植物富含半胱氨酸的類受體激酶的研究進(jìn)展

鄭超 李登高 白薇

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018）

植物富含半胱氨酸的類受體激酶的研究進(jìn)展

鄭超 李登高 白薇

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018）

類受體激酶（receptor-like kinase，RLK）是植物體內(nèi)普遍存在的一類蛋白激酶，是許多信號(hào)識(shí)別傳遞途徑中的關(guān)鍵組分，作為識(shí)別信號(hào)的質(zhì)膜受體，能夠感受外界刺激，通過(guò)磷酸化作用參與胞內(nèi)信號(hào)傳遞。富含半胱氨酸的類受體激酶（cysteine-rich receptor-like kinase，CRK）又被稱為DUF26（domain of unknown function 26）類受體激酶，是RLK中的一大類。近幾年，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)CRK參與了植物的抗病防御反應(yīng)。綜述了植物CRK蛋白的結(jié)構(gòu)特征，總結(jié)了目前已發(fā)現(xiàn)的CRK在生物脅迫、非生物脅迫及生長(zhǎng)發(fā)育中的功能，并對(duì)CRK未來(lái)的研究進(jìn)行了展望，旨為后續(xù)闡明CRK的功能和分子機(jī)制提供參考。

富含半胱氨酸類受體蛋白激酶；非生物脅迫；生物脅迫；生物功能

在生物體中，蛋白激酶在接受信號(hào)、感知信號(hào)并傳遞給效應(yīng)基因的過(guò)程中起著重要作用。植物類受體激酶（receptor-like kinase，RLK）是信號(hào)通路上的保守成分，由數(shù)量龐大的不同種類的蛋白質(zhì)組成。RLKs可調(diào)節(jié)植物很多生理過(guò)程，包括植物的生長(zhǎng)發(fā)育、激素的感知、植物的應(yīng)激反應(yīng)和生物及非生物脅迫的應(yīng)答等。典型的RLK包含一個(gè)信號(hào)肽（signal peptide），一個(gè)可變的胞外結(jié)構(gòu)域（extracellular domain），跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain）和胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)域（intracellular protein kinase domain）。一般情況下，根據(jù)細(xì)胞外的配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（ligandbinding domain）將類受體激酶分成不同的亞類。其中有一大類RLKs，其胞外結(jié)構(gòu)域中含有一個(gè)或多個(gè)功能未知結(jié)構(gòu)域26（domain of unknow function 26，DUF26），由于DUF26中含有富含半胱氨酸的模體（C-X8-C-X2-C motif），這一大類RLKs也是富含半胱氨酸的類受體激酶（cysteine-rich receptor-like kinases，CRKs）。在擬南芥中RLKs是最大的基因家族之一，其包含有610多個(gè)亞家族成員，占擬南芥編碼蛋白基因的2.5%［1］。目前，在擬南芥中已發(fā)現(xiàn)至少44個(gè)CRK成員，并且大多數(shù)CRK成員均串聯(lián)排列于4號(hào)染色體上［2］。近十年來(lái)的研究表明，擬南芥中一些CRKs在生物與非生物脅迫、植物的生長(zhǎng)發(fā)育及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用。在其他植物中也有相關(guān)報(bào)道，如大麥、小麥、水稻和番茄等。本文就CRKs結(jié)構(gòu)與功能等方面的最新研究進(jìn)展做一綜述?？偨Y(jié)已發(fā)現(xiàn)的植物CRK蛋白的結(jié)構(gòu)特征以及其在生物脅迫、非生物脅迫及生長(zhǎng)發(fā)育中的功能，并對(duì)CRK未來(lái)的研究進(jìn)行了展望，以期為后續(xù)闡明CRK的功能和分子機(jī)制提供參考。

1 CRKs結(jié)構(gòu)特征

典型的CRK包含信號(hào)肽、富含半胱氨酸的胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜域和胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)域，如圖1所示。

圖1 典型的富含半胱氨酸類受體激酶結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 胞外結(jié)構(gòu)域

典型的CRKs蛋白在胞外一般含有一個(gè)信號(hào)肽和富含有半胱氨酸的一個(gè)或是兩個(gè)DUF26結(jié)構(gòu)域，其保守模式為C-X8-C-X2-C也被稱之為富含半胱氨酸的重復(fù)序列（cysteine-rich repeats moif，CRR motif）。植物特異性的CRR一般含有13-15個(gè)氨基酸序列。CRR的重復(fù)次數(shù)一般為兩次。每個(gè)DUF26結(jié)構(gòu)域中包含4個(gè)保守的半胱氨酸，其中有3個(gè)構(gòu)成C-8X-C-2X-C模體（motif）。圖2為擬南芥、小麥、短柄草、水稻和玉蜀黍CRKs的CRR序列比對(duì)結(jié)果［3］。DUF26的確切功能還不知道，但結(jié)構(gòu)域中保守的半胱氨酸殘基可能通過(guò)形成二硫鍵，作為巰基氧化還原調(diào)控的潛在位點(diǎn)，以及活性氧（reactive oxygen species，ROS）的傳感器起作用［4］。C-X2-C還可能是過(guò)渡金屬的結(jié)合位點(diǎn)［5］。

在綠色植物中，有520類蛋白質(zhì)具有DUF26結(jié)構(gòu)域。其中水稻中有263類蛋白質(zhì)具有DUF26結(jié)構(gòu)域［3］。擬南芥中有97類蛋白質(zhì)具有DUF26結(jié)構(gòu)域，其中46個(gè)為CRK。擬南芥44個(gè)CRKs命名與具有DUF26結(jié)構(gòu)域的RLKs對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示［4］。剩余的2個(gè)基因中，At4g11500（DUF26 44）在當(dāng)前的擬南芥基因組中屬于假基因，At4g23170（CRK9）沒(méi)有可辨認(rèn)的胞外結(jié)構(gòu)域、信號(hào)肽和完整的激酶結(jié)構(gòu)域［4］。

1.2 跨膜結(jié)構(gòu)域

圖2 CRR序列比對(duì)結(jié)果［3］

典型的CRK具有一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，跨膜結(jié)構(gòu)域一般含有10-30個(gè)氨基酸殘基?，F(xiàn)有研究表明，CRK有的定位在質(zhì)膜上，還有的定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）上?？缒そY(jié)構(gòu)域中單個(gè)核苷酸的改變，就可能使原本定位在質(zhì)膜上蛋白質(zhì)定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上［6］。擬南芥AtCRK6（At4g23140）跨膜結(jié)構(gòu)域含有23個(gè)氨基酸殘基，疏水性分值為3.148，經(jīng)亞細(xì)胞定位分析其定位在質(zhì)膜上。大麥HvCRK1跨膜結(jié)構(gòu)域含有17個(gè)氨基酸殘基，疏水性分值為2.662，分析其定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上［6］。擬南芥AtCRK6與大麥HvCRK1的跨膜結(jié)構(gòu)域比較（表2）［6］發(fā)現(xiàn)，定位在質(zhì)膜上的擬南芥AtCRK6與定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的大麥HvCRK1，最顯而易見(jiàn)的不同是擬南芥AtCRK6中有亮氨酸-纈氨酸-甘氨酸（leucinevaline-glycine，LVG），而大麥HvCRK1則是3個(gè)丙氨酸的重復(fù)（alanine-alanine-alanine，AAA），據(jù)推測(cè)這個(gè)差異可能導(dǎo)致疏水性的差異，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位［6］。研究表明，AtCRK4、AtCRK6 和AtCRK36是質(zhì)膜定位的蛋白［7］。小麥TaCRK1也是膜蛋白，定位在質(zhì)膜上［3］。

表1 擬南芥CRK命名一覽表

表2 AtCRK6和HvCRK1跨膜結(jié)構(gòu)圖參數(shù)比較表

1.3 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域

一般在CRK的C末端存在有一個(gè)激酶結(jié)構(gòu)域。CRK的激酶結(jié)構(gòu)域基本上都屬于絲氨酸/蘇氨酸型。激酶結(jié)構(gòu)域的突變會(huì)影響激酶活性。植物絲氨酸/蘇氨酸激酶域的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)一般包含11個(gè)保守的子區(qū)域，稱為激酶域的亞結(jié)構(gòu)域。其中亞結(jié)構(gòu)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要承擔(dān)ATP的結(jié)合和催化，亞結(jié)構(gòu)域Ⅶ、Ⅷ被稱為活化環(huán)（或稱A環(huán)）。很多激酶在激活時(shí)，這個(gè)區(qū)域會(huì)被磷酸化，從而形成一個(gè)可以與底物結(jié)合的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。蛋白激酶結(jié)構(gòu)域的特征帶有催化位點(diǎn)。如圖3所示，小麥TaCRK1的激酶結(jié)構(gòu)域，其中由羅馬數(shù)字Ⅰ-Ⅺ標(biāo)記的是植物絲氨酸/蘇氨酸激酶域的11個(gè)保守的亞結(jié)構(gòu)域［3］。

2 生物學(xué)功能

植物中類受體蛋白激酶可以調(diào)節(jié)植物發(fā)育、抵抗病原菌的侵害、激素信號(hào)感知等保守信號(hào)組分。富含半胱氨酸的類受體激酶是類受體蛋白激酶中最大的亞家族之一。CRKs在植物的生物與非生物脅迫、生長(zhǎng)發(fā)育及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用。

2.1 CRKs在生物脅迫應(yīng)答中的功能

圖3 小麥TaCRK1的激酶結(jié)構(gòu)域［3］

植物體在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不斷接受外界環(huán)境及體內(nèi)細(xì)胞間的各種刺激信號(hào)，從而引發(fā)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。胞外信號(hào)只有首先被受體識(shí)別和接受之后，才能將胞外信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)信使，通過(guò)胞內(nèi)信使的傳遞引起細(xì)胞的生理生化反應(yīng)。植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中被病原菌侵染是不可避免的，植物在抵抗病原菌侵染的過(guò)程中進(jìn)化出兩種類型的免疫系統(tǒng)：第一種通過(guò)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）感知微生物相關(guān)的或病原菌相關(guān)的分子模式（microbe/pathogenassociated molecular patterns，MAMPs/PAMPs），產(chǎn)生病程相關(guān)分子模式誘導(dǎo)免疫（MAMP/PAMP triggered immunitiy，MTI/PTI）。PTI是植物的初級(jí)先天免疫反應(yīng)，是植物免疫系統(tǒng)的第一道防線。病原菌在侵染植物被初級(jí)先天免疫抑制之后，會(huì)釋放出效應(yīng)蛋白（effector）來(lái)抵抗PTI。早期PTI應(yīng)答會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性氧化物（reactive oxygen species，ROS）的爆發(fā)［4，8］。晚期PTI應(yīng)答的典型特征為胼胝質(zhì)的累積［7，9］；第二種免疫反應(yīng)通過(guò)植物細(xì)胞內(nèi)的抗性蛋白（resistance protein，RP）識(shí)別這些特殊的效應(yīng)蛋白，引發(fā)效應(yīng)蛋白誘導(dǎo)免疫（effector triggered immunity，ETI），是植物的次級(jí)免疫反應(yīng)。植物的次級(jí)免疫反應(yīng)發(fā)生時(shí)，水楊酸（salicylic acid，SA）在被侵染細(xì)胞中迅速積累，甲基水楊酸作為信號(hào)分子可以運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)端的組織，可誘導(dǎo)植株遠(yuǎn)端未侵染部位對(duì)后續(xù)多種病原菌侵染表現(xiàn)出抗性，被稱為系統(tǒng)獲得抗性（systemic acquired resistance，SAR）。SAR是一種以病程相關(guān)蛋白的表達(dá)為特征的具有廣譜性抗性的免疫。大部分這樣的相互作用導(dǎo)致病原感染部位宿主細(xì)胞死亡，此現(xiàn)象稱為過(guò)敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR）。HR是指由于病原物侵染而引起的局部、快速的細(xì)胞程序化死亡（programmed cell death，PCD），從而阻止了病原物進(jìn)一步擴(kuò)散。

有關(guān)CRK參與植物抗病防御反應(yīng)的研究還不是很多。現(xiàn)已知CRK可被氧化性脅迫、病原菌侵染及噴施SA誘導(dǎo)表達(dá)［1，2，4，10-12］。擬南芥AtCRK17受SA的誘導(dǎo)表達(dá)［13］。Chen等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量表達(dá)AtCRK5可增強(qiáng)對(duì)病原菌Pst DC3000（Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000）抗性，快速誘導(dǎo)PR1基因的表達(dá)，并觸發(fā)過(guò)敏反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞程序化死亡。而在Burdiak等［14］的研究中卻得出atcrk5突變體可以增強(qiáng)細(xì)胞死亡的效應(yīng)，認(rèn)為AtCRK5是細(xì)胞死亡的負(fù)調(diào)控因子［14］。用誘導(dǎo)型啟動(dòng)子過(guò)量表達(dá)AtCRK4、AtCRK19 和AtCRK20都能引起過(guò)敏反應(yīng)致細(xì)胞程序化死亡［1］。接種Pst DC3000會(huì)誘導(dǎo)AtCRK13快速表達(dá)，并且過(guò)量表達(dá)AtCRK13的擬南芥植株可激活病原菌防御反應(yīng)，包括組織快速死亡，積累高水平的防御相關(guān)基因PR1、PR5和ICS1的轉(zhuǎn)錄物及積累SA，而且這些植物對(duì)病原菌的抑制效果比對(duì)照高20倍。AtCRK13對(duì)病原菌的抑制作用是依賴于SA的［15］。擬南芥AtCRK6和AtCRK7參與介導(dǎo)了胞外ROS的產(chǎn)生［16］。擬南芥AtCRK20受病原菌、SA及臭氧（ozone）在轉(zhuǎn)錄水平的誘導(dǎo)，接種Pst DC3000的AtCRK20突變體，病原菌的生長(zhǎng)顯著降低，說(shuō)明AtCRK20能夠促進(jìn)病原菌Pst DC3000在擬南芥中的生長(zhǎng)［17］。擬南芥AtCRK45過(guò)表達(dá)植株表現(xiàn)出對(duì)丁香假單胞菌更強(qiáng)的抗性，并且在依賴水楊酸的抗病信號(hào)途徑中，AtCRK45 位于NPR1 的下游，在轉(zhuǎn)錄水平上受到轉(zhuǎn)錄因子 NPR1 和WRKY70 的調(diào)控［8］。

2014年的研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中響應(yīng)于 L-植物凝集素受體激酶Ⅵ.2（L-type lectin receptor kinase-Ⅵ.2，LecRK-Ⅵ.2）的AtCRK4、AtCRK6、AtCRK36能夠增強(qiáng)PTI反應(yīng)，過(guò)量表達(dá)AtCRK4、AtCRK6和AtCRK36的品系不僅對(duì)有毒的丁香假單胞桿菌DC3000抵抗作用增強(qiáng)，而且過(guò)量表達(dá)AtCRK4、AtCRK6及AtCRK36改變了早期、中期和晚期的PTI應(yīng)答。ROS的爆發(fā)是一種早期的PTI反應(yīng)［18］，過(guò)量表達(dá)AtCRK4、AtCRK6和AtCRK36的品系經(jīng)MAMP flg22處理后，可使ROS的爆發(fā)增強(qiáng)。受PTI響應(yīng)的FRK1（FLS22-INDUCED RECEPTORLIKE1，F(xiàn)RK1）的表達(dá)水平是一種中期的PTI反應(yīng)［19］，經(jīng)flg22處理3 h后，在過(guò)量表達(dá)AtCRK4和AtCRK6的品系中，F(xiàn)RK1的表達(dá)顯著上調(diào)。而flg22誘導(dǎo)1 h后，AtCRK36的過(guò)量表達(dá)即可增加FRK1 mRNA的積累，說(shuō)明AtCRK36對(duì)FRK1的表達(dá)具有直接的效應(yīng)。胼胝質(zhì)的沉積是一種典型的晚期PTI反應(yīng)［20］，過(guò)量表達(dá)AtCRK4和AtCRK6 不會(huì)影響胼胝質(zhì)的沉積，而AtCRK36的過(guò)量表達(dá)可以積累更多的胼胝質(zhì)。AtCRK4、AtCRK6及AtCRK36的過(guò)量表達(dá)植株可增強(qiáng)氣孔免疫。作為PTI反應(yīng)的一部分，當(dāng)擬南芥接觸到細(xì)菌時(shí)會(huì)關(guān)閉氣孔，像Pst DC3000這類的毒性細(xì)菌，為了進(jìn)入到葉片中，會(huì)以依賴冠菌素（coronatine）的方式誘導(dǎo)氣孔重新開放［9，21］。在過(guò)量表達(dá)AtCRK4和AtCRK36的品系中，Pst DC3000誘導(dǎo)的氣孔重新開放被抑制，而過(guò)量表達(dá)AtCRK6可使氣孔持續(xù)關(guān)閉，說(shuō)明AtCRK6是一種很強(qiáng)的調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉的正調(diào)節(jié)蛋白。雙分子熒光互補(bǔ)（bimolecular fluorescence complementation，BiFC）和免疫共沉淀（co-immunoprecipitation，Co-IP）實(shí)驗(yàn)均表明，質(zhì)膜定位的AtCRK4、AtCRK6 和AtCRK36可以與模式識(shí)別受體FLAGELLIN SENSING2（FLS2）結(jié)合［7］。

除了在擬南芥中有對(duì)CRK的研究，菜豆根中分離的CRK基因PvPK20-1也可以被病原菌、共生體（symboint）和結(jié)瘤因子（nodulation factor）調(diào)控表達(dá)［22］。在小麥中也發(fā)現(xiàn)，TaCRK1對(duì)絲核菌屬的病原菌禾谷絲核菌有抵抗作用［3，23］。從銀杏種子胚乳中分離出一個(gè)新的抗真菌蛋白Gnk2（ginkbilobin-2，Gnk2），包含一個(gè)保守的C-X8-C-X2-C的模體，能夠抑制植物病原真菌尖孢鐮刀菌（Fusarium Oxysporum）的生長(zhǎng)［19］。水稻OsCRK1 基因沉默后影響了水稻對(duì)白葉枯病的抗性，進(jìn)一步證明該基因與白葉枯病抗性密切相關(guān)［24］。

2.2 CRKs參與非生物脅迫應(yīng)答

目前的研究表明，有些CRK也參與了植物對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答。擬南芥AtCRK45又稱為ACRK1，atcrk45突變體在種子萌發(fā)和幼苗早期生長(zhǎng)中對(duì) ABA表現(xiàn)出較野生型更不敏感的表型，而 AtCRK45 過(guò)表達(dá)植株卻與之相反；在高鹽條件下 AtCRK45 過(guò)表達(dá)植株與野生型相比表現(xiàn)出更敏感的表型，相反地，Atcrk45突變體卻更不敏感；在干旱脅迫條件下，AtCRK45過(guò)表達(dá)植株的抗旱能力較野生型更強(qiáng)?；蚍治霰砻?，在AtCRK45過(guò)表達(dá)植株中，響應(yīng)于鹽脅迫的代表性的逆境響應(yīng)基因的表達(dá)顯著增強(qiáng)，且ABA生物合成的基因，如NCED3、NCED5、ABA2及 AAO3的表達(dá)也持續(xù)升高。上述結(jié)果表明，AtCRK45通過(guò)調(diào)節(jié)ABA的生物合成而調(diào)控著擬南芥對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答［8，25］。AtCRK36受非生物脅迫的誘導(dǎo)［26］，在細(xì)胞內(nèi)AtCRK36與AtCRK45 在質(zhì)膜結(jié)合，體外實(shí)驗(yàn)中，AtCRK36可使AtCRK45磷酸化，進(jìn)而引發(fā)下游逆境脅迫相關(guān)基因的表達(dá)。因此，AtCRK45 與AtCRK36 在植物細(xì)胞內(nèi)共同作用，并參與應(yīng)答ABA 和滲透脅迫信號(hào)的負(fù)調(diào)控反應(yīng)［8，22］。 擬 南 芥 AtCRK18對(duì) ABA敏 感［27］，AtCRK29在ABA的影響下會(huì)顯著下調(diào)［28］。AtCRK3、AtCRK11、AtCRK13、AtCRK14、AtCRK15、At-CRK17、AtCRK20、AtCRK28和AtCRK36對(duì)O3應(yīng)答起正調(diào)節(jié)作用［16］。此外還發(fā)現(xiàn)AtCRK5能夠增強(qiáng)擬南芥對(duì)紫外線的耐受性［14］。

2.3 CRKs影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育

據(jù)最新的研究表明，AtCRK5通過(guò)影響植物的光合作用來(lái)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。AtCRK5能夠增強(qiáng)植物對(duì)CO2的同化作用，AtCRK5突變植株的光抑制作用明顯增強(qiáng)。其捕光能力減弱。AtCRK5通過(guò)影響植物的蒸騰作用提高植物對(duì)水的利用效率。AtCRK5突變體植株的生物合成量明顯減少，并伴隨著氣孔導(dǎo)度下降。AtCRK5突變體還可以加劇擬南芥的衰老，尤其在持續(xù)黑暗和氧化脅迫的環(huán)境中更明顯［14］。

研究發(fā)現(xiàn)，番茄SlCRK1的表達(dá)具有組織特異性，SlCRK1在花中的表達(dá)量要高于根、葉、果實(shí)和種子其他組織。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在花這一器官中SlCRK1的表達(dá)是具有花粉特異性的。SlCRK1的啟動(dòng)子區(qū)域含有花粉特異性順式作用元件［29］。

3 CRKs是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)的組成部分

類受體蛋白激酶是一類具有酶活性的受體。RLKs 既是一種跨膜蛋白，同時(shí)有受體及蛋白激酶的活性，對(duì)外界信號(hào)的接收、跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)及向胞內(nèi)傳遞，RLKs 完全能獨(dú)立完成［30］。富含半胱氨酸的類受體蛋白激酶參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)。擬南芥富含半胱氨酸的類受體激酶家族成員之一AtCRK45參與了擬南芥中水楊酸介導(dǎo)的抗病信號(hào)途徑［8］。此外，在基因表達(dá)公共數(shù)據(jù)庫(kù)（gene expression omnibus database，GEO）中檢索也顯示擬南芥CRK45可能參與了植物對(duì)光、紫外輻射、真菌激發(fā)子、鹽脅迫、氧化脅迫、干旱、水楊酸、脫落酸和赤霉素等的響應(yīng)［8］。

4 展望

富含半胱氨酸的類受體激酶是整個(gè)類受體蛋白激酶中最大的亞家族之一。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谥参飳?duì)病原菌的防衛(wèi)、細(xì)胞程序性死亡、應(yīng)對(duì)非生物脅迫及生長(zhǎng)發(fā)育中起著重要的作用。進(jìn)一步了解植物中CRK的整個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)路徑，將對(duì)了解植物生長(zhǎng)發(fā)育及應(yīng)對(duì)逆境機(jī)制的研究有很大的幫助，進(jìn)一步用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可以增強(qiáng)農(nóng)作物對(duì)不良環(huán)境的抗性，提高作物的產(chǎn)量，優(yōu)化作物種子質(zhì)量。但對(duì)于CRKs介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的分子機(jī)制還不是很清楚，還有以下幾個(gè)方面有待于我們進(jìn)一步去探索。

對(duì)CRKs亞結(jié)構(gòu)域功能的研究。目前克隆了大量的CRK基因，但對(duì)這些基因亞結(jié)構(gòu)域的功能研究很少，通過(guò)定點(diǎn)突變、結(jié)構(gòu)域缺失、區(qū)域交換等方法可進(jìn)一步了解各亞結(jié)構(gòu)域在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的相互作用；同時(shí)結(jié)合生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，最終會(huì)使開發(fā)大規(guī)模、高通量的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件成為可能。

CRKs 生物學(xué)功能的研究。對(duì)CRKs的生物學(xué)功能了解得還不夠深入。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的成熟，對(duì)某些特定CRKs基因過(guò)表達(dá)或敲除，從而進(jìn)一步解析其所介導(dǎo)的不同信號(hào)傳導(dǎo)途徑，在調(diào)控植物生命過(guò)程中的精細(xì)作用。

CRKs 介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑研究。信號(hào)的識(shí)別、傳遞和相關(guān)基因的表達(dá)在植物體內(nèi)形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。CRKs 在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)中的位置如何，其上游元件及下游元件分別是什么，CRKs與上下游元件之間的作用機(jī)制，信號(hào)傳遞是如何進(jìn)行的，以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中未知的元件如何鑒定等問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究。

將CRKs應(yīng)用于植物基因工程以改良物種。應(yīng)用基因工程手段，將有應(yīng)用價(jià)值的CRKs轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，以改良品種造福人類。另外，可通過(guò)合成植物信號(hào)配基分子調(diào)控植物相關(guān)的反應(yīng)，使植物抵抗逆境的能力更強(qiáng)?？傊?，隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，可以更為精確地預(yù)測(cè)CRKs的結(jié)構(gòu)，為CRKs結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)及其親緣關(guān)系的分析提供了有力的工具；分子生物學(xué)和生物化學(xué)及其他傳統(tǒng)生物學(xué)研究手段的綜合運(yùn)用也將會(huì)更深入、精確地詮釋CRKs在不同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中的作用，從而闡明植物CRKs相關(guān)的分子機(jī)制。

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（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Advances on Cysteine-rich Receptor-like Kinases in Plants

ZHENG Chao LI Deng-gao BAI Wei
（College of Life Sciences，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018）

Receptor-like kinases（RLKs）are protein kinases existing in plants，and play an essential role in many plant signal transduction pathways. As receptors localized on plasma membrane，RLKs perceive environmental stimuli and are involved in intercellular signal transductions through phosphorylation. Cysteine-rich receptor-like kinases（CRKs），also called domain of unknown function 26（DUF26）receptor-like kinases，are a large subgroup of RLKs. Recently，CRKs are found to be involved in plant disease resistant defenses. In this paper，we reviewed the structural characters of CRKs and summarized biological functions in abiotic and biotic stresses and their roles in plant growth and development，moreover，we prospect the future research，aim to follow-up stuclies.

cysteine-rich receptor-like kinases；abiotic stress；biotic stress；biological functions

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.11.002

2016-03-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31560535）

鄭超，女，碩士研究生；研究方向：植物抗病分子生物學(xué)；E-mail：zhengchao810@163.com