综述：植物B-BOX蛋白（BBXs）转录因子的综合评述：生长、发育、非生物胁迫响应及植物激素信号

本综述系统总结了B-BOX（BBX）转录因子在植物光形态建成、开花时间调控、昼夜节律、衰老以及非生物胁迫（如干旱、盐、冷、热）响应中的多重功能，重点揭示了BBX通过与HY5、COP1、PIFs等关键蛋白互作，并结合G-box等启动子元件调控下游基因表达的分子机制，为作物抗逆育种和生长发育调控提供了重要理论依据。

　　

1. 引言

锌指转录因子（TFs）在植物生长、发育及生物与非生物胁迫响应中扮演关键角色。B-BOX蛋白（BBXs）作为锌指TFs家族的重要成员，因其多功能性近年来受到广泛关注。BBXs蛋白通常在其N端含有一个或两个B-box结构域，部分成员C端还包含一个高度保守的CCT（CONSTANS, CO-like, TOC1）结构域。B-box结构域对于CO多聚体形成及其与FLOWERING LOCUS T（FT）启动子的高亲和力结合至关重要，而缺乏CCT结构域的CO剪接变体可通过与全长CO互作促进其降解。

目前，已在多种植物中鉴定出BBX家族成员。拟南芥（Arabidopsis thaliana）中存在32个BBX蛋白，根据B-box结构域数量和CCT结构域的有无可分为5组。其他物种如小麦（Triticum aestivum）、苹果（Malus domestica）、烟草（Nicotiana tabacum）、大豆（Glycine max）、玉米（Zea mays）、番茄（Solanum lycopersicum）和马铃薯（Solanum tuberosum）中也分别鉴定出不同数量的BBX成员。全球气候变化加剧了干旱、温度和盐害等环境胁迫的影响，过去二十年的研究表明BBXs不仅参与植物生长发育调控，还在环境胁迫响应中发挥重要作用。

2. BBX在植物生长发育中的作用

2.1. BBX TFs在光形态建成中的作用

COP1（CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1）和HY5（ELONGATED HYPOCOTYL 5）是植物光信号通路中的两个主要调控因子。在黑暗中，COP1负调控BBX蛋白的丰度；在光下，HY5通过结合BBX11启动子的G-box元件抑制下胚轴生长。PIF3（PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 3）能直接结合BBX11启动子，抑制PIF4表达，从而促进光形态建成。

BBX21与HY5通过结合启动子区域相互调控。COP1靶向BBX21和BBX22导致其降解。拟南芥bbx20、bbx21、bbx22突变体表现出下胚轴生长抑制和光保护色素积累。BBX21和BBX21^P314L通过与COP1C340（COP1C端WD40结构域）、HY5和UVR8（UV RESISTANCE LOCUS8）互作抑制COP1活性。BBX20、BBX24和BBX25通过与HY5或COP1形成无活性的异源二聚体，负调控BBX22表达。

其他蛋白也参与这一过程：BBX20与COP1和HY5互作，BZS1/BBX20正调控HY5表达，而HY5负调控BZS1水平，形成反馈回路。STH3/BBX22作为正调控因子与HY5和COP1协同作用。PIF家族成员的功能与BBXs表达相关，例如BBX19通过募集ELF3（EARLY FLOWERING 3）和COP1依赖性降解，减少ELF3池，形成 evening complexes，允许PIF4和PIF5表达，促进下胚轴生长。HY5与BBX23互作，PIF3和PIF1结合HY5-BBX23并提高其表达。

BBX29与COP1互作并在黑暗中经历COP1介导的降解。BBX28和BBX29与HY5互作抑制其生化活性。HY5通过结合其G-box基序负调控BBX30和BBX31，而BBX30和BBX31又与BBX28和BBX29启动子结合并正调控其表达。HY5依赖UVR8激活BBX31转录。BBX32与BZR1互作促进子叶闭合，与PIF3互作促进子叶展开，与PIF1互作促进种子萌发。BBX16在叶绿体损伤后通过GUN1/GOLDEN2-LIKE 1（GLK1）抑制光形态建成。

在其他植物中，番茄SlBBX20和SlBBX21与SlHY5互作增强UV-B耐受性，两者结合SlHY5启动子G-box增强其转录。NHCC（Brassica campestris ssp. Chinensis）中BcBBX24与BcHY5互作，通过结合BcHY5启动子G-box抑制其转录活性。水稻OsBBX14与OsCRY2（CRYPTOCHROMES 2）结合HY5L1启动子T/G-box元件，在蓝光条件下促进光形态建成。苹果中MdBBX22受UV-B特异性诱导，MdBT2作为负调控因子与MdBBX22互作并通过26S蛋白酶体途径降解MdBBX22。

2.2. BBX TFs在花青素生物合成与积累中的作用

BBXs通过直接或间接结合G-box、CAAT等启动子元件调控花青素生物合成。在苹果中，MdBBX22直接结合mdm-miR858启动子G-box抑制原花青素（PAs）积累，间接增强花青素合成。MdPIF7与MdBBX23互作导致MdBBX23-MdHY5调控级联释放，促进花青素积累。MdBBX1与MdMYB10和MdbHLH3协同激活DFR（DIHYDROFLAVONOL 4-REDUCASE）启动子。

在Malus pumila中，MdBBX37与MdMYB1和MdMYB9互作负调控花青素生物合成，抑制MdDFR、MdUF3GT和MdANS活性。MdBBX21靶向MdHY5、MdBBX20和MdBBX22启动子G-box诱导表达，MdHY5激活MdBBX21并共同增强MdMYB1启动子活性。MdBBX20和MdCOL1作为正调控因子参与UV-B和温度诱导的花青素生物合成。UV-B降低MdCOL4表达，而高温促进其表达，MdBBX22在UV-B下诱导花青素生物合成。

桃（Prunus persica）中PpHYH与PpBBX4激活PpMYB10转录，导致果皮红色色素沉着。红梨（Pyrus pyrifolia Nakai）中PpBBX16和PpBBX18与PpHY5互作结合PpMYB10的CACGTC（G-box2）激活其表达，而PpBBX21与PpHY5互作阻碍PpBBX18与PpHY5互作，最终抑制花青素生物合成。PpZAT5通过结合PpBBX18启动子CAAT基序抑制其表达。PyBBX24^ΔN14与PyHY5互作直接激活PyUFGT、PyGA2ox8和PyMYB10转录。

葡萄风信子（Muscari spp.）中MaBBX20和MaBBX51与MaHY5互作促进本氏烟叶片花青素生物合成，而MaBBX51抑制花青素相关基因MaMybA和MaDFR转录。水稻OsBBX14与OsHY5互作直接激活OsC1或OsB2，协同诱导花青素生物合成。番茄SlBBX20通过结合花青素生物合成基因SlDFR启动子G-box1（AACGTG）促进花青素生物合成，并与SlCSN5-2互作使SlCSN5-2增强SlBBX20泛素化。草莓（Fragaria × ananassa）中FaBBX22与FaHY5互作在花青素积累中起重要作用，FaMYB5与FaBBX24互作。

最新研究发现蓝光下FaCRY1-FaCOP1-FaHY5调控栽培草莓花青素积累，过表达FaHY5-VP16和FaBBX22促进花青素积累。PavBBX6和PavBBX9结合PavUFGT的CACGTG（G-box）调控其表达。在高光下，毛果杨（Populus trichocarpa）正转录因子PtrBBX23与HY5互作，直接结合CHS4、F3H3、MYB115和MYB119启动子G-box激活其转录。花青素积累的下游SMAX1/2也依赖HY5-BBX20-COP1模块。

2.3. BBX TFs在遮荫响应中的作用

BBX基因参与植物遮荫响应。BBX16/COL7在遮荫响应中发挥作用。短期冠层遮荫下，LHUS/BBX21作为避荫综合征（SAS）基因的正调控因子。早期或间歇性遮荫响应有利于DELLA和BBX24之间的可逆蛋白互作，BBX24和JA信号抑制子JAZ3（JASMONATE ZIM-DOMAIN 3）共同调控DELLA活性。BBX25和BBX24以加性方式调控脱盐过程和下胚轴避荫反应。BBX28在COP1信号中维持避荫反应。

玉米中DBB2与HY5互作抑制HY5对ZmGA2ox4的转录激活，对株高产生积极影响。DBB2结合PIF4，增强细胞伸长相关基因（如ZmEXPA1）的转录激活，在冠层遮荫条件下建立促进细胞伸长的正反馈循环。

2.4. BBX TFs在昼夜节律和生物钟中的作用

CO在生物钟和开花控制之间起作用。BBX19在白天表达，与PRRs（PSEUDO-RESPONSE REGULATORS）互作协调昼夜节律。过表达STO（BBX24）在长日（LD）和短日（SD）条件下均导致早花，并激活关键开花时间基因FLC（FLOWERING LOCUS C）和FT/SUPPRESSOR OF CONSTANS1（SOC1）表达。拟南芥生物钟在清晨调控BBX32表达。BrBBX32能够与BrAGL24互作，BrAGL24与BrSOC1互作。

水稻开花抑制子OsBBX14与生物钟互作，在长日条件下促进Hd1表达。OsBBX2与Hd1互作共同抑制Hd3a转录。BBX32改变大豆生物钟基因GmTOC1和GmLCL2（LHY-CCA1-LIKE2）转录水平，提高大豆籽粒产量。StZPR1结合生物钟控制基因StBBX24启动子的CAACAGCATC（CIRC）。

2.5. BBX TFs在开花中的作用

光是影响植物生长发育过程的最重要环境因素之一。CO通过激活FT和SOC1表达诱导开花。CmBBX7与CmBBX8互作，后者可分别与CmERF3（ETHYLENE‐RESPONSIVE‐ELEMENT BINDING PROTEIN 3）和CmRCD1互作。抑制CmBBX8转录活性干扰其与夏菊（Chrysanthemum morifolium）开花整合因子（CmFTL1）启动子CCACA（CORE）元件的结合。CmERF3和CmBBX5均与CmBBX8互作，通过不同机制抑制CmFTL1调控，有助于防止夏菊过早开花。CmBBX13可独立于光周期途径调控开花时间并延迟开花。

菊花（Chrysanthemum indicum）中CiBBX19与CiBBX5互作间接结合CiFTL3的G-box顺式元件（TACGTG）延迟开花。拟南芥中COL3/BBX4-BBX32通过结合FT启动子控制开花时间。长日条件下，BBX13和BBX17作为花转变的负调控因子与CO互作影响FT表达。BBX19通过与CO互作和消耗控制开花时间，最终通过调控SOC1抑制FT。BBX28N端保守半胱氨酸通过与CO和FT互作负调控拟南芥开花。

甜菜（Beta vulgaris）中BTC1（BOLTING TIME CONTROL 1）与BvBBX19互作调控下游靶点BvFT1和BvFT2。GLK1/2上调BBX14/15/16，与CO互作阻止CO结合FT启动子。草莓中FaBBX28c1转录活性响应蓝光降低，导致拟南芥开花时间延迟。蝴蝶兰（Phalaenopsis Aphrodite）中PaCOL1与关键生物钟相关调控因子AtCCA1和开花抑制子AtFLC互作，在短日条件下过表达PaCOL1显示早花。番茄SlBBX16和SlBBX17延长开花期。

2.6. BBX TFs在衰老中的作用

在衰老调控中，作为氮饥饿负调控因子，BBX14直接受PIF4和MYB44调控，可通过EIN3诱导衰老。RhPIF8–RhBBX28模块通过控制mtROS（活性氧）稳态调控玫瑰（Rosa hybrida）花朵衰老。SlBBX20稳定性受泛素化调控，是类胡萝卜素生物合成的关键调控因子。MdBBX37在JA、ABA和乙烯介导的苹果叶片衰老中发挥作用。

MdBBX22是ABA诱导叶片衰老的负调控因子。一方面，MdBBX22与MdABI5（ABA INSENSITIVE 5）互作抑制MdABI5对叶绿素降解基因MdNYE1和MdNYC1的转录活性；另一方面，MdBBX22与MdHY5互作干扰MdHY5对MdABI5的转录激活，从而抑制MdABI5表达。

3. BBX TFs在非生物胁迫中的作用

3.1. BBX TFs在干旱耐受中的作用

干旱是影响作物生产和产量的主要挑战之一。BBX基因可正或负调控植物干旱胁迫响应。甘薯（Ipomoea batatas）中IbBBX24和IbPRX17（PEROXIDASES 17）正调控干旱耐受。过表达IbTOE3（TARGET OF EARLY ACTIVATION TAGGED）通过清除过多ROS提高烟草植株干旱胁迫耐受性。IbBBX24与AP2蛋白IbTOE3互作增强IbBBX24通过结合其启动子GT-1激活IbPRX17转录的能力。

此外，IbBBX24结合IbJAZ10启动子并激活其转录，抑制IbMYC2转录。IbBBX24与IbJAZ10互作干扰IbJAZ10对IbMYC2的抑制，从而促进IbMYC2转录活性。野生番茄SpBBX18C端具有转录抑制活性，抑制APX1基因表达，导致栽培番茄不耐旱。

HRB2（HYPERSENSITIVE TO RED AND BLUE 2）增强BBX21表达并结合ABI5启动子T/G box，在植株经历周期性干旱时抑制ABA信号维持气体交换。异源表达AtBBX21可增强马铃薯（Solanum tuberosum）植株干旱耐受性。过表达AtBBX29增强甘蔗（Saccharum spp. hybrid）对中度干旱的耐受性并延迟衰老。CoBBX24通过延迟叶片衰老正调控拟南芥干旱耐受。

苹果中MdBBX7与MIEL1（MYB30-INTERACTING E3 LIGASE 1）互作，MdMIEL1被抑制导致MdBBX7积累。然后MdBBX7通过结合CCTTG或T/G box元件激活MdERF1、MdGLK1和MdERD15表达。蜡梅（Chimonanthus praecox）CpBBX19过表达也增强拟南芥干旱胁迫耐受性。

激素也参与调控过程：菊花（Chrysanthemum morifolium）中ABA积累可降低CmBBX19表达，从而解除CmABF3抑制并结合CmRAB18和CmRD29B的ABRE基序激活其表达。CmBBX22正调控拟南芥干旱胁迫耐受性，但损害萌发、幼苗生长并延迟叶片衰老。

3.2. BBX TFs在低温耐受中的作用

冷胁迫是影响植物生长、发育和地理分布的重要环境因素。MdBBX37结合MdCBF1（C-REPEAT BINDING FACTOR）和MdCBF4启动子的CACGTT（G-box3）和CACGTA（G-box2）元件，并与MdICE1（INDUCER OF CBF EXPRESSION 1）互作增强MdICE1在4°C下对MdCBF1的活性。MdJAZ1和MdJAZ2与MdBBX37互作也通过MdICE1干扰MdBBX37活性。相反，MdMIEL1通过介导MdBBX37泛素化降低其冷耐受性。表明MdBBX37是与JA介导的苹果（Malus hupehensis）冷胁迫抗性相关的正调控因子。

MdBBX20还与MdHY5互作显著增强MdMYB1启动子活性，在低温（14℃）下与MdbHLH3参与结合MdBBX20启动子的CCGAAA（LTR）。异源表达苹果MdCOL11基因增强转基因拟南芥冷耐受性（17℃）。

SlMPK1和SlMPK2（mitogen-activated protein kinases）磷酸化并与SlBBX17互作，增强与SlHY5的互作进而增强CBF介导的冷耐受性。过表达StBBX14增强马铃薯（Solanum tuberosum L.）冷耐受性。

杜鹃花（Rhododendron）中RhBBX24直接结合RhELIP3（EARLY LIGHT-INDUCED PROTEIN 3）启动子TACGTG（G-box1）抑制其表达。RhBBX24还可与RhHY5互作抑制RhHY5与RhELIP3的互作。BBX20被确定为扁桃（Prunus amygdalus）冷耐受潜在生物标志物。BBX28和BBX29影响拟南芥低温开花。HY5直接靶标BBX7和BBX8通过调控COR（COLD RESPONSIVE）基因表达主动调节冷冻抗性，HY5在4°C下结合BBX7和BBX8启动子的ACGT（ACE）元件。

3.3. BBX TFs在盐耐受中的作用

盐胁迫显著影响植物整体健康。ABIs负调控SNRK2（SNF1-associated protein kinase 2）蛋白，其中ABI5结合自身启动子G-box基序激活自身表达。BBX21（又称STH2，SALT TOLERANCE HOMOLOG 2）作为ABI5表达的负调控因子。AtCOL4蛋白通过ABA依赖性信号通路参与ABA和盐胁迫响应。

SlBBX20结合SlP5CR、SlHsp21.6A和SlHsp26.2基因启动子G-box元件，通过维持叶片光合能力、减少ROS积累、增加抗氧化酶活性和脯氨酸含量增强番茄（Solanum lycopersicum L.）盐耐受性。CpBBX19增强拟南芥盐耐受性。

在非模式植物中，银杏（Ginkgo biloba L.）BBX25过表达增强转基因杨树（Populus davidiana × Populus bolleana）盐耐受性。MsBBX24清除ROS，从而提高拟南芥盐耐受性。SsBBX24和StBBX24可增强茄属植物高盐耐受性。在不同植物物种中，BBX24也能增强盐耐受性。

3.4. BBX TFs在高温耐受中的作用

热胁迫（HS）可导致植物生长发育严重迟缓或 under other stress。苹果中MdHSF3b和MdHSF4a结合MdCOL4启动子HSE基序。MdCOL4与MdHY5互作抑制MdMYB表达，MdCOL4结合花青素生物合成相关基因（MdANS和MdUFGT）启动子G-box基序。

在热形态建成方面，BBX18和BBX23在高温（28℃）下均与ELF3（PIF4负调控因子）或COP1互作。BBX18与PRR5（PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 5）互作阻止PRR5抑制PIF4介导的高温响应。此外，BBXs可通过泛素化正响应高温。例如E3泛素（Ub）连接酶XBAT31（XB3 ORTHOLOG 1 IN ARABIDOPSIS THALIANA）互作、泛素化和降解ELF3，加速下胚轴伸长。BBX18也增强XBAT31介导的ELF3降解。

然而对于热胁迫，BBX18是耐热性（42-48℃）的负因子。ELF3-BBX24/BBX25-PIF4轴是响应温度信号控制植物生长发育的关键调控模块。GmCOL4通过结合GmSBH1的HSE基序与GmZTL1互作，增强种子在高温柔湿胁迫下的耐劣变性。番茄SlBBX17是正调控因子，而SlBBX31是耐热负调控因子。水稻OsBBX24受HS上调。

3.5. BBX TFs在高辐照和营养耐受中的作用

植物需要光作为光合作用底物，但过量辐照可能导致叶绿体类囊体膜损伤，尤其是光系统II（PSII）。高辐照下，AaBBX21过表达可改善马铃薯（Solanum tuberosum）形态和生理特性，提高光合速率。此外，BBX23过表达在毛果杨（Populus trichocarpa）强光照射下诱导表型增强。

BBXs还可响应营养胁迫如氮限制、磷缺乏、钾缺乏、NH₄⁺毒性。例如，人工miRNA（amiRNA）抑制显示BBX14在氮饥饿下加速衰老，表明BBX14是氮饥饿的负调控因子。

4. BBX TFs在植物激素信号及其他方面的作用

BBX响应植物激素信号。BBX28和BBX29与BEE1、BEE2和BEE3（BR-ENHANCED EXPRESSION）互作正调控BRASSINOSTEROID（BR）信号。SlBBX28通过促进生长素生产和信号传导导致下胚轴伸长和叶片扩张。IbBBX29可结合T/G-boxes，并与甘薯和拟南芥中IbAGL21和IbMYB308L蛋白互作。PavBBX6和PavBBX9也结合PavNCED1 CACGTG（G-box）调控其表达。

拟南芥中BBX30和BBX31通过抑制其降解并调控其活性促进ABA诱导的ABI5稳定性，促进ABI5靶基因表达。相反，ABI5直接结合BBX30和BBX31启动子促进其转录。

最近研究发现BBX32与WRI1（WRINKLED1）互作调控拟南芥种子油脂生物合成。番茄中SlBBX20可与SlRIN（RIPENING INHIBITOR）、SlPIF4和SlHY5互作，SlBBX20和SlHY5可结合类黄酮生物合成基因启动子。MdBBX25也是苹果贮藏期间果实软化的负调控因子。SlBBX26通过介导SlPIF4影响叶绿体超微结构和代谢，SlBBX26-SlPIF4同源二聚体也可触发果实成熟过程启动。此外，百合（Lilium pumilum）LpNAC48与LpBBX28互作直接结合LpGL3L启动子激活其表达，有助于毛状体形成。

5. 结论与未来展望

目前，许多学者对BBXs在光形态建成和幼苗生长方面进行了深入研究。除这些功能外，BBXs还参与介导响应光、激素和非生物胁迫的通路。由于BBXs在植物生长发育调控中的核心作用，深入研究BBXs将为不同作物物种产生理想农艺性状提供有利策略。

未来，通过CRISPR等基因编辑技术编辑大豆、小麦等作物基因，可获得更耐旱耐盐的品系。通过改进BBX基因的某些启动子，也可驱动抗逆基因表达。未来还需加强对蛋白修饰（如磷酸化、泛素化）的研究，全面了解BBX与其他转录因子的调控关系，探索BBX在非模式植物（特别是具有独特胁迫适应的植物）中的功能，以及在高辐照、营养耐受和复合胁迫场景中的全面作用，为植物BBX蛋白作用提供新见解。