植物抗冻蛋白研究进展

抗冻蛋白（antifreeze protein，AFP）是一类高效生物活性蛋白，能以非依数性（non—colliguthe）形式降解溶液冰点，而不影响溶液的熔点，由此产生冰点与熔点的差异，即抗冻蛋白的热滞活性。因而有时将抗冻蛋白亦称为热滞蛋白（therllial hysteresis protein，THP）。通过吸附作用抑制冰晶生长速度，保护细胞膜免受冷冻损伤（DeVries，1971；Devries，1986）。

从20世纪60年代发现AFP以来，人们试图分离纯化高活性的AFP，并期望将这一性状用于改良某些重要生物和农作物品种的抗冻性能。目前，已发现在约30余种植物中存在AFP，包括单子叶植物、双子叶植物、裸子植物、蕨类植物和苔藓植物（Dumanetal，1993a，1993b），其中较深入的是茄属千年不烂心（Solanum dulcamara）、冬黑麦（Secale cereale）、胡萝卜（Dancus carota）和沙冬青（Ammopiptanthus numgricus）等。

中国科学院发育生物学研究所从20世纪90年代初就开始研究生长于沙漠的抗冻植物沙冬青的抗冻蛋白（费云标等，1994），目前用不同的方法从沙冬青中分离到3种具有抗冻活性的蛋白质。从10%的硫酸铵和26%的氯化铵共沉淀物中分离到39.8ku的AFP，THA为0.45℃（10mg/mL），不含有糖基（江勇等，1999a）。

植物AFP在植物体内分布的不均衡变化是植物免于遭受冻害的原因之一。目前所分离到的具有抗冻活性的抗冻蛋白，或是经过冷驯化，或是直接从冬季植物中提取获得，因而它们也是受低温诱导表达，可以说抗冻蛋白和冷诱导蛋白属于同一类型的基因的表达产物。

虽然有关植物抗冻蛋白基因及表达调控的研究较少，但近些年来，却有多种低温诱导蛋白及其基因被研究过。在拟南芥冷诱导基因中表达最高效的基因是COR基因家族，也称LTI、KIN、RD和ERD基因。

几丁质酶和β—1，3—葡聚糖酶不仅直接降解病原真菌的细胞壁，抑制病原菌的侵染，而且其降解产物脱乙酰几丁质和葡聚糖具有诱导物的功能，能诱导植物积累抗毒素，使细胞壁木质化，并积累防御性蛋白酶抑制剂，激发寄主植物的抗病防卫反应（Stintziet al，1993）。从以前的研究结果来看，低温也能诱导植物增强抗病性（Tronsmo，1958），冷驯化后冬黑麦的抗真菌性增强（Griffithetal，1997），但从低温敏感植物烟草和非冷驯化冬黑麦中纯化的这3种酶与AFP位于不同的部位，并且不具有抗冻性，AFP似乎是PR蛋白在低温冷驯化下的同工蛋白（isoform），或是PR蛋白翻译后的修饰产物，也可能是PR蛋白的同工酶。除具有抗冻性外，植物AFP可能还具有抗病抗菌性。

对植物AFP的研究就目前而言，至少有两项工作是值得重视的：第一，分离纯化AFP及其他抗冻因子，进行重组模拟生物体内的抗冻作用，可能有利于分析抗冻作用机理与功能效应；第二，分离AFP及相关转录因子的基因，将这些基因进行共转移，可能是一个值得重视的遗传工程研究的新方向。

抗冻蛋白自从发现以来，人们就用于农业生产，改善重要作物的耐寒抗冻能力。虽然植物AFP研究起步晚，存在分离纯化困难、结构特性不完整、生理功能不明确，但初步克隆显示出植物AFP不同于鱼类抗冻蛋白的特性，使之能更有效地保护转基因植物免遭冻害。