楊澤偉，王龍海，朱 莉，郎志宏，羅學(xué)剛

干旱、鹽堿、低溫、重金屬污染、病蟲害等逆境脅迫對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重的不良影響，成為全球農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的重要因素之一［1］。植物在逆境脅迫下會(huì)在分子、細(xì)胞、生理和生化等不同水平上做出響應(yīng)，產(chǎn)生各種脅迫耐受機(jī)制，以求在逆境條件下得以生存［2］。已有的研究表明，γ?氨基丁酸（γ?aminobutyric acid，GABA）代謝途徑作為三羧酸循環(huán)的一個(gè)旁路在植物體內(nèi)發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用：通過調(diào)節(jié)胞質(zhì)pH調(diào)節(jié)酸堿平衡，誘導(dǎo)乙烯等激素合成，以及通過滲透調(diào)節(jié)提高植物的適應(yīng)性等作用；參與植物體內(nèi)碳／氮源平衡，植株生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成等多種生理生化及代謝過程；調(diào)節(jié)與逆境脅迫相關(guān)的基因表達(dá)及蛋白質(zhì)的合成，增強(qiáng)植物的抗逆性；作為一種可能的信號(hào)分子在病蟲害防治方面發(fā)揮重要作用［3～7］。有關(guān)γ?氨基丁酸代謝旁路在植物生長(zhǎng)發(fā)育、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和抗逆性等方面的作用機(jī)制研究是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文就γ?氨基丁酸代謝旁路在植物逆境脅迫響應(yīng)中的作用機(jī)制及其生物學(xué)功能做一簡(jiǎn)要概述。

1 γ?氨基丁酸代謝旁路酶學(xué)結(jié)構(gòu)解析

γ?氨基丁酸（GABA）是一種在生物體內(nèi)普遍存在的四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，其合成與代謝主要是通過三羧酸（tricarboxylic?acid，TCA）循環(huán)的一個(gè)旁路即GABA旁路（GABA?shunt）進(jìn)行的，該旁路是由三種關(guān)鍵酶，即位于胞質(zhì)中的谷氨酸脫羧酶（glutamate decarboxylase，GAD）、位于胞質(zhì)或線粒 體 中 的 γ?氨 基 丁 酸 轉(zhuǎn) 氨 酶 （GABA transaminase，GABA?T），以及定位于線粒體中的琥珀酸半醛脫氫酶（succinic semialdehyde dehy?drogenase，SSADH）組成（圖 1）。

圖1 γ?氨基丁酸代謝旁路結(jié)構(gòu)示意圖［8］Fig.1 The structure schematic of GABA shunt［8］.

1.1 谷氨酸脫羧酶（GAD）

前人研究結(jié)果表明，谷氨酸脫羧酶（GAD）主要由4個(gè)典型的結(jié)構(gòu)域組成：①N端結(jié)構(gòu)域Ⅰ：由第1～57氨基酸殘基組成，該結(jié)構(gòu)域?qū)AD二聚和六聚體的形成與穩(wěn)定至關(guān)重要；②大結(jié)構(gòu)域Ⅱ：由第8～347氨基酸殘基組成，其中包含一個(gè)磷酸吡哆醛酶類（pyridoxal 5′?phosphate，PLP）所特有的α／β折疊結(jié)構(gòu)以及一個(gè)輔因子的結(jié)合位點(diǎn)；③小結(jié)構(gòu)域Ⅲ：由第348～448氨基酸殘基組成，包括3個(gè)α?螺旋結(jié)構(gòu)和4個(gè)反向平行的β?片層；④C端結(jié)構(gòu)域Ⅳ：由一個(gè)pH感應(yīng)位點(diǎn)和一個(gè)鈣調(diào)素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（calmodulin binding domain，CaMBD）組成，能夠感知胞質(zhì)周圍環(huán)境pH的變化，或與鈣粘蛋白CaM結(jié)合，通過Ca2＋／CaM調(diào)節(jié)酶活性變化［9］。研究表明GAD主要位于細(xì)胞質(zhì)中，其活性受細(xì)胞環(huán)境pH和／或Ca2＋／CaM調(diào)節(jié)，能夠不可逆地催化谷氨酸脫去羧基形成GABA。GAD酶活性水平在植株處于正常生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境時(shí)通常比較低，而當(dāng)植株細(xì)胞所處環(huán)境pH大于正常生理pH時(shí)，GAD通過與CaM緊密結(jié)合，激活其酶活性；當(dāng)細(xì)胞環(huán)境為酸性條件（pH＜6）時(shí)，GAD酶蛋白的C端CaMBD結(jié)構(gòu)域不能與CaM穩(wěn)定結(jié)合，其酶活性則主要依賴于 pH來調(diào)控［10］。以上研究表明逆境脅迫下植物細(xì)胞中GAD主要依賴于所處環(huán)境的pH以及Ca2＋／CaM結(jié)合協(xié)同調(diào)控其酶活性，通過大量合成GABA以有效地響應(yīng)各種逆境脅迫。

1.2 GABA 轉(zhuǎn)氨酶（GABA?T）

作為γ?氨基丁酸代謝旁路的第二個(gè)關(guān)鍵酶，GABA?T主要負(fù)責(zé)GABA的分解代謝。通過亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)GABA?T不僅存在于細(xì)胞質(zhì)，也存在于質(zhì)體和線粒體中［11］。在細(xì)胞質(zhì)中合成的GABA通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GABAP）運(yùn)送到線粒體中，經(jīng)GABA?T酶的催化作用可逆性地分解形成琥珀酸半醛（succinic semialdehyde，SSA）。 目前研究發(fā)現(xiàn)在植物體中存在兩種類型的GABA?T，其中一種是在煙草和擬南芥等多種植物中發(fā)現(xiàn)的、主要以丙酮酸作為氨基受體的 GABA?TP［12］，另一種則是在煙草、小麥、大豆和蘿卜中發(fā)現(xiàn)的、主要以α?酮戊二酸作為氨基受體的GABA?TK，其活性遠(yuǎn)低于GABA?TP，其生物學(xué)功能還有待于進(jìn)一步證實(shí)［3］。 Akihiro 等［13］從番茄處于成熟后期的果實(shí)中分離鑒定到具有較高活性的、能以α?酮戊二酸作為氨基受體的GABA?TK，該酶對(duì)GABA的分解代謝起著重要作用。此外，Clark等［11］在擬南芥中發(fā)現(xiàn)缺失N端信號(hào)肽的AtGABA?T可以乙醛酸作為氨基受體，說明GABA還有可能參與乙醛酸的代謝。

1.3 琥珀酸半醛脫氫酶（SSADH）

SSADH是γ?氨基丁酸代謝旁路的最后一步的關(guān)鍵酶，能夠可逆性地催化琥珀酸半醛形成琥珀酸，后者進(jìn)入三羧酸循環(huán)。SSADH主要以NAD＋為輔助因子，NADH對(duì)其活性有抑制作用，NADH濃度越高，SSADH酶活性越低。當(dāng)NAD＋／NADH比率為1時(shí)，SSADH活性會(huì)降至最大活性的10%以下；當(dāng)NAD＋／NADH比為0.5時(shí)，SSADH活性則被完全抑制。SSADH酶活性會(huì)受到ATP的反饋調(diào)節(jié)［8］，并且 AMP、ADP 和 ATP 分別是NAD＋與SSADH互作的競(jìng)爭(zhēng)性、復(fù)合競(jìng)爭(zhēng)性和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑［14］。 Bouché等［8］研究發(fā)現(xiàn)擬南芥中SSADH編碼基因的突變會(huì)影響線粒體電子傳遞的過程，說明植物體中SSADH主要位于線粒體中。

2 γ?氨基丁酸代謝旁路在逆境脅迫中的生理生化機(jī)制

高等植物中GABA代謝旁路在植物細(xì)胞響應(yīng)逆境脅迫和增強(qiáng)植物抗逆適應(yīng)性方面發(fā)揮著重要的作用［15～17］。 已有的研究表明，GABA 的生理生化作用主要與植物在逆境條件下的應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，逆境脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)大量積累GABA［18］。植物在正常生長(zhǎng)條件下其體內(nèi)GABA含量通常比較低，其內(nèi)源水平一般維持在0.03～32.5μmol／g·FW 范圍內(nèi)，當(dāng)植物受到逆境脅迫（如機(jī)械損傷、干旱、鹽堿、缺氧、冷害、高溫及病蟲侵襲等）時(shí)，體內(nèi)GABA會(huì)大量合成，其濃度能快速增加幾倍甚至幾十倍以上［8］。植物在不同逆境脅迫（包括非生物逆境和生物逆境）下，其體內(nèi)γ?氨基丁酸代謝旁路的作用機(jī)制有所不同。

2.1 非生物脅迫

植物遭受逆境危害時(shí)會(huì)形成多種機(jī)制來適應(yīng)和抵抗非生物逆境，近年來研究發(fā)現(xiàn)，γ?氨基丁酸通過與植株其他逆境相關(guān)代謝途徑互作，如滲透調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)和活性氧代謝等方式，來調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，增強(qiáng)植株對(duì)逆境脅迫的耐受性。當(dāng)植物遭受逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)大量合成GABA，一種解釋是由于逆境脅迫對(duì)谷氨酸脫羧酶活性、GAD基因的表達(dá)及GABA的合成產(chǎn)生影響，而GABA代謝和含量的變化可能與植物體中的碳／氮源平衡有關(guān)。

2.1.1 γ?氨基丁酸參與應(yīng)對(duì)水分脅迫 GABA是一種四碳類非蛋白質(zhì)氨基酸，在正常生理pH條件下屬于兩性離子，易溶于水，其生化特性與脯氨酸、甜菜堿等滲透小分子類似，在植物遭遇水分脅迫條件下，GABA可以作為小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，降低胞質(zhì)內(nèi)的滲透水勢(shì)，提高細(xì)胞保水性能，減緩因缺水對(duì)植物細(xì)胞所造成的傷害［19］。高水平的GABA（25～200 mmol／L）還有通過穩(wěn)定和保護(hù)離體類囊體膜免受有鹽存在造成的冰凍損傷的作用［20］。

2.1.2 γ?氨基丁酸參與應(yīng)對(duì)鹽脅迫 周翔等［21］研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫能夠誘導(dǎo)玉米幼苗內(nèi)源脫落酸（abscisic acid，ABA）和 GABA 的合成，用外源NaCl和ABA同時(shí)處理玉米幼苗，會(huì)誘導(dǎo)GABA的積累呈現(xiàn)加合效應(yīng)。而用氟草酮（ABA生物合成抑制劑）預(yù)處理后，則會(huì)降低GABA含量增加的幅度，說明在鹽脅迫下ABA具有調(diào)節(jié)GABA積累的作用。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，NaCl和ABA處理后幼苗后會(huì)提高谷氨酸脫羧酶的活性，因此推測(cè)鹽脅迫下誘導(dǎo)先行合成的ABA通過影響胞內(nèi)第二信使Ga2＋濃度變化來調(diào)控谷氨酸脫羧酶的活性，進(jìn)而誘導(dǎo)GABA的大量合成。Lancien等［22］研究發(fā)現(xiàn)，GABA、ABA和乙烯等信號(hào)途徑之間存在相互作用。逆境脅迫（如干旱、鹽堿、冷熱脅迫和機(jī)械損傷等）能誘導(dǎo)植物體內(nèi)GABA的積累，同時(shí)提高植物體內(nèi)乙烯和脫落酸（ABA）的含量，而α?氨基丁酸（GABA的同分異構(gòu)體）能競(jìng)爭(zhēng)性地抑制 1?氨基環(huán)丙烷?1?羧酸（ACC） 轉(zhuǎn)化為乙烯［23］。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，逆境脅迫下GABA代謝旁路可以通過誘導(dǎo)產(chǎn)生的GABA與谷氨酸受體家族結(jié)合，與Ca2＋信號(hào)途徑相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2＋水平及其它離子信號(hào)相關(guān)的脅迫應(yīng)答反應(yīng)［10］。

Zhang等［24］通過對(duì)煙草在不同程度鹽脅迫下的代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，大約有40種代謝物，包括有機(jī)酸／堿、氨基酸、碳水化合物、膽堿、嘧啶和嘌呤等含量發(fā)生顯著變化。而長(zhǎng)時(shí)間、高濃度（500 mmol／L NaCl）鹽脅迫下會(huì)導(dǎo)致脯氨酸、肌醇等滲透物大量積累，GABA代謝途徑隨之發(fā)生相應(yīng)變化。另外一種解釋是GABA的積累可能與腐胺降解途徑有關(guān)［25］，Dittami等［26］證實(shí)了褐藻長(zhǎng)囊水云在鹽脅迫下其體內(nèi)GABA含量的增加主要是由腐胺降解途徑形成的，說明GABA的積累與多胺氧化降解有關(guān)，在植物抗逆生理中發(fā)揮作用。羅黃穎等［27］研究發(fā)現(xiàn)高鹽脅迫會(huì)嚴(yán)重抑制玉米種子萌發(fā)，但加入外源GABA后可以顯著提高玉米種子的萌發(fā)率，并提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）這三種抗氧化酶的活性。進(jìn)一步的研究表明，鹽脅迫條件下外源添加的GABA通過提高抗氧化酶的活性和抗氧化劑的含量，降低羥自由基（H2O2）和丙二醛（MDA）的水平，從而提高細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減輕鹽脅迫對(duì)光合系統(tǒng)Ⅱ造成的傷害，增強(qiáng)番茄對(duì)鹽脅迫的耐受能力。Wongchai等［28］研究發(fā)現(xiàn)植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)主要與GABA和水楊酸的拮抗作用有關(guān)，證明酸敏感離子通道參與鹽脅迫反應(yīng)。

2.1.3 γ?氨基丁酸參與應(yīng)對(duì)低氧脅迫 植物根際在低氧脅迫條件下，其線粒體呼吸鏈電子傳遞中由于缺乏最終受體O2，抑制了正常的有氧呼吸，啟動(dòng)無(wú)氧呼吸代謝結(jié)果造成細(xì)胞質(zhì)酸化。植株細(xì)胞內(nèi)通過激活GAD酶的活性大量合成GABA，在此過程中通過大量消耗H＋，進(jìn)而緩解了低氧脅迫對(duì)植物造成的傷害［29］。細(xì)胞內(nèi)積累的GABA可以通過分解代謝形成琥珀酸，并形成NADH作為TCA循環(huán)的反應(yīng)底物，如果GABA代謝旁路受阻則會(huì)削弱線粒體的呼吸作用，從而導(dǎo)致活性氧大量積累［14］。 夏慶平等［30］等研究發(fā)現(xiàn)低氧脅迫導(dǎo)致甜瓜幼苗光合作用顯著下降，而外源GABA能顯著提高低氧脅迫下甜瓜幼苗的光合速率、氣孔導(dǎo)度等，該研究為尋找緩解作物無(wú)土栽培中低氧脅迫傷害的有效措施提供理論依據(jù)。

2.2 生物脅迫

γ?氨基丁酸（GABA）的富集直接或間接參與到植物抗生物脅迫的過程中。

2.2.1 γ?氨基丁酸影響昆蟲的攝食行為 昆蟲體內(nèi)GABA是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，植食性昆蟲（phytophagous insect）的取食活動(dòng)對(duì)植物葉子的機(jī)械刺激和破壞可以誘導(dǎo)GABA的大量合成，而積累的GABA反作用于昆蟲后會(huì)影響昆蟲的攝食習(xí)性。 Ramputh和 Bown［31］研究發(fā)現(xiàn)，GABA 含量在 1.6～2.6 μmol／g·FW 范圍內(nèi)就可以減少幼蟲的生長(zhǎng)率、發(fā)育率和存活率。幼蟲活動(dòng)對(duì)大豆葉子的機(jī)械破壞作用在2 min內(nèi)可使葉中GABA含量增加10～20倍，達(dá)到2μmol／g。這個(gè)含量足以抵制幼蟲的發(fā)育。被昆蟲取食而攝入害蟲體內(nèi)的GABA會(huì)直接作用于昆蟲神經(jīng)肌肉接合處，抑制昆蟲的神經(jīng)中樞傳導(dǎo)過程，抑制害蟲的生長(zhǎng)和發(fā)育從而達(dá)到減輕蟲害的目的［8］。此外，昆蟲攝入體內(nèi)的GABA通過結(jié)合其離子受體，快速激活相應(yīng)的Cl－離子通道，造成細(xì)胞質(zhì)膜產(chǎn)生超極性化，以阻止可能發(fā)生的取食行為［32］。植物組織快速積累的GABA可以影響植食性昆蟲的攝食習(xí)性，可能是植物的一種自我保護(hù)機(jī)制［32］。當(dāng)植物遭受蟲害侵襲時(shí)，一方面植物體內(nèi)會(huì)快速積累大量的GABA，另一方面，植物由于昆蟲取食也會(huì)誘發(fā)取食部位的GABA大量積累，導(dǎo)致植物細(xì)胞胞質(zhì)酸化，從而阻止昆蟲進(jìn)一步取食。在實(shí)際應(yīng)用中可以通過轉(zhuǎn)基因手段過表達(dá)GAD基因，提高GABA表達(dá)量，作為增強(qiáng)作物的抗病蟲能力的一種有效的防治策略［33］。

2.2.2 γ?氨基丁酸作為信號(hào)分子調(diào)控植物防御反應(yīng) Mirabella等［34］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植株遭到食草動(dòng)物、病原菌的侵襲或受傷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種六碳乙醇、乙醛和酯的混合物，稱作C6?揮發(fā)物。未受傷的植株當(dāng)接觸到C6?揮發(fā)物時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)與防御相關(guān)的基因和次生代謝物作出相應(yīng)的反應(yīng)，表明C6?揮發(fā)物可以作為信號(hào)分子調(diào)控植物的防御反應(yīng)。 用C6?揮發(fā)物E?2?己烯醛處理會(huì)誘導(dǎo) GABA的積累，而高濃度的GABA又會(huì)賦予植株對(duì)E?2?己烯醛產(chǎn)生抗性，說明GABA可能在介導(dǎo)E?2?己烯醛反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。Park等［35］研究發(fā)現(xiàn)，GABA可能在假單胞菌與植物互作的過程中具有多重功能，通過提高含量增強(qiáng)植株的抗病能力。

3 γ?氨基丁酸代謝旁路在逆境脅迫中的分子作用機(jī)制

3.1 γ?氨基丁酸合成相關(guān)的基因及功能

GABA合成與代謝途徑簡(jiǎn)單、進(jìn)行遺傳操作方便，因此，在諸多抗逆性研究中GABA代謝旁路被看作是最有希望的與脅迫抗性相關(guān)的代謝途徑之一，得到了廣泛研究，尤其是GAD基因，它是GABA合成的關(guān)鍵酶基因。目前，GAD基因已先后在擬南芥［8］、 水稻［33］、 番茄［11］、 人參［36］和玉米［37］中得到分離和鑒定。已鑒定出GAD有多種同源基因，這些同源基因能夠在不同組織、不同發(fā)育時(shí)期特異性地表達(dá)，由此導(dǎo)致不同植物品種、不同組織、不同發(fā)育時(shí)期、不同逆境脅迫下GABA積累機(jī)制均有所不同，因而呈現(xiàn)出抗逆性的差異［13，38，39］。 植物中 GABA 含量呈現(xiàn)脅迫特異性積累模式，表明GABA在減緩脅迫方面發(fā)揮著重要的生理學(xué)作用，但GABA積累在逆境脅迫作用中的具體功能目前尚不清楚。

3.2 γ?氨基丁酸分解相關(guān)的基因及功能

就目前而言，GABA代謝旁路中研究比較多的是GAD基因，而對(duì)涉及GABA分解代謝的γ?氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶（GABA?T）和琥珀酸半醛脫氫酶（SSADH）基因的研究相對(duì)較少。近年來分別在擬南芥、水稻、番茄等作物中克隆鑒定出不同類型的GABA?T，研究發(fā)現(xiàn)這些基因雖然同源性很高，但基因表達(dá)呈現(xiàn)出發(fā)育和組織器官的特異性，亞細(xì)胞分布也具有多樣性［9，40］。已有的研究表明，GABA?T在逆境脅迫中發(fā)揮著重要的作用：Fait等［14］研究發(fā)現(xiàn) GABA?T 抑制劑 γ?乙烯基?γ?氨基丁酸（VGB）可抑制GABA分解代謝，使其含量大幅度提高進(jìn)而抑制活性氧（ROS）的積累。Kim等［41］研究發(fā)現(xiàn)在NaCl脅迫下，水稻幼苗體內(nèi)與抗氧化相關(guān)的基因表達(dá)量上調(diào)，可溶性物質(zhì)脯氨酸和GABA含量顯著增加，GABA?T基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)上調(diào)。但是GABA?T基因的表達(dá)與GABA的積累和鹽脅迫響應(yīng)之間存在什么樣的關(guān)聯(lián)尚不清楚。

植物在低氧脅迫時(shí)其體內(nèi)會(huì)大量積累GABA，同時(shí)丙氨酸含量也顯著提高，而研究發(fā)現(xiàn)擬南芥的谷氨酸脫羧酶突變體gad1和GABA轉(zhuǎn)氨酶突變體gaba?t1中，不僅GABA合成受到影響，丙氨酸的合成也受到gaba?t1同時(shí)抑制，說明GABA代謝旁路影響著低氧脅迫時(shí)丙氨酸的代謝，也進(jìn)一步說明植物在逆境條件下以GABA為碳和氮儲(chǔ)存庫(kù)是一種重要的適應(yīng)機(jī)制［42］。Mira?bella等［34］研究證實(shí) GABA?T基因的突變會(huì)導(dǎo)致GABA代謝受阻，造成GABA的積累，而高水平的GABA可能在介導(dǎo)E?2?己烯醛誘導(dǎo)與防御相關(guān)的基因和次生代謝物反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。Simpson 等［43］研究發(fā)現(xiàn) GABA?T 在擬南芥遭受冷脅迫時(shí)有限制GABA分解代謝的功能，而在NaCl脅迫響應(yīng)過程中GABA代謝整體呈上調(diào)趨勢(shì)，尤其是GABA?T在其中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，作為GABA代謝反應(yīng)的第一步酶，GABA?T對(duì)NaCl最為敏感，該步驟的損傷會(huì)降低植株的耐鹽性，表明GABA的積累可能是擬南芥耐鹽性的一個(gè)決定因素［18］。因此通過基因工程技術(shù)培育過表達(dá)GABA?T的轉(zhuǎn)基因植株或篩選具有GABA?T高活性的植株可以作為提高作物抗逆境脅迫的一種策略。

Busch和Fromm［44］首次從擬南芥中克隆出琥珀酸半醛脫氫酶（SSADH）基因，該基因的缺失突變導(dǎo)致植株對(duì)光和熱等環(huán)境脅迫很敏感，其體內(nèi)活性氧中間體（ROIs）含量增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于野生型，表現(xiàn)出炭疽病、植物矮化以及對(duì)脅迫環(huán)境超敏感等特征，致使細(xì)胞加速凋亡［8］。對(duì)擬南芥的研究還發(fā)現(xiàn)，脅迫條件下ssadh基因突變會(huì)導(dǎo)致一種GABA 異 構(gòu) 體 γ?羥 基 丁 酸 （ γ?hydroxybutyrate，GHB）的含量增加 5 倍，而用外源 γ?乙烯基?γ?氨基丁酸（γ?氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶專一性抑制劑）處理突變體后，ROIs和GHB的積累受到影響，說明GABA代謝旁路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)能夠抑制ROIs的積累，分析原因可能在于GABA代謝旁路為TCA循環(huán)提供琥珀酸和NADH等反應(yīng)底物，如GABA代謝旁路受阻則會(huì)削弱線粒體中呼吸作用正常運(yùn)行，H2O2自由基的清除能力減弱，從而導(dǎo)致ROIs大量積累［14］。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，ssadh缺失突變體出現(xiàn)氧化脅迫和生長(zhǎng)延遲與TCA循環(huán)中琥珀酸和NADH的供應(yīng)不足無(wú)關(guān)，而可能在一定程度上是由于GABA?T轉(zhuǎn)氨作用產(chǎn)生的SSA對(duì)細(xì)胞有毒性，導(dǎo)致ROIs含量較高和植株生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制［45］。以上研究結(jié)果表明SSADH是植物體內(nèi)控制ROIs含量所必需的，可以減少脅迫條件下ROIs對(duì)植物造成的傷害。

4 GABA的信號(hào)調(diào)控作用

植物在逆境脅迫下會(huì)應(yīng)激合成大量的GABA，因此有學(xué)者推測(cè)GABA可能作為一種信號(hào)分子在逆境脅迫中發(fā)揮作用。在動(dòng)物體中已經(jīng)鑒定出三種類型的 GABA受體：即 GABAA、GABAB和GABAC，其中 GABAB是 G蛋白偶聯(lián)受體。GABA是通過與這三種受體結(jié)合發(fā)揮作用的［46］。迄今為止尚未在植物體內(nèi)鑒定出與動(dòng)物體中類似的GABA受體，但是已有研究發(fā)現(xiàn)GABA可能是通過與植物體中已知的谷氨酸受體結(jié)合發(fā)揮作用。而這個(gè)谷氨酸受體的調(diào)節(jié)區(qū)域與動(dòng)物體中的GABAB受體結(jié)構(gòu)相似［47］。植物體中谷氨酸受體主要參與谷氨酸信號(hào)及鈣信號(hào)的傳導(dǎo)過程，由此推測(cè)GABA可能在植物體中起信號(hào)分子的作用［8］。研究發(fā)現(xiàn)不同濃度梯度的GABA可能作為信號(hào)分子引導(dǎo)花粉管的伸長(zhǎng)［48］。施加外源GABA能夠促進(jìn)蕓苔屬植物根系對(duì)土壤環(huán)境中硝酸鹽的吸收利用，表明GABA可能作為長(zhǎng)距離信號(hào)傳導(dǎo)物質(zhì)在植物體中起關(guān)鍵性的作用［49］。 Mohammad 等［50］研究表明在水稻葉片的程序性凋亡過程中，一種依賴于GABA的丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶起正調(diào)控作用。擬南芥中研究發(fā)現(xiàn)可以通過ABA和乙烯等信號(hào)分子的作用途徑調(diào)節(jié)GABA含量水平，并進(jìn)一步調(diào)控編碼膜蛋白的14?3?3基因的表達(dá)［22］。 Shi等［51］研究發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下添加外源GABA處理中間錦雞兒根部能夠激活其體內(nèi)多重應(yīng)答機(jī)制，主要包括信號(hào)傳遞、蛋白質(zhì)降解調(diào)控、激素合成、活性氧ROS的形成、多胺代謝以及其它代謝機(jī)制，進(jìn)一步說明GABA可能作為一種信號(hào)分子，參與植物體內(nèi)與鹽脅迫相關(guān)的基因的表達(dá)調(diào)控。但是植物體內(nèi)是否存在GABA受體及GABA如何發(fā)揮信號(hào)傳導(dǎo)作用的分子機(jī)理有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 展望

近年來，關(guān)于GABA在植物體中的生理作用尤其是在逆境脅迫中的作用研究引起了越來越多的關(guān)注，并取得了許多突破性進(jìn)展。已有的研究表明逆境脅迫下GABA在碳氮源代謝、蛋白質(zhì)降解調(diào)控、激素合成、活性氧形成、多胺代謝、信號(hào)傳遞以及與其它代謝機(jī)制互作參與植物體內(nèi)與逆境脅迫相關(guān)的基因的表達(dá)調(diào)控等方面發(fā)揮重要的作用，但是各種逆境脅迫中引起GABA積累的確切生理意義及其分子調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。GABA在高等植物體內(nèi)含量水平的調(diào)節(jié)以及關(guān)于GABA啟動(dòng)的信號(hào)傳導(dǎo)、GABA在胞內(nèi)和胞間的運(yùn)輸?shù)?，仍需在生化和分子水平上?duì)GABA代謝途徑關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵基因分離和功能鑒定等進(jìn)行深入的研究。

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