物合成的调控［21］。
3.2 翻译后调控和蛋白-蛋白互作 翻译后调控和蛋白－蛋白互作可显著影响MYB蛋白的功能。研究表明，含有2个以上重复的MYB蛋白可在体外以单体形式结合DNA。但MYB重复系列的串联排列和共同互作说明它们在植物体内，以共价连接的形式形成二聚体，进而结合DNA［38］。只有一个重复的MYB蛋白即CCA1和LHY可形成异质双体或同质双体。蛋白二聚体化有利于MYB蛋白以更高的亲和力和特异性来识别和结合DNA。在植物体内，R2R3-MYB转录因子的转录活性依赖蛋白－蛋白互作。已经证明，MYB蛋白和bHLH蛋白N端结合的特异性基序是R3重复序列的（（D/E）Lx2（R/K）x3Lx6Lx3R）。这个基序存在于参与调控纤毛形态建成和丹宁生物合成的14个R2R3-MYB类型蛋白和6个R3-MYB类型蛋白中［39－40］。R3蛋白与bHLH蛋白的互作及其与R2R3-MYB蛋白结合DNA的竞争，在其负调控功能中起决定作用。此外，AtMYB30和BES1、AtMYB77和ARF7、AtMYB18和FHY1FHL分别参与油菜素内酯、生长素和光信号的调控［40－41］。
3.3 蛋白磷酸化决定MYB活性 蛋白质磷酸化指由蛋白质激酶催化的将ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上过程，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号还是造句
转导过程中起重要作用。烟草3RMYB类型中的NtMYB2调控子受细胞周期蛋白依赖激酶复合体的磷酸化正调控，其作用机制是终止C末端基序的负调控活性［42］。拟南芥中的AtMYB3R1和AtMYBR4调控突触融合蛋白的过重也受细胞周期蛋白依赖激酶复合体的磷酸化正调控。松树PtMYB4和拟南芥AtMYB46的转录活性被分裂素激活蛋白激酶（PtMAPK6）正调控，该酶可使C末端激活结构域的一个丝氨酸磷酸化［43］。
3.4 氧化还原调控影响MYB蛋白活性 氧化还原反应是在反应前后元素的化合价具有相应升降变化的化学反应。代谢中的氧化还原反应有脱氢氧化、脱电子氧化或直接加氧等。氧化还原反应可能会影响MYB蛋白活性是因为在众多3R和R2R3-MYB蛋白中的R2-MYB基序存在一对保守的半胱氨酸残基，其间隔是4个氨基酸残基［44］。如玉米P1蛋白的2个半胱氨酸残基在氧化条件下形成一个分子间的S–S接头，能显著影响MYB蛋白结构，阻止其与DNA结合。At-MYB11、AtMYB12和AtMYB111的蛋白结构与P1蛋白相似，也可能受到氧化还原反应的调控。除AtMYB2外，一小部分R2R3-MYB类型的蛋白由于缺乏第一个半胱氨酸残基导致S–S接头不能形成。但是，这一类蛋白由于存在半胱氨酸S－亚硝基化这个交替机制，其活性也受到影响。可见，氧化还原作用和S－亚硝基化都是MYB转录因子的负调控因子。
