摘要：Bax inhibitor-1（BI-1）是调控内质网胁迫（endoplasmic reticulum stress， ER stress）介導的细胞死亡的关键因子，在植物耐逆中具有重要作用。目前，棉花BI-1（GhBI-1）的耐逆功能及其调控细胞死亡的相关报道较少。在本研究中，采用ER stress专一性诱导毒素——衣霉素（tunicamycin，TM）对棉花幼苗进行胁迫处理，实时定量PCR结果表明，GhBI-1的TM诱导表达具有组织特异性，根GhBI-1对TM的响应更加强烈。通过TM抗性试验及细胞死亡的分析发现，GhBI-1的表达提高了拟南芥的TM抗性，减缓了ER stress介导的细胞死亡。此外，未折叠蛋白反应信号通路中的bZip60转录因子基因的表达受GhBI-1的调控。
关键词：Bax inhibitor-1；内质网胁迫；细胞死亡；棉花；拟南芥；衣霉素
中图分类号：S562.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）05-0001-06
Abstract Bax inhibitor-1 （BI-1） regulates cell death mediated by endoplasmic reticulum stress （ER stress）， and plays important roles in plant stress tolerance. Up to now， the role of cotton BI-1 （GhBI-1） involved in stress tolerance and cell death remain largely unknown. In the present study， we characterized the expression patterns of GhBI-1 under ER stress conditions induced by tunicamycin（TM）. The results of real-time quantitative PCRs showed that the inducible expression pattern of GhBI-1 was tissue specific. The expression of GhBI-1 in roots is stronger compared with in leaves under ER stress conditions. The overexpression of GhBI-1 increased the TM resistance of transgenic Arabidopsis and delayed cell death mediated by ER stress. The analysis of the expression of bZip60 involved in unfolded protein response showed that GhBI-1 activated the avtivity of bZip60 and improved cell tolerance to ER stress.
Keywords Bax inhibitor-1； Endoplasmic reticulum stress； Cell death； Cotton； Arabidopsis； Tunicamycin
内质网是膜蛋白和分泌蛋白合成新肽链及进行新肽链初步折叠的重要场所。许多不利的环境和生理条件都会干扰内质网腔内蛋白的正常折叠，导致未折叠和错误折叠蛋白在内质网内累积，造成内质网胁迫（endoplasmic reticulum stress， ER stress）[1]。在短期且较温和的ER stress胁迫下，未折叠蛋白反应（unfolded protein response， UPR）调控下游分子伴侣及胁迫基因的表达，恢复未折叠蛋白进行正确折叠，恢复内质网的动态平衡；而在持续且强烈的ER stress胁迫下，UPR触发“死亡信号”，使细胞不可逆地发生程序性细胞死亡（programmed cell death， PCD）[2-4]。PCD是高度保守的受基因控制的重要细胞事件，参与真核细胞的发育、胁迫应答等过程[5]。PCD的发生需要极其精细的调控，在众多的调控因子中，Bax inhibitor-1（BI-1）是抑制细胞死亡发生的关键因子[6]。
BI-1是动植物及真菌中普遍存在且高度保守的细胞死亡抑制因子之一。Xu等最早从人cDNA文库中分离出BI-1基因，BI-1的表达能够阻断由鼠Bax诱发的细胞死亡[7]。在肿瘤细胞系中，过表达人BI-1能够增强细胞对胁迫刺激的耐受性；相反，降低BI-1的表达加速细胞死亡。动物细胞中BI-1调控PCD的机制已解析的比较清楚，在ER stress发生时，BI-1受UPR信号支路IRE1a的调控表达，通过其C末端尾及跨膜区形成离子通道，调节内质网中驻留的Ca2+信号的流动，从而抑制死亡，促进细胞生存[8-10]。
与动物BI-1的研究相比，植物BI-1的研究相对滞后，但进展迅速。目前，已从大麦、辣椒、水稻、拟南芥等植物中分离出BI-1同源基因[11-14]。植物BI-1在不同的组织（叶片、根、茎、花、果实等）中都有表达；在ER stress专一性诱导剂——衣霉素（tunicamycin，TM）诱导下高水平表达，说明植物BI-1可能在缓解ER stress造成的危害中具有重要功能[3]。植物BI-1还具有与动物类似的跨膜结构域，暗示其可能具有与动物BI-1相似的功能，也参与了ER stress诱发的细胞死亡的调控[14，15]。Watanabe等对拟南芥BI-1基因（AtBI-1）缺失的拟南芥突变体（atbi1-1，T-DNA插入敲除突变体）的研究拓宽了人们对BI-1调控ER stress介导的细胞死亡的认识。AtBI-1的缺失使atbi1-1对ER stress更加敏感，加速了PCD的发生；而过表达AtBI-1提高了拟南芥对ER stress的耐受能力，ER stress介导的PCD相应延迟[3]。此外，缺失C端的AtBI-1蛋白不具备调节细胞死亡的功能，说明其带有成簇电荷的C末端是其正常行使功能所必需的结构[8]。