植物液泡加工酶研究進(jìn)展

蘇雨 李宗蕓 韓永華

（江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江蘇省系統(tǒng)發(fā)育與比較基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，徐州221116）

植物液泡加工酶（vacuolar processing enzyme，VPE）是一種半胱氨酸蛋白酶，又稱天冬酰胺?；?內(nèi) 肽 酶（asparaginyl endopeptidase，AEP）或legumain［1］，主要定位于植物液泡中，能夠調(diào)節(jié)植物液泡蛋白成熟和參與程序性細(xì)胞死亡（PCD）。1987年人們最早在成熟的南瓜種子中發(fā)現(xiàn)了一類蛋白酶［2］，這類蛋白酶主要負(fù)責(zé)將蛋白前體加工成熟；隨后成功地從蓖麻［3］中分離純化出這種天冬酰胺特異性的半胱氨酸蛋白酶，因其參與不同液泡蛋白的水解和激活過程而被命名為液泡加工酶。VPE屬于Peptidase C13蛋白酶超家族，由于VPE具有類似caspase蛋白的α/β折疊［4］，因此將它們歸類為Peptidase CD家族成員。

通過分析VPE的激活機(jī)制，發(fā)現(xiàn)VPE本身是一種具有長C末端自抑制域的前體蛋白［5］，并且含有參與催化的二聯(lián)體半胱氨酸（Cys）和組氨酸（His）殘基，通過水解天冬氨酸殘基C末端的肽鍵［6］，激活下游相關(guān)的底物蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝的改變，最后引起細(xì)胞程序性死亡［7］。因此，VPE又被稱為植物細(xì)胞中的類caspase蛋白酶。雖然植物VPE的亞細(xì)胞定位與動(dòng)物caspase完全不同，但具有caspase-1活性的VPE在誘導(dǎo)植物某些類型的PCD過程中發(fā)揮重要作用。

根據(jù)已有研究表明，VPE在植物生長發(fā)育、PCD、應(yīng)答生物與非生物脅迫反應(yīng)等很多方面都發(fā)揮著重要的作用［8］。例如，VPE在煙草（Nicotiana benthamiana）中的沉默可減少病毒感染后的PCD［9］；煙葉中的VPE識(shí)別caspase-1底物（YVADMCA），而不識(shí)別caspase-3底物（DEVD-MCA），進(jìn)一步分析表明VPE是PCD過程中液泡塌陷的重要參與者［10］。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，VPE具有肽連接活性［11-17］，能夠在植物中形成有毒環(huán)狀肽（Cyclotides），對(duì)于植物的防蟲具有重要作用。本文總結(jié)了植物VPE的現(xiàn)有知識(shí)、最新發(fā)展，以及對(duì)未來研究領(lǐng)域的展望，以便更好地了解VPE在植物中的功能和作用。

1 VPE的生化特性

1.1 VPE的成熟與活化

在植物中，VPE是液泡蛋白成熟和激活的關(guān)鍵酶［18］，VPE的成熟和活化過程在擬南芥和蓖麻中已有深入研究。Kuroyanagi等［5］將擬南芥γ型VPE在昆蟲細(xì)胞中表達(dá)，發(fā)現(xiàn)VPE能夠進(jìn)行自我催化。VPE首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上以較大的無活性前前體形式（preproprecursor VPE，ppVPE）合成，ppVPE由信號(hào)肽（signal peptide，sp）、N端前肽（N-terminal propeptide，NTPP）、成熟蛋白酶結(jié)構(gòu)域和C端前肽（C-terminal propeptide，CTPP）構(gòu)成（圖1）［19］。ppVPE在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上通過剪切信號(hào)肽和糖基化轉(zhuǎn)變成無活性的VPE前體（precursor VPE，pVPE），隨后被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶解型液泡中，經(jīng)過自我催化轉(zhuǎn)化為有活性的VPE中間體（intermediate VPE，iVPE），然后再轉(zhuǎn)變?yōu)閂PE成熟體（mature VPE，mVPE）［5］。剪切掉CTPP的iVPE與mVPE具有基本相同的酶活性，但從iVPE剪切掉NTPP對(duì)于該酶的激活卻不是必須的，由此可見CTPP對(duì)于VPE酶活性的調(diào)控具有非常重要的作用［20］。進(jìn)一步研究表明，CTPP是一個(gè)自我抑制結(jié)構(gòu)域，它遮蓋了VPE的催化位點(diǎn)，抑制VPE的活性。因此，C末端的“前結(jié)構(gòu)域”又被稱為Legumain穩(wěn)定和活性調(diào)節(jié)（legumain stabilization activity modulation，LSAM）結(jié)構(gòu)域。

圖1 VPE的主要三維結(jié)構(gòu)Fig. 1 Main three-dimensional structure of VPE

VPE的底物對(duì)Asn和Asp殘基具有特異性［20］，它們具有與哺乳動(dòng)物caspase-1相似的結(jié)構(gòu)和酶性質(zhì)，表現(xiàn)出與YVADase/caspase-1類似的切割活性［21］。這種嚴(yán)格的切割專一性意味著它們適合對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行有限的蛋白質(zhì)水解，然而，與其他蛋白酶的蛋白質(zhì)水解引起的底物蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變會(huì)暴露額外的Asn位點(diǎn)，導(dǎo)致VPE進(jìn)一步降解［4］。

1.2 VPE具有肽連接活性，產(chǎn)生防御蛋白

植物VPE被認(rèn)為是植物“免疫”系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)樗鼈兛梢詤⑴c環(huán)肽的生成，是抵御病原體的重要防御物。肽連接活性廣泛分布于植物中，VPE不僅催化肽綁定位點(diǎn)的裂解反應(yīng)，同時(shí)也催化多肽片段連接和轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。來自向日葵種子的一個(gè)前體蛋白經(jīng)過多肽片段連接和轉(zhuǎn)肽反應(yīng)生成主鏈環(huán)化蛋白（kalata B1）［12］，該環(huán)肽通過抑制生長而達(dá)到防御害蟲的目的。

多種具有抗生素活性的不同環(huán)肽［22］聚集在一些植物中，它們的產(chǎn)生需要肽連接步驟，其中，肽連接酶介導(dǎo)在前體蛋白的羧基和氨基末端之間形成新的肽鍵［23］。洋刀豆（Canavalia ensiformis）的刀豆蛋白A［11，24］的翻譯后處理和肽連接需要β型VPE［25-26］；蝶 豆（Clitoria ternatea）的γ型VPE （Butelase 1）具有肽連接活性［13］，可產(chǎn)生環(huán)肽；鏈球菌（O. affinis）的γ型VPE（OaAEP1）在前體蛋白的連接過程中介導(dǎo)了環(huán)氧化物的產(chǎn)生［15，27］；向日葵γ型VPE（HaVPE1）處理前體多肽PawS1后產(chǎn)生充當(dāng)胰蛋白酶抑制劑的環(huán)肽（SFTI-1），表明HaVPE1介導(dǎo)肽酶和肽連接反應(yīng)［14，28］。VPE的肽連接活性差異很大，一些表現(xiàn)出高的連接活性，而另一些則沒有，說明在環(huán)肽的進(jìn)化過程中，針對(duì)不同的VPE，肽連接活性水平已得到優(yōu)化［17，29-31］。

2 VPE參與程序性細(xì)胞死亡的機(jī)制

PCD是一種高度調(diào)節(jié)的生理過程，對(duì)真核生物的發(fā)育至關(guān)重要。植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞不同，由于細(xì)胞壁的存在，植物細(xì)胞在PCD期間不會(huì)被相鄰細(xì)胞吞噬［32］。VPE負(fù)責(zé)液泡膜的裂解，使蛋白酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中并啟動(dòng)蛋白水解級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡［33］。研究表明，VPE參與了許多不同類型的PCD（表1）。

2.1 VPE參與由病原體引起的生物應(yīng)激誘導(dǎo)的PCD

植物一直在不斷與環(huán)境中各種各樣的病原體接觸，如病毒、細(xì)菌、真菌，雖然植物體內(nèi)沒有特定的免疫細(xì)胞，但植物針對(duì)不同的病原體進(jìn)化出了不同的防御策略［57］，其中一種策略就是產(chǎn)生超敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR），能夠快速地導(dǎo)致局部的細(xì)胞超敏性死亡，它是PCD的一種形式。某些病原菌引起的超敏細(xì)胞死亡是由液泡介導(dǎo)的，通常有2種不同途徑，即非破壞性途徑和破壞性途徑［19］（圖2）。

圖2 液泡介導(dǎo)細(xì)胞死亡的兩種不同途徑Fig. 2 Two different ways of vacuole-mediated cell death

非破壞性途徑是由于液泡膜和質(zhì)膜融合使液泡與細(xì)胞質(zhì)膜外部空間相互連接，導(dǎo)致液泡中的水解酶排到細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，此過程不涉及液泡膜破裂。當(dāng)植物受到細(xì)菌病原體感染后，液泡內(nèi)的防御蛋白會(huì)發(fā)生聚集，由于液泡質(zhì)膜的融合使得液泡防御蛋白被釋放到細(xì)菌增殖的細(xì)胞外空間，從而阻止細(xì)菌的生長。破壞性細(xì)胞死亡途徑是由液泡膜破裂直接導(dǎo)致液泡中的水解酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中，降解細(xì)胞質(zhì)成分，進(jìn)而引起快速直接的細(xì)胞死亡。當(dāng)植物受到病毒感染后，由于大部分防御蛋白并不能阻止病毒繁殖，于是細(xì)胞采用液泡膜裂解機(jī)制，通過自殺行動(dòng)抵制病毒的繁殖和擴(kuò)散，保護(hù)其他部分以及整個(gè)植物體的存活。VPE依賴性細(xì)胞死亡通過破壞液泡膜有效地清除細(xì)胞內(nèi)的病毒，因此，VPE在病毒誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的早期階段顯然是必不可少的。

植物液泡內(nèi)包含多種水解酶和防御蛋白，是植物體內(nèi)的溶解細(xì)胞器，液泡蛋白在翻譯后被加工成成熟形式或在VPE的作用下被降解［58］。煙草葉片中VPE的失活導(dǎo)致煙草花葉病毒（tobacco mosaic virus，TMV）誘導(dǎo)的PCD水平降低［9］，同時(shí)檢測(cè)到caspase-1活性降低，這是首次直接證明VPE所具有的caspase-1活性是導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡的基礎(chǔ)［59］。通過使用caspase抑制劑抑制VPE活性，從而能夠抑制植株被細(xì)菌或病原體侵染后引起的PCD［42］。類似地，通過沉默VPE基因，使得缺乏VPE的煙草植株中的病毒誘導(dǎo)的HR得到抑制［34］。近年來，在蘋果葉片中發(fā)現(xiàn)VPE與梨火疫病菌（Erwinia amylovora）誘導(dǎo)的超敏反應(yīng)有關(guān)［51］。另外，VPE依賴性細(xì)胞死亡也參與了真菌毒素誘導(dǎo)擬南芥敏感細(xì)胞的死亡［46］。因此，VPE既作為植物防御策略介導(dǎo)了超敏細(xì)胞死亡，又作為一種病原策略介導(dǎo)了毒素誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

2.2 VPE參與植物發(fā)育階段的PCD

PCD在不同發(fā)育階段包括種皮形成、側(cè)根出現(xiàn)、芽的發(fā)育與衰老、糊粉細(xì)胞降解、花粉自交不親和性、葉片和花瓣衰老中都有發(fā)生［60］。已經(jīng)證明大麥的VPE參與大麥種子（包括核與果皮）中母體組織的降解，從而也影響種子顆粒的大小［61-63］。葡萄的（Vitis vinifera）VvβVPE在胚珠成熟和發(fā)芽過程中具有重要作用［64］；在木質(zhì)部發(fā)育過程中，馬鈴薯塊莖頂芽分生組織的分化及頂端優(yōu)勢(shì)的出現(xiàn)［50］，根瘤的發(fā)育和衰老［62，65］，葉和花瓣衰老［46，61］和花粉發(fā)育［66］中也發(fā)現(xiàn)了VPE參與PCD的證據(jù)。野生煙草和轉(zhuǎn)基因煙草的異種間F1雜交系中幼苗階段出現(xiàn)了雜交致死現(xiàn)象，雜交幼苗死亡是由于液泡膜的破裂導(dǎo)致的［67］，抑制VPE活性后PCD水平有所降低，由此發(fā)現(xiàn)液泡膜的破裂與VPE的活性有關(guān)。

2.3 VPE參與由非生物脅迫引起的PCD

VPE參與由非生物脅迫引起的PCD，一般來說，非生物脅迫（如干旱）可以誘導(dǎo)多種形式的半胱氨酸蛋白酶，這些蛋白酶在自然衰老期間可能不會(huì)表達(dá)［68］。擬南芥γVPE在保衛(wèi)細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá)并參與水脅迫反應(yīng)［69］，當(dāng)γVPE突變時(shí)，γVPE敲除的突變株降低了氣孔開度，擬南芥植物更耐旱，表明該類型VPE對(duì)氣孔運(yùn)動(dòng)具有調(diào)控作用。水稻OsVPE2和OsVPE3可能與過氧化氫和鹽脅迫誘導(dǎo)的PCD有關(guān)，其中，H2O2脅迫導(dǎo)致OsVPE2和OsVPE3表達(dá)量上調(diào)；抑制OsVPE3的表達(dá)使得PCD期間液泡破裂減少以及葉寬和氣孔保衛(wèi)細(xì)胞長度降低，增強(qiáng)了水稻的耐鹽性［70］。在重金屬鋁脅迫下，caspase抑制劑抑制番茄懸浮細(xì)胞中PCD，首次證實(shí)了類caspase活性與鋁誘導(dǎo)的PCD有關(guān)［71］，近期研究發(fā)現(xiàn)液泡膜破裂早于細(xì)胞死亡，表明VPE介導(dǎo)的液泡破裂在鋁脅迫誘導(dǎo)的PCD中起關(guān)鍵作用。另外，一些植物激素（如乙烯、水楊酸和茉莉酸），以及一氧化氮等都能使VPE基因表達(dá)上調(diào)［21］。

3 VPE的分類

從苔蘚、蕨類植物到種子植物的進(jìn)化過程中，VPE總是扮演著重要角色。植物VPE類似于哺乳動(dòng)物caspase，都參與調(diào)控PCD途徑［72］。兩者的不同之處在于，在動(dòng)物中編碼同一種型的蛋白，并且成熟的酶位于胞質(zhì)溶膠中［73］；然而，在高等植物液泡中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)幾種不同類型的VPE，例如擬南芥基因組包含4種類型VPE（αVPE、βVPE、γVPE和δVPE）。根據(jù)氨基酸序列和表達(dá)模式分析將其 劃 分 為3大 類［20］：營 養(yǎng) 類（α型VPE和γ型VPE）［74-76］、種子類（β型VPE）［76］和新型（δ型VPE）［48］。將VPE分為種子類和營養(yǎng)類的這種分類方式與將液泡分類為蛋白質(zhì)儲(chǔ)存型液泡和裂解型液泡有關(guān)，蛋白質(zhì)儲(chǔ)存型液泡含有大量種子萌發(fā)和生長過程中需要的防御和儲(chǔ)存蛋白，而裂解型液泡則含有大量水解酶。另外一種新型δ型VPE在種子發(fā)育早期種皮的2個(gè)細(xì)胞層中特異、短暫地表達(dá)。

隨著研究的進(jìn)步，由于這些類型的VPE之間沒有實(shí)質(zhì)的序列差異，不能為每個(gè)成員分配特定的功能與特點(diǎn)，而且也不能排除VPE在其他組織或發(fā)育階段具有的表達(dá)活性。例如，在擬南芥αVPE、βVPE和γVPE三重突變體中檢測(cè)到種子貯藏蛋白的前體，沒有成熟的貯藏蛋白，而在αVPE、γVPE單突變體以及αVPE、γVPE雙重突變體中檢測(cè)到成熟的貯藏蛋白，表明種子β型VPE在種子成熟期胚胎中發(fā)揮重要作用；βVPE、γVPE雙重突變體比βVPE單突變體積累了更多的存儲(chǔ)蛋白前體和較少的成熟形式，說明營養(yǎng)型VPE（α VPE和γ VPE）的表達(dá)也參與了種子貯藏蛋白的加工，并且在胚胎成熟過程中補(bǔ)充了β型VPE的活性［77-78］。在煙草中，NtVPE3是一種與δVPE高度同源的VPE基因，但在葉片和根部以及成熟的種子中也檢測(cè)到該基因的表達(dá)［79］。

Kenji等［80］從進(jìn)化的角度分析不同植物不同類型VPE蛋白構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖3），認(rèn)為被子植物的VPE主要起源于γ型VPE和β型VPE［81］。由于在植物進(jìn)化過程中薔薇亞綱出現(xiàn)了薔薇超目和菊超目的分離，因此，α型VPE逐漸從γ型VPE中分離出來，薔薇超目中十字花目的出現(xiàn)使得δ型VPE從γ VPE中分離出來，該研究推測(cè)造成這些類型VPE基因的差異可能是由于植物進(jìn)化過程中的全基因組復(fù)制［80］。目前，雖然對(duì)于VPE的分類仍存在爭議，但在對(duì)VPE進(jìn)行分類時(shí)仍然遵循將VPE分為營養(yǎng)型和種子型的分類方式。

圖3 植物液泡加工酶系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig. 3 Phylogenetic tree of vacuolase system in plants

4 不同類型VPE的生物學(xué)功能

4.1 β型VPE對(duì)種子貯藏蛋白成熟具有重要作用，且在胚胎、胚乳及花粉中特異表達(dá)

種子貯藏蛋白包括白蛋白和球蛋白，在種子成熟過程中積累。在液泡中，通過VPE裂解貯藏蛋白前體，從而使種子貯藏蛋白成熟［24］。在水稻和擬南芥中，βVPE突變導(dǎo)致種子貯藏蛋白前體部分積累［26-27，82-83］，表明其參與了種子貯藏蛋白的成熟過程。并且除了β型VPE外，γ型VPE在蛋白質(zhì)加工中也起作用，但β型VPE在這一過程中起主要作用。βVPE在種子成熟期廣泛表達(dá)，此時(shí)種子貯藏蛋白大量積累；αVPE和γVPE在種子發(fā)育早期表達(dá)，表達(dá)水平低于βVPE［24］，這些差異表明β型VPE是種子貯藏蛋白加工的主要貢獻(xiàn)者。

β型VPE廣泛存在于被子植物中，在被子植物進(jìn)化過程中，β型VPE最早與其他類型VPE分離，這種分離與雙受精系統(tǒng)（雙受精系統(tǒng)涉及胚乳的發(fā)育）的發(fā)展相一致［84］。最早發(fā)現(xiàn)的是蓖麻中的βVPE，它主要在種子中表達(dá)。擬南芥β型VPE直接參與半胱氨酸蛋白酶在空泡降解前的成熟，間接參與了氈層的降解和花粉的發(fā)育［66］；番茄SlVPE4的啟動(dòng)子在成熟胚中顯示出很高的活性水平［85］；栽培煙草βVPE（NtVPE2）在胚胎發(fā)育后期和花粉中都有表達(dá)［79］；葡萄VvβVPE在胚珠發(fā)育過程中有特異表達(dá)［64］。總之，βVPE在種子成熟過程中的胚胎和胚乳以及花粉中都有特異性表達(dá)。

4.2 δ VPE在種皮中特異表達(dá)

被子植物種子的種皮包裹著胚和胚乳，在種皮發(fā)育成完全的種皮前，胚和胚乳是由內(nèi)外兩層細(xì)胞層（內(nèi)種皮、外種皮）組成的，細(xì)胞層在受精后開始發(fā)育，形成了種皮的具體化結(jié)構(gòu)。在種子發(fā)育的早期階段，具有caspase-1活性的δ型VPE在這些細(xì)胞層中表達(dá)導(dǎo)致PCD，從而減少細(xì)胞層的厚度并形成種皮。δ型VPE最初是從擬南芥種皮的外層中鑒定［48］，由于δVPE缺失突變株中PCD過程顯示下降水平，并且擬南芥種子成熟過程中外層細(xì)胞層在整個(gè)胚胎形成期都保存著原有的厚度，證明δ型VPE在種皮的形成階段主要是通過PCD來控制細(xì)胞層的厚度。其他物種中的δ型VPE也扮演著重要角色，如番茄SlVPE2在種皮中特異表達(dá)［85］；煙草NtTPE8在種子外皮絨氈層中表達(dá)，并且下調(diào)NtTPE8的表達(dá)，誘導(dǎo)胚胎流產(chǎn)［86］；大麥HvVPE2a位于珠心的細(xì)胞壁，在谷物發(fā)育過程中降解細(xì)胞壁［87］等。

除此之外，δVPE在植物營養(yǎng)組織中還具有其他功能。例如，擬南芥δVPE在種子萌發(fā)胚根伸出期間瞬時(shí)表達(dá)，一旦幼苗建立，其表達(dá)水平就會(huì)下降［88］。與野生型擬南芥相比，δVPE缺失突變株表現(xiàn)出葉片卷曲和壞死、蚜蟲種群的快速聚集，表明δVPE功能喪失，對(duì)植物自身的基礎(chǔ)防御會(huì)造成一定影響［89］。雖然δVPE可能表現(xiàn)出特定的表達(dá)模式，但它們的一般功能與γVPE相似，因?yàn)樗鼈儏⑴c了營養(yǎng)組織中液泡蛋白的加工或PCD的控制。

4.3 α VPE、γ VPE主要在衰老細(xì)胞中表達(dá)

VPE不僅在逆境脅迫下或細(xì)胞超敏反應(yīng)中的表達(dá)量增加，而且在植物衰老過程中，VPE的表達(dá)量也會(huì)上調(diào)。擬南芥αVPE在新生側(cè)根、緊貼死亡細(xì)胞的內(nèi)層細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，而γVPE在花粉發(fā)育末期的花粉囊中層衰老的細(xì)胞中表達(dá)，γVPE催化了植物液泡蛋白酶AtCPY的成熟，并且γVPE參與擬南芥衰老組織中液泡轉(zhuǎn)化酶AtFruct4的分解［90］，表明γVPE在植物組織老化的PCD過程中具有降解蛋白質(zhì)的作用［91］。無論是αVPE啟動(dòng)子還是γVPE啟動(dòng)子都不能在新生的且未受損傷的組織中起作用，只能在老化組織中啟動(dòng)下游基因表達(dá)［24］。營養(yǎng)型VPE在高等植物中各種類型的PCD中發(fā)揮作用，乙烯、水楊酸處理和創(chuàng)傷都能使αVPE和γVPE表達(dá)上調(diào)，茉莉酸能使γVPE表達(dá)輕微上調(diào)［90］，推測(cè)營養(yǎng)型VPE可能參與營養(yǎng)組織中各種溶解型液泡蛋白質(zhì)成熟的過程，成熟的液泡蛋白質(zhì)可能在植物細(xì)胞中液泡介導(dǎo)的病毒誘導(dǎo)細(xì)胞死亡、衰老等過程中發(fā)揮作用。

5 結(jié)論與展望

目前，關(guān)于VPE的研究仍然落后于其他半胱氨酸蛋白酶，盡管已在植物VPE基因組學(xué)、表觀遺傳學(xué)和生物信息學(xué)等［92］方面取得了一些進(jìn)展，但在應(yīng)激條件下闡明VPE的功能以及VPE在植物防御信號(hào)傳導(dǎo)中可能的作用方面仍鮮見報(bào)道。江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在近期研究中發(fā)現(xiàn)，在擬南芥中異源過表達(dá)甘薯VPE基因，對(duì)于擬南芥的發(fā)育、衰老、開花時(shí)間、葉片大小和數(shù)量以及衰老表型具有重要的調(diào)控作用［78］。因此，迫切需要開展更廣泛的VPE突變體工作以及沉默VPE工作，從而研究VPE基因在植物發(fā)育及對(duì)生物和非生物脅迫反應(yīng)方面的作用。

研究表明，通過降低VPE基因表達(dá)，從而降低半胱氨酸蛋白酶誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解，導(dǎo)致葉子和種子中更高的蛋白質(zhì)含量，半胱氨酸蛋白酶抑制劑的共表達(dá)可以增加煙草中重組蛋白的產(chǎn)生，這對(duì)提高一些農(nóng)作物的蛋白含量提供了重要的理論依據(jù)。未來研究的一個(gè)方向是半胱氨酸蛋白酶抑制劑在2種蛋白酶（Caspase-1（木瓜蛋白酶樣）和Caspase-13（VPE））之間的相互作用中發(fā)揮特殊作用。關(guān)于抑制劑的表達(dá)時(shí)間、特異性及相互作用的類型仍然是一個(gè)尚未開發(fā)的研究領(lǐng)域。另外，VPE產(chǎn)生的環(huán)狀產(chǎn)品可能具有控制害蟲的潛力，這對(duì)某些食草動(dòng)物的防治具有重要的指導(dǎo)作用。在未來關(guān)于VPE將有越來越多的新發(fā)現(xiàn)，有助于完善植物發(fā)育和防御的機(jī)制。