中国农学通报 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (2): 57-64.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0681
黄金丽1(
), 霍娇菡1, 邱荣微2, 林芳2, 陆彩云2, 许卫锋1(
), 刘建平1(
)
收稿日期:2025-08-12
修回日期:2025-10-11
出版日期:2026-01-25
发布日期:2026-01-22
通讯作者:
作者简介:黄金丽,女,2000年出生,广西南宁人,硕士研究生,主要从事水稻应答高温胁迫的分子机制研究。通信地址:350002 福建省福州市仓山区建新镇上下店路福建农林大学海峡生态环境工程研究院7楼703,E-mail:2365783442@qq.com。
基金资助:
HUANG Jinli1(
), HUO Jiaohan1, QIU Rongwei2, LIN Fang2, LU Caiyun2, XU Weifeng1(
), LIU Jianping1(
)
Received:2025-08-12
Revised:2025-10-11
Published:2026-01-25
Online:2026-01-22
摘要:
富含甘氨酸蛋白(Glycine-rich proteins, GRPs)是一类含高比例甘氨酸(20%~70%)的蛋白质家族,广泛存在于原核与真核生物中,是植物应对非生物胁迫(高盐、干旱、高低温等)的重要调控因子,其通过RNA结合、蛋白互作等方式调控植物生长发育与抗逆响应,为明确其抗逆功能与应用潜力。本文综述了植物GRPs的结构特征、分类体系、生长发育功能,重点解析其在低温、高温、盐、干旱等非生物胁迫下的响应机制与调控路径。结果显示:(1)结构上,GRPs均含GR结构域,不同亚类还包含RNA识别基序(RRM)、冷休克结构域(CSD)、CCHC锌指等特有结构域;分为5类,其中IV类(GR-RBPs) 分布最丰富且具有RNA 结合功能;(2)功能上,GRPs具有明显的组织特异性,可通过促进细胞伸长、调节气孔开闭等参与植物生长发育;(3)低温胁迫下,Ⅳc亚家族GRPs拟南芥AtGRP2通过RNA伴侣活性增强植物抗冻性。高温胁迫下,水稻OsGRP3/OsGRP162、不结球白菜BcGRP1等受热诱导表达,维持植物耐热性。盐胁迫与渗透胁迫中,二色补血草LbGRP1通过提升抗氧化酶活性增强耐盐性;干旱胁迫下,拟南芥AtGRP2/AtGRP7、水稻OsGRP3等通过调控气孔运动、活性氧(ROS)代谢及木质素合成增强抗旱性。综上可得出,GRPs通过多结构域协同、多路径调控,成为植物响应非生物胁迫的核心因子。未来需结合多组学与遗传学技术,解析GRPs的上游调控网络及多胁迫协同响应机制,为抗逆作物育种提供理论依据与关键靶点。
黄金丽, 霍娇菡, 邱荣微, 林芳, 陆彩云, 许卫锋, 刘建平. 富含甘氨酸蛋白在植物响应非生物胁迫中的作用研究进展[J]. 中国农学通报, 2026, 42(2): 57-64.
HUANG Jinli, HUO Jiaohan, QIU Rongwei, LIN Fang, LU Caiyun, XU Weifeng, LIU Jianping. Research Progress on Role of Glycine-rich Proteins in Plant Response to Abiotic Stress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2026, 42(2): 57-64.
| 基因 | 研究发现 | 作用机制 |
|---|---|---|
| AtGR-RBP5 | 敲除后根变短、叶变小、花轴变短;超表达株系细胞变长,缺失突变体细胞变短 | 调控气孔保卫细胞开关参与植物 对环境压力的适应性调控 |
| AtGR-RBP7 | 调节气孔保卫细胞的开与关,参与植物抵御环境胁迫;与AtGR-RBP8相互调节转录 | 调节气孔开闭适应环境胁迫; 与AtGR-RBP8相互调节转录 |
| 基因 | 研究发现 | 作用机制 |
|---|---|---|
| AtGR-RBP5 | 敲除后根变短、叶变小、花轴变短;超表达株系细胞变长,缺失突变体细胞变短 | 调控气孔保卫细胞开关参与植物 对环境压力的适应性调控 |
| AtGR-RBP7 | 调节气孔保卫细胞的开与关,参与植物抵御环境胁迫;与AtGR-RBP8相互调节转录 | 调节气孔开闭适应环境胁迫; 与AtGR-RBP8相互调节转录 |
| 逆境类型 | GRPs成员及研究对象 | 表达变化及功能机制 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 温度胁迫 | 低温 胁迫 | Pa-RRM-GRP1 | 受3℃冷处理诱导,温度回升后表达恢复,参与冷响应调节 | |||
| AtGRP2/AtGRP24/AtGRP27 | 冷处理下表达上调,过表达AtGRP2增强抗冻性;AtGRP7通过调节气孔运动提升耐冻能力 | |||||
| BnGRP1 | 具DNA/RNA解链活性,异源表达于拟南芥可加速冷/冻胁迫下萌发,增强耐冻性 | |||||
| CsGR-RBP3 | 低温下转录上调,过表达于拟南芥可降低ROS水平,提高CAT、SOD活性及冷冻存活率。 | |||||
| 高温 胁迫 | OsGRP3/OsGRP3162 | 夜间表达达峰,受热胁迫(45℃)诱导,为夜间耐热性必需 | ||||
| BcGRP1 | 高温处理6 h后表达持续上调,48 h达峰值,参与耐热响应 | |||||
| ItGRP | ItGRP1/5/7/9在48~72 h高温下表达显著升高,增强耐热性 | |||||
| SbGR-RBP | 分布于细胞核和细胞质,与CaM互作(Ca²+依赖),结合核酸能力受调控,参与热胁迫响应 | |||||
| 半夏GR-RBPs | 38℃处理后转录和蛋白水平显著积累,缓解高温诱导的氧化胁迫 | |||||
| 盐胁迫和渗透胁迫 | LbGRP1 | 过表达于烟草可提高SOD、CAT活性及脯氨酸含量, 降低Na+含量和Na+/K+比值,增强耐盐性 | ||||
| ZjGR-RBP | 受NaCl诱导,负调控耐盐性,定位于细胞核和细胞质 | |||||
| 干旱胁迫 | AtGRP2、AtGRP7 | 过表达于水稻可提高干旱后存活率及籽粒产量, 通过调控气孔和细胞吸水势能增强抗旱性 | ||||
| MpGR-RBP1 | 干旱下表达量增加,基因差异可能影响抗旱性强弱 | |||||
| NtGR-RBPs | NaCl处理使其表达降低;可能通过不依赖ABA的信号通路在逆境信号转导中发挥作用 | |||||
| OsGRP3 | 受干旱、盐、ABA 显著诱导;ABA或甘露醇处理后,蛋白由胞质/ 核转移至胞质颗粒状结构,正向调控耐旱性 | |||||
| 逆境类型 | GRPs成员及研究对象 | 表达变化及功能机制 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 温度胁迫 | 低温 胁迫 | Pa-RRM-GRP1 | 受3℃冷处理诱导,温度回升后表达恢复,参与冷响应调节 | |||
| AtGRP2/AtGRP24/AtGRP27 | 冷处理下表达上调,过表达AtGRP2增强抗冻性;AtGRP7通过调节气孔运动提升耐冻能力 | |||||
| BnGRP1 | 具DNA/RNA解链活性,异源表达于拟南芥可加速冷/冻胁迫下萌发,增强耐冻性 | |||||
| CsGR-RBP3 | 低温下转录上调,过表达于拟南芥可降低ROS水平,提高CAT、SOD活性及冷冻存活率。 | |||||
| 高温 胁迫 | OsGRP3/OsGRP3162 | 夜间表达达峰,受热胁迫(45℃)诱导,为夜间耐热性必需 | ||||
| BcGRP1 | 高温处理6 h后表达持续上调,48 h达峰值,参与耐热响应 | |||||
| ItGRP | ItGRP1/5/7/9在48~72 h高温下表达显著升高,增强耐热性 | |||||
| SbGR-RBP | 分布于细胞核和细胞质,与CaM互作(Ca²+依赖),结合核酸能力受调控,参与热胁迫响应 | |||||
| 半夏GR-RBPs | 38℃处理后转录和蛋白水平显著积累,缓解高温诱导的氧化胁迫 | |||||
| 盐胁迫和渗透胁迫 | LbGRP1 | 过表达于烟草可提高SOD、CAT活性及脯氨酸含量, 降低Na+含量和Na+/K+比值,增强耐盐性 | ||||
| ZjGR-RBP | 受NaCl诱导,负调控耐盐性,定位于细胞核和细胞质 | |||||
| 干旱胁迫 | AtGRP2、AtGRP7 | 过表达于水稻可提高干旱后存活率及籽粒产量, 通过调控气孔和细胞吸水势能增强抗旱性 | ||||
| MpGR-RBP1 | 干旱下表达量增加,基因差异可能影响抗旱性强弱 | |||||
| NtGR-RBPs | NaCl处理使其表达降低;可能通过不依赖ABA的信号通路在逆境信号转导中发挥作用 | |||||
| OsGRP3 | 受干旱、盐、ABA 显著诱导;ABA或甘露醇处理后,蛋白由胞质/ 核转移至胞质颗粒状结构,正向调控耐旱性 | |||||
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