综述：木本与多年生园艺植物中C2H2锌指转录因子在生长调控和胁迫适应中的多样化功能

《Horticultural Plant Journal》：Diverse Functions of C2H2 Zinc-Finger Transcription Factors in Growth Regulation and Stress Adaptation in Woody and Perennial Horticultural Plants

本综述系统总结了C2H2锌指蛋白（C2H2-ZFPs）在木本与园艺植物中的结构多样性及其多功能调控网络，重点阐释其在生长发育（如果实成熟、次生生长）、非生物胁迫（如干旱、盐、低温）及生物胁迫响应中的核心作用，为分子育种和抗逆改良提供关键理论依据。

　　

2.1.2. 转录调控结构域

C2H2-ZFPs具备转录激活与抑制的双重调控能力。其激活域尚未完全明确，但研究表明应激响应型C2H2-ZFPs常含有一段位于核定位信号（NLS）与L-box之间的脯氨酸富集区，可能通过与基础转录机器互行发挥激活功能。另一方面，植物进化出了专门的抑制模块——乙烯响应元件结合因子相关两亲性抑制（EAR）基序（^L/_FDLN^L/_F(x)P），该基序通过两种途径实现转录抑制：一是招募TOPLESS/TOPLESS-RELATED（TPL/TPR）共抑制子，借助组蛋白去乙酰化酶（HDAC）促进染色质压缩；二是竞争性取代启动子结合位点上的转录激活子。这种功能上的二元性使C2H2-ZFPs能够设定精确的转录阈值，尤其在需要快速基因诱导及信号衰减的胁迫响应中至关重要。

2.2. C2H2-ZFPs的分类

C2H2-ZFPs依据锌指结构的多重性与空间排布可分为四类：单C2H2型、三连C2H2型（tC2H2）、多重相邻C2H2型（maC2H2）以及分离成对C2H2型（spC2H2）。功能分类面临诸多挑战，包括基因多效性（如单一C2H2-ZFP调控多种生物学过程）、环境依赖性（如调控输出因细胞区域和胁迫状态而异）以及进化新功能化（如结构同源物获得物种特异性功能）。系统发育分析显示，maC2H2与spC2H2亚家族在木本植物中存在谱系特异性扩张，表明它们在多年生生长习性中具有更复杂的调控功能。

3. 木本与园艺物种中C2H2-ZFP的生物学功能

C2H2-ZFPs的结构多样性奠定了其在木本植物关键生物学过程中的多面手角色。作为连接分子结构与生理结果的核心调控因子，它们通过三大机制协调生长-防御平衡：发育可塑性（次生木质部分化、休眠循环与器官发生）、胁迫韧性（非生物挑战与病原防御）及激素整合。

3.1. 生长与发育

3.1.1. 器官形态发生与发育调控

C2H2-ZFPs在木本物种器官模式建成中发挥保守且特异的作用。例如，杨树‘84K’中的PagSUPa通过抑制质体定位驱动蛋白PagPOK1/2延长表皮细胞增殖，从而调节叶片发育。苹果中的MdSUP11过表达则通过干扰植物激素（如生长素、细胞分裂素和脱落酸）水平导致矮化及花器官异常。此外，苹果MdZAT10通过与MdABI5协同激活衰老相关基因（如MdNYC1、MdNYE1）正调控叶片衰老，而茉莉酸响应蛋白MdBT2可通过泛素化降解MdZAT10，从而平衡衰老进程。

3.1.2. 次生生长与木材形成

木材形成是木本植物的标志性生物学过程，涉及纤维素、半纤维素和木质素等次生细胞壁（SCW）组分的动态生物合成与沉积以实现径向增粗。杨树‘84K’中的PagIDD15A作为SCW增厚的关键调节因子，RNA干扰抑制其表达会损害木质部发育和SCW沉积，并下调木质素生物合成基因（PagPAL1、PagCCR2、PagCCoAOMT1）及转录调节因子（PagVND6-B2、PagMYB10）的表达。同时，PagIDD15A还通过细胞增殖基因（PagSHR、PagSCR、PagCYCD3;1）调控形成层活动。

3.1.3. 生殖发育与果实品质调控

C2H2-ZFPs在木本植物生殖生物学及果实成熟中发挥协调作用。柑橘CitZAT4通过乙烯信号激活，直接上调CitPSY表达并抑制CitLCYE，促进β-胡萝卜素积累，从而调控果皮橙色着色。苹果MdZFP7则整合JA和GA信号，通过激活MdMYB1和增强MdWRKY6表达正调控花青素生物合成。在胚胎发生方面，柑橘CsZFP7调控珠心胚现象（一种无性繁殖形式），其表达量降低会增加单胚种子形成。

3.2. 非生物胁迫响应

除了生长发育调控，C2H2-ZFPs在木本植物胁迫适应中充当关键调节因子，协调转录重编程、氧化还原稳态和激素信号以应对干旱、盐碱和极端温度。

3.2.1. 干旱胁迫

木本植物通过增强根系发育、调节气孔关闭以及产生保护性化合物（如渗透调节物）来应对干旱胁迫。C2H2-ZFPs在此过程中发挥核心作用。例如，霸王ZxZF在杨树中通过保护光系统II、激活活性氧（ROS）清除及维持膜完整性来维持干旱条件下的光合功能。苹果MdZAT5通过直接结合干旱响应基因（如MdRHA2a、MdLEA14）启动子激活其表达，并与MdHYL1互作调节干旱响应microRNA的生物发生，从而正调控根发育和水力导度。

3.2.2. 盐胁迫

盐胁迫导致离子毒害和渗透失衡，植物通过调节盐离子积累与代谢维持细胞功能和水平衡。苹果MdZAT17通过促进ROS清除和增加花青素积累增强拟南芥的耐盐性。木豆MpZFP1在拟南芥中异源表达可通过上调胁迫相关基因（如RD22、RD29A）的表达和减少ROS积累提高耐盐性。白桦BpSZA1则通过直接调节ROS清除基因（如BpAPX1、BpAPX2、BpCAT、BpSOD2、Bp6PGDH）表达、影响ABA生物合成及促进脯氨酸生物合成增强耐盐性。

3.2.3. 冷胁迫

多年生树木需适应季节性温度波动以维持生命力。桃PpZAT10通过增强液泡转化酶（VIN）活性负调控桃的抗冷性，导致蔗糖水解增加并加剧冷害。胡杨PeSTZ1通过直接调节APX2表达增强ROS清除能力，从而提高杨树的抗冻性。枳PtrZAT12是CBF1的直接靶标，其过表达可通过促进ROS清除增强烟草的耐冷性。

3.2.4. 渗透胁迫

渗透胁迫破坏植物细胞渗透平衡，引起水分失衡、代谢紊乱和氧化损伤。苹果砧木SH6中的MhZAT10通过结合抗氧化酶基因（MhMSD1、MhAPX3a、MhCAT1）启动子激活其转录，增强ROS清除能力。银白杨OSIC1在盐、干旱和ABA诱导下表达，通过OSIC1-PalCuAOζ模块促进气孔关闭以减少水分流失。杨树PtrC2H2.2-6则通过影响干旱和细胞壁相关基因的表达正调控渗透胁迫响应。

3.2.5. 多重胁迫效应

木本植物常同时面临多种非生物胁迫，需要复杂的调控机制以适应环境变化。河南海棠MhZAT10通过MhDREB2A-MhZAT10模块协同感知并响应干旱与冷胁迫，调控干旱响应基因WRKY31和冷响应基因MYB88、MYB124的表达，从而诱导DRR和COR基因表达。枳PtrZPT2-1通过提高ABA生物合成水平，促进脯氨酸积累并增强转基因烟草的胁迫抗性。

3.2.6. 其他非生物胁迫

除常见胁迫外，木本植物还受光和机械力等胁迫影响。红梨PpZAT5作为转录抑制子直接结合光诱导花青素生物合成关键因子PpBBX18的CAAT基序抑制其表达，而光通过抑制PpZAT5表达促进花青素生物合成。苹果MdZAT5在高光条件下正调控花青素积累。在机械胁迫方面，杨树PtaZFP2通过负调控相关分子响应参与植物对机械胁迫的适应，胡桃Jr-ZFP2则参与机械感知通路的早期阶段。

3.3. 生物胁迫响应

木本植物相较于草本物种表现出独特的生物胁迫响应机制，其多年生习性和复杂解剖结构塑造了这些机制。尽管C2H2-ZFPs在非生物胁迫响应中的作用已有充分记载，但它们在木本植物-病原互作中的功能仍待深入研究。

在草本植物中，C2H2家族成员（如马铃薯StZFP2和辣椒CaZFP1）在昆虫和病原菌防御中发挥重要作用。在木本和园艺植物中，苹果MdZFP17可能作为转录抑制子参与苹果在病原感染中的免疫响应；葡萄VvZFP11通过抑制病原产生的抑制物激活植物防御响应，正调控对白粉病的抗性；番木瓜在接种番木瓜环斑病毒（PRSV）后，ZF_30,912.1等的表达显著上调。在木材物种方面，甲虫危害可诱导毛果杨29个C2H2-ZFP基因上调表达；马尾松PmC2H2-24受线虫感染诱导，表明C2H2-ZFP转录因子可能在木本植物应对病虫害胁迫中发挥作用。

4. 结论

总而言之，C2H2-ZFPs是木本植物生理中的关键调控因子。其独特的结构特征（包括特化DNA结合域和多样调控元件）为多功能性奠定了基础。功能上，C2H2-ZFPs在木本植物的多种生长和发育过程（如木材形成、叶和花发育、果实品质）中发挥重要作用，并在介导非生物胁迫（如干旱、盐、冷）和生物胁迫（病原和食草昆虫）响应中必不可少。

尽管对其作用机制的认识已有所扩展，但目前研究仍存在一些局限，尤其是调控网络内互作的复杂性以及转录后和翻译后修饰的影响仍需深入探索。此外，木本植物生长周期长、基因组结构复杂的特点也给研究带来额外挑战。

未来，随着基因编辑工具和合成生物学技术的持续发展与运用，有望进一步阐明C2H2-ZFPs在木本物种中的功能与机制。这些进展将促进对植物生长、发育和环境胁迫响应分子过程的更全面理解，最终为木本植物的遗传改良与育种提供坚实理论基础，增强其抗逆性和经济价值。