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摘要 在已发现的植物赤霉素（GA）信号传递分子中，有一类N端具有高度保守的DELLA结构域，称为DELLA家族蛋白。介绍了DELLA蛋白的保守域结构、上游基因及降解。
关键词 DELLA蛋白；GA；研究进展
中图分类号 Q945.11 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）19-0132-01
赤霉素是植物体内一类具有广泛生理功能的植物激素，简称GA，最初是从引起水稻恶苗病的赤霉菌的分泌物中分离出来的。一般植物体内至少有2种或2种以上的赤霉素，不同赤霉素之间可以相互转变。赤霉素能够调节包括种子萌发、叶片伸展、根茎伸长、开花时间以及花和果实发育等一系列植物发育过程。遗传学以及分子生物学的研究鉴定了赤霉素的受体以及赤霉素信号转导通路上的几个正调控因子和负调控因子。在它们之中3个最主要的调节因子就是赤霉素受体、DELLA蛋白以及控制DELLA蛋白稳定性的F-BOX蛋白。
1DELLA蛋白的保守结构域
DELLA蛋白位于细胞核中，在GA信号转导中起阻遏作用。在DELLA蛋白的氨基酸序列中，N端的同源性总体上不高，但存在DELLA和TVHYNP两个非常保守的酸性结构域，中部有一个核定位信号结构域（N L S）RKVATYFGLARR，其后有一个保守氨其酸结构域VHIID和亮氨酸重复序列LZ，在C端有类似SH2结构域RLsGTFLDRESLYY3FDSL EGG、RVER和SAW结构域的结构。Itoh等用水稻SLR1基因的不同核苷酸缺失突变体分析了DELLA蛋白不同保守结构域的功能。他们认为DELLA与TVHYNP结构是GA信号感知结构域，polyS/T/V（丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸富集区）是调节结构域，LZ是二聚化结构域，C端的VHIID、SH2和SAW等结构是阻遏结构域。
2DELLA蛋白的上游基因
早期的研究结果显示PIL5-光响应的螺旋环螺旋结构蛋白能够抑制种子的萌发。在黑暗条件下，PIL5能够促进赤霉素信号转导通路上的抑制因子GAI和 RGA的表达。gai-t6和rga-28对红光的极度敏感以及rga-28的萌发受到抑制的现象说明转录调控在调节种子萌发过程中的重要作用。PIL5能够直接结合GAI以及RGA的启动子但不能直接结合赤霉素以及脱落酸的代谢基因启动子。光信号由植物色素识别，引起PIL5蛋白水平的下降从而进一步直接调节DELLA蛋白家族中的2个基因的表达，间接调节GA以及ABA代谢基因的表达。
3赤霉素受体的发现
DELLA蛋白在N端含有一段保守的氨基酸序列，这段序列对于DELLA蛋白能被赤霉素依赖的蛋白酶体降解途径降解是必须的。当该保守区域突变以后就会使得植物对赤霉素不敏感。而另一类突变体因为缺乏赤霉素的受体基因GID1也对赤霉素不敏感。遗传学互作试验表明，在赤霉素受体缺乏的背景下GAI及其同源基因gai-3是主要的抑制因子。由于GAI的DELLA结构域单独就可以介导赤霉素依赖的与GID1A的相互作用，我们推测DELLA结构域是受到赤霉素激活的赤霉素受体的接受区域。
4DELLA蛋白的降解
在拟南芥中赤霉素通过诱导RGA的蛋白降解来实现解除信号转导抑制。SLY1编码了一个含有F－box的蛋白，并且功能丧失的sly1突变体呈现出赤霉素不敏感的侏儒表型，并且同时积累高水平的RGA蛋白。这些发现表明SLY1能够使RGA与SCFSLY1E3连接酶复合体结合，从而泛素化，进而被26S蛋白酶体降解。利用酵母双杂交技术以及体外凝胶阻滞试验我们证明了SLY1能够直接与RGA和GAI的C端GRAS区域结合。之前的研究表明，RGA的N端DELLA区域对于赤霉素诱导的降解作用是必须的，但酵母双杂交显示DELLA 区域对于与SLY1蛋白的互作并非必须。
5展望
DELLA蛋白编码基因的发现以及研究使我们明白了赤霉素信号转导的通路。作为一种转录因子DELLA蛋白位于细胞核内，通过调节其他基因的表达实现其对赤霉素信号转导的抑制作用。而DELLA蛋白是如何调节其他基因的表达有待进一步研究。拟南芥的DELLA蛋白家族有5个成员，而水稻只有1个，是什么原因造成具有较大基因组的水稻含有更少的DELLA蛋白种类也是今后的研究重点。
6参考文献
[1] STEBER CM，COONEY S，MCCOURT P.Isolation of the GA-response mutant sly1 as a suppressor of ABI1-1 in Arabidopsis thaliana[J].Genetics，1998（149）：509-521.
[2] PYSH LD，WYSOCKA-DILLER JW，CAMILLERI C，et al.The GRAS gene family in Arabidopsis: Sequence characterization and basic expression analysis of the SCARECROW-LIKE genes[J].Plant J，1999（18）：111-119.
[3] PENG J，CAROL P，RICHARDS DE，et al.The Arabidopsis GAI gene defines a signaling pathway that negatively regulates gibberellin responses[J].Genes Dev，1997（11）：3194-8205.
[4] FLECK B，HARDBERD NP.Evidence that the Arabidopsis nuclear gib berellin signaling protein GAI is not destabilised by gibberellin[J].Plant J，2002（32）：935-947.
[5] WEN CK，CHANG C.Arabidopsis RGLL encodes a negative regulator of gibberellin response[J].Plant Cell，2002（14）：87-100.
关键词 DELLA蛋白；GA；研究进展
中图分类号 Q945.11 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）19-0132-01
赤霉素是植物体内一类具有广泛生理功能的植物激素，简称GA，最初是从引起水稻恶苗病的赤霉菌的分泌物中分离出来的。一般植物体内至少有2种或2种以上的赤霉素，不同赤霉素之间可以相互转变。赤霉素能够调节包括种子萌发、叶片伸展、根茎伸长、开花时间以及花和果实发育等一系列植物发育过程。遗传学以及分子生物学的研究鉴定了赤霉素的受体以及赤霉素信号转导通路上的几个正调控因子和负调控因子。在它们之中3个最主要的调节因子就是赤霉素受体、DELLA蛋白以及控制DELLA蛋白稳定性的F-BOX蛋白。
1DELLA蛋白的保守结构域
DELLA蛋白位于细胞核中，在GA信号转导中起阻遏作用。在DELLA蛋白的氨基酸序列中，N端的同源性总体上不高，但存在DELLA和TVHYNP两个非常保守的酸性结构域，中部有一个核定位信号结构域（N L S）RKVATYFGLARR，其后有一个保守氨其酸结构域VHIID和亮氨酸重复序列LZ，在C端有类似SH2结构域RLsGTFLDRESLYY3FDSL EGG、RVER和SAW结构域的结构。Itoh等用水稻SLR1基因的不同核苷酸缺失突变体分析了DELLA蛋白不同保守结构域的功能。他们认为DELLA与TVHYNP结构是GA信号感知结构域，polyS/T/V（丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸富集区）是调节结构域，LZ是二聚化结构域，C端的VHIID、SH2和SAW等结构是阻遏结构域。
2DELLA蛋白的上游基因
早期的研究结果显示PIL5-光响应的螺旋环螺旋结构蛋白能够抑制种子的萌发。在黑暗条件下，PIL5能够促进赤霉素信号转导通路上的抑制因子GAI和 RGA的表达。gai-t6和rga-28对红光的极度敏感以及rga-28的萌发受到抑制的现象说明转录调控在调节种子萌发过程中的重要作用。PIL5能够直接结合GAI以及RGA的启动子但不能直接结合赤霉素以及脱落酸的代谢基因启动子。光信号由植物色素识别，引起PIL5蛋白水平的下降从而进一步直接调节DELLA蛋白家族中的2个基因的表达，间接调节GA以及ABA代谢基因的表达。
3赤霉素受体的发现
DELLA蛋白在N端含有一段保守的氨基酸序列，这段序列对于DELLA蛋白能被赤霉素依赖的蛋白酶体降解途径降解是必须的。当该保守区域突变以后就会使得植物对赤霉素不敏感。而另一类突变体因为缺乏赤霉素的受体基因GID1也对赤霉素不敏感。遗传学互作试验表明，在赤霉素受体缺乏的背景下GAI及其同源基因gai-3是主要的抑制因子。由于GAI的DELLA结构域单独就可以介导赤霉素依赖的与GID1A的相互作用，我们推测DELLA结构域是受到赤霉素激活的赤霉素受体的接受区域。
4DELLA蛋白的降解
在拟南芥中赤霉素通过诱导RGA的蛋白降解来实现解除信号转导抑制。SLY1编码了一个含有F－box的蛋白，并且功能丧失的sly1突变体呈现出赤霉素不敏感的侏儒表型，并且同时积累高水平的RGA蛋白。这些发现表明SLY1能够使RGA与SCFSLY1E3连接酶复合体结合，从而泛素化，进而被26S蛋白酶体降解。利用酵母双杂交技术以及体外凝胶阻滞试验我们证明了SLY1能够直接与RGA和GAI的C端GRAS区域结合。之前的研究表明，RGA的N端DELLA区域对于赤霉素诱导的降解作用是必须的，但酵母双杂交显示DELLA 区域对于与SLY1蛋白的互作并非必须。
5展望
DELLA蛋白编码基因的发现以及研究使我们明白了赤霉素信号转导的通路。作为一种转录因子DELLA蛋白位于细胞核内，通过调节其他基因的表达实现其对赤霉素信号转导的抑制作用。而DELLA蛋白是如何调节其他基因的表达有待进一步研究。拟南芥的DELLA蛋白家族有5个成员，而水稻只有1个，是什么原因造成具有较大基因组的水稻含有更少的DELLA蛋白种类也是今后的研究重点。
6参考文献
[1] STEBER CM，COONEY S，MCCOURT P.Isolation of the GA-response mutant sly1 as a suppressor of ABI1-1 in Arabidopsis thaliana[J].Genetics，1998（149）：509-521.
[2] PYSH LD，WYSOCKA-DILLER JW，CAMILLERI C，et al.The GRAS gene family in Arabidopsis: Sequence characterization and basic expression analysis of the SCARECROW-LIKE genes[J].Plant J，1999（18）：111-119.
[3] PENG J，CAROL P，RICHARDS DE，et al.The Arabidopsis GAI gene defines a signaling pathway that negatively regulates gibberellin responses[J].Genes Dev，1997（11）：3194-8205.
[4] FLECK B，HARDBERD NP.Evidence that the Arabidopsis nuclear gib berellin signaling protein GAI is not destabilised by gibberellin[J].Plant J，2002（32）：935-947.
[5] WEN CK，CHANG C.Arabidopsis RGLL encodes a negative regulator of gibberellin response[J].Plant Cell，2002（14）：87-100.