Kn  型脱水蛋白：含有2—9个  K  片段，低温、脱水和  ABA  可诱导其表达，主要与植物的耐寒能力有关。如为了适应低温环境，黑莓  K5  型脱水蛋白在花芽中大量积累。大麦  Dhn5  基因编码的  K9  型脱水蛋白在低温处理时大量表达，而在干旱和  ABA  诱导的条件下则有少量表达。软粒小麦含有  WCS120  蛋白家族，与其他蛋白的不同之处是具有富含  Gly  的序列(TGGTYQQGHTGTT)，蛋白的合成由低温特定诱导，而积累水平主要与小麦或其他谷物对寒冷的承受能力相关。大麦  P-80  与  Dhn5  相同编码一个  K9  型脱水蛋白，分子质量为80ku，主要由寒冷诱导表达，由于  K  片段形成的α螺旋可与脂质及乳酸脱氢酶(LDH)的疏水区相互作用，因此推测这两种蛋白具有细胞保护的特性，抗寒能力仅次于拟南芥  COR15a。拟南芥  lti30  编码一个  K6  型脱水蛋白，分子质量为21  ku，等电点为9.4，缺乏  Cys，Trp，Arg  和  Val，而富含Gly，His，Lys  和  Thr，寒冷胁迫可以诱导该蛋白的大量表达。  



KnS  型脱水蛋白：它的一个显著特征是  K  片段以  (H/Q)KEG  基序开始，而其他亚类的脱水蛋白则以  EKKG  作为起始序列。水稻  WSI724，苜蓿  CAS15，茄属  CI18  和  CPR05N21，大豆  SRC1  和  HSLYOXL7  等均属于这一亚类，主要受干旱和寒冷诱导表达。大麦  Dhn13  位于大麦4号染色体标记物  MWG634  附近，编码一个由107个氨基酸组成的  KS  型脱水蛋白，只含有一个  K  片段和一个  S  片段，半定量的反转录  PCR  实验数据显示  DHN13  在幼苗组织和处于发育阶段的种子胚胎中固定表达，当植物处于低温和冰冻时  DHN13  的转录产物显著增加，最高的转录水平出现在花粉囊中。土豆  DHN10  脱水蛋白，分子质量为13～15  ku，含有一个  K  片段和一个  S  片段，并且  S  片段位于  C  末端。土豆  DHN10  存在于正常生长植株的多个组织中，其表达主要受器官类型和叶片发育阶段的调控，在花粉中及有冷冻胁迫时表达量明显增加，在植物耐寒、耐旱、膜保护及金属结合等方面发挥作用。拟南芥  Cor15  编码一个  KS  型脱水蛋白，在水果剥落组织中持续表达，但在2℃冷藏时表达量明显减少，若用热水提前处理再置于低温冷藏则表达将维持高水平，因而  COR15  具有抗寒作用。苜蓿  Cas15a  编码一个14.5  ku  的  K2S  型脱水蛋白  CAS15，受寒冷胁迫诱导，可能在植物耐寒方面发挥作用。柑橘属  (Poncirus  trifoliata)CORc115  编码一个19.8  ku  的  K3S  型脱水蛋白  COR19，具有类似于核定位信号的碱性双向序列，显示其可能具有核定位功能，寒冷、干旱和高盐均能诱导其  mRNA  的表达，在叶片组织中受寒冷胁迫诱导，但在干燥环境中蛋白的产生将被抑制。另一种柑橘属  CORc119  编码一个11.4  ku  的  KS  型脱水蛋白  COR11，与  COR19  相似，具有核定位功能，受寒冷胁迫诱导，但其  K  片段只有一个拷贝。  



SKn  型脱水蛋白：含有一个S片段，2个或3个  K  片段，为酸性蛋白，受低温和重金属诱导调节。例如，在  4℃  时冬小麦中的  SK3  型脱水蛋白  WCOR410  的积累程度明显比春小麦高。编码大麦酸性脱水蛋白  DHN8  的基因在受到低温处理时表达活跃，而在干旱和  ABA  诱导处理时则少量表达。加拿大冷杉(  Panax  ginseng)PgDkn1  基因编码一种  SK3  脱水蛋白，低温、干旱和盐胁迫以及损伤可以增加其表达水平。豌豆(Pisum  sativum  L)pPsB61  编码一个  SK2  型脱水蛋白，其  mRNA  水平在干旱处理后降低，对  ABA  没有明显效果。葡萄柚(  Citrus  paradisi)cpdhn  基因编码一个  SK2  型脱水蛋白，低温和紫外辐射可以降低其转录水平，但  ABA  没有作用；若用热水对柚子进行预处理，可以提高  cpdhn  在低温贮存期间的表达，增强水果的抗寒能力。胡椒  (Capsicum  annuum)Cadhn  基因编码一个  SK3  型脱水蛋白，水分亏缺和盐胁迫以及轻度低温处理可以调节其基因的表达。我们实验室克隆的菜豆  (Phaseolus  vulgaris  L.)PvSR3  编码一个  SK2  脱水蛋白，该基因主要在幼苗的根中表达，叶片和茎中表达较低，但是重金属可强烈诱导  PvSR3  的表达，而病毒侵染和盐对其作用较小。另外，PvSR3  不受干旱或  ABA  影响，受紫外线负调节。  



Y2Kn  型脱水蛋白：是一类酸性蛋白，通常包含2个  Y  片段及1—2个  K  片段，与植物的抗冻和耐旱有关。豌豆  DHN1，DHN2  和  DHN3，大豆  DHN5  均属于这类蛋白。大豆  rGmDHN1  是  Y2K  型脱水蛋白，其α螺旋程度随温度的变化而改变，在低温时的高度螺旋状态使之在抗冻、耐旱和防渗透等方面发挥作用。大豆  Mat1  编码一个  Y2K  型脱水蛋白，主要由干旱脱水诱导产生，而在  ABA  诱导下并无明显表达。菠菜(Spinacia  oleracea  L)Cap85  编码一个  YK11  型脱水蛋白，主要受低温诱导；菠菜  CAP160  与  CAP85  相似，同样受低温诱导表达，在转基因烟草中的高效表达可以提高其抗寒性。桃树  (Prunus  persica)PpDhn1  编码一个  Y2K2  型脱水蛋白，也在低温诱导时大量表达。表明大部分  YK  型脱水蛋白在耐寒方面可能发挥重要作用。然而，最近的研究表明  YKn  型脱水蛋白在细胞脱水过程中具有保护作用，如球蒴藓(Physcomitrella  patens)PpDHNA  编码一个  Y11K  型脱水蛋白，Northern  和  Wcstern  分析显示  ABA，NaCl  和甘露醇能上调该基因的表达，PpDHNA  基因敲除突变体在盐和渗透胁迫后恢复生长的能力降低，为脱水蛋白在细胞脱水过程中的保护作用提供了直接遗传证据。  



综上所述，每一亚类的脱水蛋白对不同胁迫的应答不同：碱性  YnSK2  型脱水蛋白主要受干旱和  ABA  诱导表达，不受低温诱导；Kn  型由低温和寒冷诱导；KnS  和  SKn  型等酸性脱水蛋白则优先受低温诱导；Y2Kn  型与植物抗寒和抗旱有关。这表明根据脱水蛋白的结构组成和聚类分析方法进行分类是非常合理的，当然，还有一些蛋白质尚不能明确归为某一类。例如繁缕  (Stellaria  longipes)  叶脱水蛋白  H26，具有  SK3S  型片段特征，可能代表  SKn  型和  KnS  型蛋白的中间形式。菠菜  (Spinacia  oleracea)  脱水蛋白  CAP85  具有  YK11  片段的结构，与其他亚类不同，K  片段并不位于  C  末端附近，共享了  Kn，Y2Kn  和  KnS  的特征。  



最近又出现一种新的分类方法，主要是根据脱水蛋白对寒冷胁迫的适应能力将它们分为3类。第一类中  K  片段含量较低，α螺旋程度也较低，芳香族氨基酸残基含量较高，富含  GNP  或  YGN  序列，即  Y  片段含量高，如豇豆脱水蛋白  CPRD8，CPRD14  和  CPRD22  (含有1—2个  K  片段，2—3个  Y  片段)，在高盐胁迫下大量表达，而不受寒冷胁迫的诱导。第二类含有高度的螺旋结构，其中一些原来不受寒冷胁迫诱导的蛋白经研究也可能受寒冷诱导，如谷类  DHN1(Y2K2S2)  和  DHN21  (Y2K2S2)。第三类中  K  片段含量较高，α螺旋程度也较高，并且亲水性最强，如小麦脱水蛋白  WCOR410  (7个  K  片段重复)，大麦脱水蛋白  PAF93(10个  K  片段重复)，茄属脱水蛋白  CI13  和  CI19(9个  K  片段重复)等，它们在寒冷诱导下大量表达。由此可见，对于脱水蛋白的分类还有待于进一步研究和完善。  



3    脱水蛋白的分子保护机制  



3.1    脱水蛋白参与细胞的渗透调节过程  



脱水蛋白参与细胞的渗透调节过程，可以提高植物的抗旱和抗盐性。拟南芥脱水蛋白  RAB18，在气孔闭合的细胞中可以防止气孔打开时细胞质由于渗透压增加而导致的水分丢失。拟南芥根尖积累的脱水蛋白  LTI29  和  ERD14，可以增加分生组织细胞中的水分流动。向日葵  (Helianthus  annuus  L)脱水蛋白基因  HaDhn1  和  HaDhn2  在干旱胁迫下的转录活性显著高于供水条件的转录活性，耐旱品种累积的转录物明显高于敏感品种，并且其累积量与耐旱品种芽细胞膨压的维持和干旱的适应性成正相关，表明干旱胁迫下细胞的渗透调节能力可能与脱水蛋白合成累积有关。桦树(Populus)脱水蛋白Peudhn1，在未胁迫的植株中仅有少量表达，而在  PEG6000  和  NaCl  处理后，该蛋白在根和叶中大量积累，并在复水后持续积累。向日葵  HaDhn1  和菠菜  CAP85  脱水蛋白与之不同，在复水后累积蛋白迅速减少或消失，表明  Peudhn1  在渗透胁迫下大量积累，不仅可能通过调节细胞内的渗透势和气孔的开度而防止细胞过度脱水，而且可能在植株的生长恢复阶段通过控制气孔的开度而参与光合作用的调节，另外，Peudhn1  在叶片中的积累比根中早5  min，推测该蛋白在叶片中的积累不受根中产生的胁迫第二信使如  ABA  的诱导，而直接通过膜的渗透感受器感知胁迫信号。在耐盐水稻品系中，ABA  诱导表达的脱水蛋白显著高于盐敏感品系。硬质小麦(durum  wheat)在200  mmol/L  的  NaCl  处理3  d  时，Tdsi-5  编码的脱水蛋白家族在耐盐品种的根和叶中大量积累，而盐敏感品种在处理7  d  的才有少量积累，表明该蛋白可能参与盐胁迫下小麦细胞的渗透调节作用，另外，脱水蛋白与其他蛋白相互作用从而防止盐分胁迫导致的胞质水分减少时蛋白质间的聚集，维持细胞的正常结构。脱水蛋白能与细胞中的水分子结合，防止水分丢失，因此在维持细胞内的渗透势和细胞的正常结构发挥重要作用，详细的机制有待进一步研究。