摘要：水稻是一種種植廣泛的兼性短日照植物。水稻抽穗期是直接影響產(chǎn)量和品種地域適應(yīng)性的重要農(nóng)藝性狀，因此研究該性狀的影響因素并使植株在適宜的時(shí)間抽穗具有重要意義。水稻抽穗期作為一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀，受內(nèi)在基因網(wǎng)絡(luò)和外界光溫等條件的共同調(diào)控。目前，已經(jīng)鑒定和克隆出多個(gè)控制抽穗期的關(guān)鍵基因，發(fā)現(xiàn)磷酸化和泛素化修飾在抽穗期分子機(jī)制中起到的重要作用。本文介紹了水稻抽穗期光周期途徑的分子機(jī)制，重點(diǎn)闡述了磷酸化級聯(lián)反應(yīng)和泛素/26S蛋白酶體系統(tǒng)對抽穗期調(diào)控的研究進(jìn)展，旨在為挖掘調(diào)控抽穗期的新的作用機(jī)制和改良品種地域適應(yīng)性提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞：水稻;抽穗期;磷酸化;泛素化

　　水稻(OryzasativaL.)作為全球重要的糧食作物之一，是一種兼性短日照植物，即在短日照(SD<10hlightdayld>14hlight/day)條件下晚開花[1]。抽穗期(Headingdate，HD)是指從播種到稻穗從旗葉中伸出所需要的天數(shù)，由內(nèi)在的多基因調(diào)控并受到外界光照、溫度等因素的影響[2]。水稻抽穗的時(shí)間直接決定著光合產(chǎn)物及營養(yǎng)物質(zhì)積累時(shí)間，并且間接決定了植株不同緯度的生長情況。因此，水稻抽穗期不僅對水稻籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)有直接影響，還對其地域適應(yīng)性起到了關(guān)鍵作用[3]。

　　雙子葉模式植物擬南芥(Arabidopsisthaliana)主要通過六種途徑調(diào)控開花時(shí)間：光周期途徑(photoperiodpathway)、春化途徑(vernalizationpathway)、赤霉素途徑(gibberellinpathway)、自主開花途徑(autonomouspathway)、溫度途徑(temperaturepathway)和年齡途徑(agepathway)[4]。而現(xiàn)有對于單子葉模式植物水稻抽穗期的研究只有光周期調(diào)控機(jī)制相對清晰。水稻抽穗期是一種復(fù)雜的數(shù)量性狀，各抽穗期基因(QTLs)既相互獨(dú)立又協(xié)同互作，它們共同構(gòu)成了水稻抽穗期途徑網(wǎng)絡(luò)。目前，Gramene網(wǎng)站上公布的數(shù)據(jù)顯示，研究人員已定位618個(gè)抽穗期相關(guān)的QTLs(http://archive.gramene.org/qtl/,2020)，它們分布于水稻的12條染色體上[5]。

　　早期研究認(rèn)為控制水稻抽穗期途徑主要有兩條，具體如下：OsGIHd1Hd3a(riceGIGANTEA,Headingdate1andHeadingdate3a)信號通路是進(jìn)化保守的，分別對應(yīng)擬南芥GICOFT(GIGANTEA,CONSTANSandFLOWERINGLOCUST)三個(gè)同源蛋白[6]。不同的是該擬南芥通路GICOFT是LD條件下最主要的光周期開花誘導(dǎo)途徑[7]，而在水稻中的OsGIHd1Hd3a通路則起到相反的作用。該通路受光感知和生物鐘調(diào)控，OsGI促進(jìn)Hd1表達(dá)，Hd1結(jié)合Hd3a啟動(dòng)子并激活Hd3a表達(dá)[8]。

　　這種在LD條件下開花抑制，在SD條件下促進(jìn)開花的活性改變是通過光敏色素介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來完成的[9]。Ghd7/Hd4Ehd1Hd3a/RFT1(Grainnumber,plantheightandheadingdate,EarlyHeadingDate1andHeadingdate3a/ricefloweringlocusT1)途徑是水稻特有的[10]，Ghd7和Ehd1在擬南芥基因組中沒有同源性，它們的表達(dá)受光敏色素(phytochromes)和隱花色素(cryptochromes)響應(yīng)生物節(jié)律的調(diào)控，Ghd7和Ehd1在葉片中感知光周期信號后，由Hd3a和RFT1蛋白組成的長距離信號(成花素)傳遞到莖尖分生組織，進(jìn)而刺激水稻花器官生殖發(fā)育[11]。

　　然而，隨著近年來研究的深入，越來越多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩個(gè)途徑并不是完全獨(dú)立的，即調(diào)控抽穗期的關(guān)鍵基因常常以復(fù)合物的形式來通過這兩個(gè)途徑共同行使功能。核因子Y(NUCLEARFACTORY,NFY)轉(zhuǎn)錄因子，又稱血紅素相關(guān)蛋白(Hemeassociatedproteins,HAPs)和CCAATboxbindingfactors,CBFs)，NFY復(fù)合物是三聚體，由NFYA(HAP2/CBFB)、NFYB(HAP3/CBFA)和NFYC(HAP5/CBFC)亞基組成，能夠與CCAAT盒的順式元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因表達(dá)[12]。

　　水稻基因組包含10個(gè)OsNFYA、11個(gè)OsNFYB和7個(gè)OsNFYC基因[13]，其中DTH8/Hd5(DaystoHeading8)即為OsNFYB11[14]。Ghd7/Hd4和DTH8/Hd5都能與Hd1蛋白相互作用并形成復(fù)合物，在LD條件下通過下調(diào)Ehd1和Hd3a/RFT1，共同抑制水稻抽穗[15]。Hd1與DTH8還能夠和OsNFYC7互作形成三聚體復(fù)合物，該復(fù)合物能夠與Hd3a啟動(dòng)子中的包含CCACA基序的保守應(yīng)答元件OsCORE2(COresponsiveelement2)結(jié)合[16]。

　　Ghd7或OsPRR37(OryzasativaPseudoResponseRegulator37)/Hd2(Headingdate2)/DTH7(Daystoheading7)/Ghd7.1(GrainNumber,PlantHeight,andHeadingDate7.1)也可以和DTH8、OsNFYC2形成三聚體[17]。這是因?yàn)樗�稻中的Hd1、OsPRR37和Ghd7都含有保守的CCT結(jié)構(gòu)域，都能夠與與NFYB/YC二聚體形成三聚體復(fù)合物[18]。不同蛋白受外界條件影響參與到不同的信號途徑協(xié)同作用，這是植物進(jìn)化智慧的體現(xiàn)。

　　蛋白質(zhì)翻譯后修飾(posttranslationalmodifications，PTMs)是指蛋白質(zhì)在翻譯中或翻譯后經(jīng)歷的一個(gè)共價(jià)加工過程，即通過在一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基上加入或水解剪去修飾基團(tuán)從而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)和理化結(jié)構(gòu)，從而直接改變蛋白的結(jié)合能力與功能，并實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)功能的指數(shù)級擴(kuò)增的生物過程[19]。翻譯后修飾在植物體內(nèi)是普遍發(fā)生的，且一個(gè)蛋白質(zhì)會(huì)有多種修飾位點(diǎn)，這極大地豐富了蛋白質(zhì)的種類和功能。目前已發(fā)現(xiàn)300多種不同的翻譯后修飾，主要形式包括磷酸化、泛素化、糖基化、乙酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、羧基化、核糖基化以及二硫鍵的配對等[20]。

　　蛋白質(zhì)翻譯后修飾對蛋白功能影響是多樣性的，即同一氨基酸序列的不同氨基酸殘基發(fā)生同一種翻譯后修飾，產(chǎn)生不同種功能的蛋白質(zhì);或同一氨基酸序列發(fā)生不同種翻譯后修飾，產(chǎn)生更為豐富的多種功能的蛋白質(zhì)，并參與更多的生物學(xué)過程[21]。蛋白質(zhì)的翻譯后修飾是一種可逆反應(yīng)，例如蛋白激酶和蛋白磷酸酶可分別通過磷酸化或去磷酸化調(diào)控蛋白質(zhì)功能，而在這一磷酸化修飾過程中，該肽段的分子量剛好增加或減少一個(gè)或幾個(gè)磷酸根的分子量[22]。需要說明的是，蛋白質(zhì)發(fā)生翻譯后修飾，顯著改變蛋白的理化及構(gòu)象后，蛋白的表達(dá)水平不一定發(fā)生變化，但如果翻譯后修飾的狀態(tài)發(fā)生改變，蛋白的功能將發(fā)生顯著變化。

　　蛋白質(zhì)翻譯后修飾廣泛參與到植物中以能量代謝為主的多種生理生化過程中，因此研究翻譯后修飾對揭示蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能和作用機(jī)制具有重要的意義。然而，相對于人類、動(dòng)物和微生物的翻譯后修飾的鑒定和藥物靶向位點(diǎn)開發(fā)研究，翻譯后修飾在植物中研究相對較少，且主要集中在擬南芥，水稻，小麥等模式植物中[23]。在已有的光周期調(diào)控水稻抽穗期的報(bào)道中，只有磷酸化與泛素化的內(nèi)容相對豐富，本文主要對這兩種翻譯后修飾對水稻抽穗期調(diào)控的影響作梳理與總結(jié)。

　　1.磷酸化級聯(lián)反應(yīng)調(diào)控水稻抽穗期

　　蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化是植物體內(nèi)存在的最普遍且最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)方式。其中，蛋白激酶作為一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，其主要作用是將ATP的γ磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到底物特定的氨基酸殘基上，從而使被磷酸化的蛋白對下游基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而影響細(xì)胞的生長、增殖和凋亡，最終使生命體代謝活動(dòng)變化[24]。

　　根據(jù)植物蛋白激酶特異性底物蛋白被磷酸化的氨基酸殘基種類不同，可將其分為5類：絲氨酸/蘇氨酸的羥基被磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、酪氨酸的酚羥基被磷酸化的酪氨酸蛋白激酶、組氨酸、賴氨酸或精氨酸的咪唑環(huán)、胍基、ε氨基被磷酸化的組氨酸/賴氨酸/精氨酸蛋白激酶、半胱氨酸的巰基被磷酸化的半胱氨酸蛋白激酶和酰基被磷酸化天冬氨酰基/谷氨酰基蛋白激酶[25]。

　　植物蛋白激酶一般是由催化結(jié)構(gòu)域、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域和其他結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。沒有活性的蛋白激酶全酶是由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基共同構(gòu)成的四聚體結(jié)構(gòu)。催化結(jié)構(gòu)域是由近300個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，氨基酸序列高度保守，折疊起來在蛋白激酶內(nèi)側(cè)形成核心結(jié)構(gòu)域[26]。當(dāng)調(diào)節(jié)因子與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合后，催化亞基暴露出來形成游離態(tài)，進(jìn)而磷酸化底物。

　　蛋白激酶通過兩種途徑參與植物體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：其一是通過磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性，絕大多數(shù)信號通路激活可逆，有些蛋白質(zhì)可以在磷酸化或去磷酸化后獲得活性;其二是通過蛋白質(zhì)的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，磷酸化使信號逐級放大，進(jìn)而引發(fā)生物進(jìn)程[24]。

　　1.1蛋白激酶

　　CKI與CK2α調(diào)控OsPRR37/Hd2和Ghd7/Hd4Ⅰ型及Ⅱ型酪蛋白激酶(CKI及CKII)均屬于真核生物中普遍存在的高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，主要定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜和線粒體等部位，能夠催化肽鏈中鄰近酸性氨基酸殘基的絲氨酸/蘇氨酸(Serine/Threonine)磷酸化的酶，具有廣譜底物特異性及多種生物功能，在真核生物的生長發(fā)育、生命節(jié)律、細(xì)胞周期、囊泡運(yùn)輸、胞間通訊等生命活動(dòng)中都起到重要的作用[27]。二者在結(jié)構(gòu)上有所不同，CKI以單體形式存在，而CKII能夠形成α2β2異源四聚體，其中α亞基是一種催化亞基，而β是調(diào)節(jié)亞基[28]。

　　在擬南芥中，CKI主要調(diào)控開花時(shí)間和晝夜節(jié)律。藍(lán)光誘導(dǎo)的條件下，CKI的兩個(gè)成員CK1.3和CK1.4能夠磷酸化藍(lán)光受體CRY2(Cryptochrome2)，并促進(jìn)其降解，從而影響擬南芥在藍(lán)光信號和晝夜節(jié)律調(diào)[29]。此外，高度保守的生物鐘成分CKII還可以與中心時(shí)鐘成分蛋白CCA1(Circadianclockassociated1)相互作用并使其磷酸化，從而獲得DNA結(jié)合活性并調(diào)控晝夜節(jié)律中[30]。

　　在水稻中，Hd6(Headingdate6)/CK2α能夠磷酸化擬南芥晝夜振蕩器組件LHY(Lateelongatedhypocotyl)的同源物OsLHY(Oryzasativalateelongatedhypocotyl)[31];Hd16(Headingdate16)/EL1(Earlyflowering1)編碼酪蛋白激酶CKI，是LD的條件下抽穗期負(fù)調(diào)節(jié)因子，其自然突變有利于長日照下粳稻早開花[32]。

　　同一基因在不同品種中存在不同的基因型。越光背景的Hd16基因型與其他品種不同，所有其他基因型在這個(gè)位置編碼一個(gè)丙氨酸氨基酸，只有越光等位基因在非同義置換的核苷酸位置編碼蘇氨酸。Hd16的這一非同義替代能夠?qū)е滤�稻的光周期敏感性降低[32]。Hd6和Hd16都能夠磷酸化OsPRR37/Hd2，Hd16還能夠磷酸化Ghd7/Hd4，且本身也能自磷酸化。Hd6和Hd16分別與OsPRR37互作并磷酸化，但磷酸化OsPRR37的殘基不同。Hd6和Hd16均使OsPRR37的中段磷酸化，而含CCT結(jié)構(gòu)域的OsPRR37的C端磷酸化只能被Hd16磷酸化，此外，Hd6和Hd16均未使包含PR結(jié)構(gòu)域的N端磷酸化[33]，它們磷酸化的確切位點(diǎn)以及這些位點(diǎn)對抽穗期影響的程度仍需要進(jìn)一步研究。

　　OsPRR37/Hd2是水稻中主要的LD開花抑制子，屬于PRRs家族，是擬南芥PRR7的同源物。所有植物中的PRRs都能被磷酸化。水稻中含有5個(gè)擬南芥PRR基因的同源蛋白：OsPRR1/OsTOC1、OsPRR37、OsPRR59、OsPRR73和OsPRR95[34]。Hd2抑制Ehd1的表達(dá)，從而抑制水稻成花素Hd3a和RFT1的表達(dá)，或直接下調(diào)Hd3a的表達(dá)，從而調(diào)控水稻抽穗[35]。Hd2受光敏色素B(PhyB)的調(diào)控，無論是長短日照，phyb突變體中Hd2的表達(dá)水平嚴(yán)重下降[36]。

　　Ghd7/Hd4是含有CCT結(jié)構(gòu)域，能同時(shí)控制水稻的每穗粒數(shù)、株高和抽穗期性狀，是由我國首次成功克隆的水稻一因多效基因[10]。Ghd7是水稻在長日照條件下最主要的開花抑制子之一，在擬南芥中沒有同源蛋白，在LD條件下，Ghd7的表達(dá)增強(qiáng)，抑制Ehd1、Hd3a和RFT1等下游基因的表達(dá)，進(jìn)而推遲了抽穗期[37]。Ghd7功能缺失的自然突變體使水稻能夠在溫帶和較冷的地區(qū)種植。

　　因此，Ghd7在提高全球水稻產(chǎn)量和適應(yīng)性方面發(fā)揮了重要作用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無論日本晴還是越光背景，Hd16均能與Ghd7互作，與越光背景的Hd16相比，日本晴背景互作較強(qiáng)且與全長互作。在具有弱光周期敏感等位基因Hd16的近等基因系(日本晴背景越光基因型)中，長日照條件下Ehd1、Hd3a和RFT1的轉(zhuǎn)錄水平升高，均高于NP，短日照條件下Hd3a和RFT1的轉(zhuǎn)錄水平降低。

　　功能性Hd16重組蛋白在體外磷酸化Ghd7。網(wǎng)站預(yù)測Ghd7的Ser68為Hd16磷酸化位點(diǎn)[38]。這說明Hd16通過磷酸化修飾調(diào)控激活蛋白Ghd7，并使其與Hd1互作，進(jìn)而下調(diào)Ehd1、Hd3a和RFT1等下游基因，最終顯著推遲開花。OsPRR37和Ghd7在LD下的開花抑制效應(yīng)是加性的，OsPRR37在ghd7突變體中促進(jìn)抽穗，反之，它會(huì)通過與Ghd7相互作用，共同抑制Ehd1的表達(dá)從而延遲抽穗，這兩種主要的開花抑制因子OsPRR37和Ghd7的自然變異使其降低甚至喪失感光性，從而對水稻在最北部地區(qū)生長的季節(jié)和區(qū)域適應(yīng)性具有重要意義[39]。

　　1.2蛋白激酶

　　OsK4與蛋白配體HDR1結(jié)合調(diào)控Hd1/Ehd1Ehd1是細(xì)胞分裂素信號通路中的B型反應(yīng)調(diào)節(jié)RR(responseregulator)蛋白家族，含有受體R(Receiver)結(jié)構(gòu)域和保守的脫氧核糖核酸G(GARPDNA)結(jié)合結(jié)構(gòu)域[11]，其中R結(jié)構(gòu)域的磷脂酰肌醇蛋白聚糖酶DDK(AspAspLys)基序中間的D(Asp)被磷酸化能夠增強(qiáng)Ehd1的轉(zhuǎn)錄激活活性[40]。Asp63是Ehd1的磷酸化位點(diǎn)，當(dāng)該位點(diǎn)被谷氨酸替代時(shí)(D63E)，其抽穗期顯著縮短，即與野生型植株相比，在SD下提前3d，在LD下提前21d，成花基因Hd3a和RFT1的轉(zhuǎn)錄水平也較高。這說明Asp在第63位殘基的磷酸化對于Ehd1誘導(dǎo)成花至關(guān)重要[40]。

　　蛋白激酶OsK4與蛋白配體HDR1結(jié)合可以調(diào)控Hd1和Ehd1。HDR1是一種起源古老的蛋白配體，能夠編碼一個(gè)由210個(gè)氨基酸組成的分子量約為23kD的蛋白質(zhì)，是苔蘚中SNF1/AMPK/SnRK1激酶配體PpSKI的同源物。蛋白激酶PpSKI作為能量計(jì)量器，通過關(guān)閉耗能過程和調(diào)動(dòng)能量儲備來幫助細(xì)胞適應(yīng)低能量條件，該功能不僅局限于對代謝的影響，還對發(fā)育和模式形成也有顯著影響[41]。

　　而在水稻中，HDR1主要表現(xiàn)為開花負(fù)調(diào)控因子：在LD下，hdr1比野生型早30天開花;而在SD下，二者差異不顯著。HDR1編碼的核蛋白在葉片和花器官中最活躍。HDR1與Hd1和Ehd1表達(dá)模式相似，即在SD和LD下，HDR1均在黃昏后積累，黎明前達(dá)到峰值，之后迅速衰減。因此認(rèn)為，HDR1有可能通過不同途徑調(diào)控水稻開花，HDR1上調(diào)Hd1，抑制Ehd1表達(dá)，或獨(dú)立參與Ehd1通路[42]。OsK4，是另一個(gè)水稻開花的抑制因子。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均表明，蛋白激酶OsK4和其同源蛋白OsK3都直接與HDR1相互作用。

　　OsK4表現(xiàn)出與HDR1相同的調(diào)控模式，即在osk4中，Ehd1表達(dá)量增加，Hd1表達(dá)量急劇下降進(jìn)而導(dǎo)致RFT1的上調(diào)，而Hd3a僅在LD下觀察到表達(dá)量上調(diào)[43]。OsK4在體內(nèi)可以磷酸化Hd1，且HDR1是OsK4磷酸化Hd1所必需的[44]。OsK4在擬南芥的同源蛋白AtSnRK1是一種非典型AMPK，該家族成員包括催化α亞基和非催化β和γ亞基，每個(gè)亞基類型存在多種同型異構(gòu)體，并產(chǎn)生各種同工酶[45]。HDR1可能在水稻中扮演非催化的β或γ亞基的功能。事實(shí)上，HDR1、OsK4與Hd1可相互作用進(jìn)而形成復(fù)合物從而調(diào)控LD條件下水稻開花。

　　1.3蛋白激酶參與成花復(fù)合物

　　Hd3a和RFT1分別為水稻在短日照和長日照行使主要功能的成花素[46]，二者均以復(fù)合物的形式行使功能的，即FAC(FlorigenActivationComplex)模型，F(xiàn)AC的晶體結(jié)構(gòu)是由2個(gè)Hd3a/RFT1蛋白、1個(gè)1433蛋白二聚體和1個(gè)OsFD1蛋白二聚體共同組成的異源六聚體[47]。在水稻葉片感知光周期等信號后，在體內(nèi)進(jìn)行一系列復(fù)雜的信號級聯(lián)反應(yīng)，首先Hd3a/RFT1在細(xì)胞質(zhì)中與1433蛋白結(jié)合。

　　此時(shí)，1433二聚體蛋白的兩側(cè)各結(jié)合1個(gè)Hd3a/RFT1單體，形成一個(gè)厚而深的W形結(jié)構(gòu)，Hd3a/RFT11433復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核后，位于復(fù)合物的中心的OsFD1二聚體再通過與1433蛋白的磷酸化絲氨酸結(jié)合位點(diǎn)相互作用，進(jìn)而激活下游開花基因轉(zhuǎn)錄，最終該復(fù)合物組成的長距離信號(成花素)通過韌皮部傳遞到莖尖分生組織，刺激水稻花器官生殖發(fā)育，誘導(dǎo)成花[48]。

　　OsFD1蛋白包含1個(gè)保守的bZIP結(jié)構(gòu)域和2個(gè)功能基序：SAP(RXXSAP)和LSL(T(A/V)LSLNS)，而當(dāng)SAP基序中的第192位絲氨酸殘基突變?yōu)楸�氨�?SI92A)后，OsFD1蛋白彌散在細(xì)胞質(zhì)中，1433與磷酸化OsFD1的磷酸絲氨酸產(chǎn)生的特征性緊密轉(zhuǎn)彎被破壞，OsFD1不能與1433互作，OsMADS15轉(zhuǎn)錄水平急劇下降，這表明OsFD1蛋白磷酸化是FAC形成與花分生組織基因表達(dá)的前提和關(guān)鍵[48]。

　　這種情況不是個(gè)例，RFT1也能與成花素受體1433蛋白相互作用，但關(guān)鍵位點(diǎn)E105K自然突變后會(huì)使RFT1失去功能，不能與1433蛋白相互作用[49]。OsFD1基因突變能夠?qū)е鲁樗肫谘舆t。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，20個(gè)Osfd1cr品系在武漢自然NSD條件下的抽穗期推遲了16.97±0.51d，在人工SD條件下的抽穗期推遲了9.10±0.54d;OsFD1OE植物的抽穗期(81.00±1.56天)早于野生型ZH11(89.00±0.82天)，而OsFD1(S192A)OE植物的抽穗期與野生型不存在顯著性差異[50]。

　　OsCIPK3是一個(gè)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶b樣(CBL)相互作用的蛋白激酶，含有445個(gè)氨基酸，包含1個(gè)蛋白激酶結(jié)構(gòu)域和1個(gè)NAF結(jié)構(gòu)域(一種允許鈣傳感器與其靶激酶相互作用的新型蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域)，與擬南芥中的ATCIPK26和ATCIPK3同源，在水稻中能夠與OsFD1相互作用并磷酸化[51]。

　　OsCIPK3的N端的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域與OsFD1的C端的bZIP結(jié)構(gòu)域的完整性是二者相互作用的必備條件[50]。蛋白激酶OsCIPK3可以在體外自磷酸化，也能夠直接與OsFD1相互作用，使OsFD1磷酸化，使包含RFT1的FAC形成，最終啟動(dòng)了水稻的開花。OsCIPK3突變導(dǎo)致LD下抽穗期較晚，相比于野生型推遲了20.25±0.06d，而SD條件下與野生型一致。

　　將3個(gè)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子Tos17插入到OsCIPK3的第13內(nèi)含子中，可獲得oscipk3突變體[49]。OsCIPK3和OsFD1均優(yōu)先在莖尖和幼葉中表達(dá)。PMF1(CalcineurinBlikeInteractingProteinKinase)也是CIPK家族蛋白激酶，同樣含有1個(gè)蛋白激酶結(jié)構(gòu)域(19a.a.274a.a.)和1個(gè)NAF結(jié)構(gòu)域(312a.a.336a.a.)。PMF1與OsFD1共定位于細(xì)胞核，能通過N端的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域與OsFD1直接互作并磷酸化修飾OsFD1。

　　此外二者的組織表達(dá)模式高度統(tǒng)一，都在莖尖組織表達(dá)最活躍。PMF1同樣在LD下行使功能，能夠影響OsMADS14/15/18/34基因表達(dá)并調(diào)控水稻成花轉(zhuǎn)換，也能負(fù)調(diào)控Ghd7和Hd1表達(dá)[52]。綜上，磷酸化的OsFD1是水稻在LD條件下開花的前提，而或許有另一個(gè)未知的蛋白激酶在SD條件下磷酸化OsFD1，這還需要進(jìn)一步的研究。

　　2.泛素

　　26S蛋白酶體系統(tǒng)介導(dǎo)水稻抽穗期泛素(Ubiquitin，Ub)是一種高度保守的由76個(gè)氨基酸組成的小分子蛋白質(zhì)[53]。泛素化是指通過一系列酶的催化作用，泛素共價(jià)結(jié)合到底物蛋白上的過程[54]。泛素化級聯(lián)反應(yīng)過程通常需要3種酶的協(xié)同作用：E1泛素激活酶(ubiquitinactivatingenzyme)、E2泛素偶聯(lián)酶(ubiquitinconjugatingenzymes)和E3泛素連接酶(ubiquitinligaseenzymes)[55]。一般來說，E1首先利用ATP提供的能量活化泛素分子生成UbE1復(fù)合體。

　　該復(fù)合體通過轉(zhuǎn)酯作用將Ub轉(zhuǎn)移到E2上形成UbE2復(fù)合體。UbE2復(fù)合體將Ub轉(zhuǎn)移到底物蛋白有兩種途徑，第一種是E3特異性識別底物蛋白后直接將Ub的C端連接到底物蛋白賴氨酸(Lys)殘基ε氨基上;第二種是先將Ub通過轉(zhuǎn)酯作用轉(zhuǎn)移到E3上，再由E3特異性識別底物蛋白后將Ub的C端連接到底物蛋白賴氨酸(Lys)殘基ε氨基上[53]。與磷酸化相似，泛素化也同樣是一個(gè)可逆過程，去泛素化酶(deubiquitinatingenzymes，DUBs)可以通過水解泛素分子間或泛素與底物蛋白之間的肽鍵或異肽鍵，從而逆轉(zhuǎn)泛素化修飾，再通過26S蛋白酶體催化各種蛋白質(zhì)底物的泛素化，實(shí)現(xiàn)靶向降解[56]。

　　26S蛋白酶體是由20S核心顆粒(Coreprotease，CP)和19S調(diào)節(jié)顆粒(Regulatoryparticle，RP)組成的蛋白酶復(fù)合體，主要分布在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中。CP呈明顯中空的圓柱形狀，以不依賴于ATP和泛素的方式行使蛋白水解酶功能，將底物蛋白降解成小肽或游離的氨基酸。RP結(jié)合到CP兩端，形成26S蛋白酶體，它依賴于ATP水解提供的能量，其功能為將已結(jié)合泛素的目標(biāo)蛋白遞送到蛋白酶體進(jìn)行降解[57]。泛素26S蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin26Sproteasomesystem，UPS)能夠改變植物的蛋白質(zhì)組，參與如細(xì)胞周期調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物與非生物脅迫等重要生命活動(dòng)過程，在植物的生長過程中發(fā)揮著重要且廣泛的作用[58]。

　　展望

　　關(guān)于磷酸化和泛素化的功能及其作用機(jī)制的研究已成為植物分子生物學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該生物過程對于水稻抽穗期這一性狀起到積極作用。例如，主效基因的改變對于種質(zhì)資源的遠(yuǎn)途遷徙具有重要的調(diào)控作用，但當(dāng)在相鄰省份或相近積溫帶進(jìn)行種質(zhì)資源引進(jìn)時(shí)，我們就可以通過影響磷酸化或泛素化過程，對該品種的抽穗期進(jìn)行微調(diào)，以期更適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和氣候條件，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果。

　　當(dāng)然，對于整個(gè)水稻抽穗期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來說，關(guān)于這方面的研究還是相對較少且不夠深入，涉及到的許多機(jī)制尚不清晰。首先，光周期是參與水稻開花時(shí)間的決定性因素，而溫度是決定開花時(shí)間的另一個(gè)重要的環(huán)境因素。在長日照和低溫條件下，Ehd1、Hd3a和RFT1的表達(dá)受到強(qiáng)烈抑制。已有研究表明，適應(yīng)高緯度地區(qū)的水稻品種具有光周期不敏感性和高溫響應(yīng)[92]。

　　然而，磷酸化與泛素化修飾是否參與到溫度調(diào)控水稻抽穗，我們尚不可知。其次，在現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的磷酸化與泛素化修飾過程影響光周期途徑的調(diào)控機(jī)理有待深入研究。磷酸化與泛素化的研究尚未形成體系，糖基化等其他翻譯后修飾過程未報(bào)道。克隆更多的與抽穗期相關(guān)的基因，并開展他們之間的相互關(guān)系的研究，尋找新的修飾類型，深入研究其基因表達(dá)的分子機(jī)制應(yīng)成為未來重點(diǎn)研究的對象。

　　再次，我們對現(xiàn)有的翻譯后修飾功能酶的認(rèn)知仍局限在其結(jié)構(gòu)和生理生化功能的表層認(rèn)知，對于蛋白激酶磷酸化修飾等的具有廣譜性的下游底物挖掘，底物本身的信息和被修飾或去修飾之后所發(fā)生的變化，以及同一功能酶其在不同的信號通路中所發(fā)揮的重要作用的研究尚在初級階段。受翻譯后修飾的細(xì)胞周期變化和修飾蛋白豐度較低等因素影響，翻譯后修飾的位點(diǎn)時(shí)空特征仍不清楚;磷酸化與去磷酸化、泛素化與去泛素化等動(dòng)態(tài)過程也為開展研究增加了難度;并且，由于同一蛋白可能受到多種翻譯后修飾，他們之間的相互關(guān)系與交叉作用也是非常值得探討的問題。

　　綜上所述，由于翻譯后修飾的普遍性、多樣性和復(fù)雜性等，對其在整體水平上認(rèn)識還比較困難，所以對現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的磷酸化與泛素化修飾的作用機(jī)理以及生物學(xué)意義還有待進(jìn)一步的研究。以上對參與水稻抽穗期的蛋白激酶、泛素連接酶、26S蛋白酶體等的結(jié)構(gòu)、功能以及其作用的分子機(jī)制的分析將為水稻開花在翻譯后修飾水平上的調(diào)控研究提供新線索，并最終為完善水稻抽穗期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供新的思路和培育地域適應(yīng)性強(qiáng)的水稻新品種提供理論依據(jù)。

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　　作者：王婧瑩趙廣欣邱冠凱方軍*