植物M/MLD類受體蛋白激酶及其生物學(xué)功能的研究進(jìn)展

孫嘉琪，姜 晶

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院 設(shè)施園藝省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽(yáng)110866)

植物類受體蛋白激酶(receptor-like protein kinase, RLKs)位于細(xì)胞膜上，能夠感知外界的刺激，并將信號(hào)傳遞到胞內(nèi)，使植物及時(shí)響應(yīng)外界環(huán)境的變化，進(jìn)而促發(fā)細(xì)胞進(jìn)行一系列的相關(guān)反應(yīng)[1]，但由于受體功能未被確定，將其統(tǒng)稱為類受體蛋白激酶[2]。RLKs從N端到C端主要由胞外區(qū)(extracellular domain)，跨膜區(qū)(transmembrance motif)和胞內(nèi)區(qū)(cytoplasmic domain)三部分組成[3]。其中胞外區(qū)負(fù)責(zé)信號(hào)的識(shí)別與結(jié)合，它所含有的胞外結(jié)合域(extracellular ligand-binding domain，ECLB)負(fù)責(zé)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的開(kāi)啟[4-5]。大部分的RLKs在ECLB前具有疏水氨基酸組成的N端信號(hào)肽(N-teminal signal peptide，SP)，可引導(dǎo)將蛋白質(zhì)分泌到不同的亞細(xì)胞器中[6]?？缒^(qū)一般由22～28個(gè)氨基酸構(gòu)成，負(fù)責(zé)將胞外區(qū)與胞內(nèi)區(qū)信號(hào)的銜接[2,4-5]。位于細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)區(qū)主要由近膜區(qū)(juxta-membrane region)和蛋白激酶催化區(qū)(protein kinase catalytic domain，PKC)組成，前者將跨膜區(qū)與激酶催化區(qū)分隔開(kāi)，后者由高度保守的絲氨酸/蘇氨酸組成，具有磷酸化結(jié)合位點(diǎn)，可傳遞外界信號(hào)至細(xì)胞內(nèi)并對(duì)其進(jìn)行磷酸化或去磷酸化，從而使胞外信號(hào)轉(zhuǎn)為胞質(zhì)信號(hào)[7-11]。

由于RLKs的胞內(nèi)蛋白激酶催化區(qū)相對(duì)保守，而在胞外區(qū)差異較大，故研究者根據(jù)其胞外區(qū)氨基酸序列的差異，將植物RLKs分為以下幾大類：富含亮氨酸重復(fù)區(qū) (leucine-rich repeats, LRRs)的RLKs、具有 S 結(jié)構(gòu)域(S-domain)的RLKs、與細(xì)胞壁相聯(lián)(WAK-like)的RLKs、富含脯氨酸的類伸展素RLKs (PERKs)、幾丁質(zhì)酶相關(guān)(chitinase-related) RLKs、類凝集素型(lectin-like)的RLKs、類表皮生長(zhǎng)因子型(epidermal growth factor-like, EGF)的RLKs、類腫瘤壞死因子型(tumor-necrosis factor receptor-like, TNFR)的RLKs、類PR5型(pathogenesis related protein-5 like receptor kinases, PR5K) 的RLKs和含有Malectin-like結(jié)構(gòu)域的長(zhǎng)春花屬(Catharanthusroseus, Cr) RLKs也將其稱為M/MLD (malectin/malectin-like domain-containing) RLKs[2,12-15]。該文主要闡述植物特有的具有Malectin-like結(jié)構(gòu)域的M/MLD-RLKs類受體蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其生物學(xué)功能, 以期增進(jìn)對(duì)M/MLD-RLKs的認(rèn)識(shí)。

1 M/MLD-RLKs的發(fā)現(xiàn)

M/MLD-RLKs (malectin/malectin-like domain-containing RLKs)又稱CrRLK1(CatharanthusroseusRLK1)[16]，于1996年最先在長(zhǎng)春花屬植物中發(fā)現(xiàn)。由于該蛋白具有典型的RLKs結(jié)構(gòu)域，且胞外區(qū)又與當(dāng)時(shí)所存在的其他類別的RLKs無(wú)任何相似之處，故當(dāng)時(shí)以長(zhǎng)春花屬的拉丁文命名為CrRLK，后來(lái)隨著研究的深入，又以獨(dú)特的malectin/malectin-like結(jié)構(gòu)域命名為M/MLD-RLKs[17]。一般RLKs的活化是通過(guò)分子間進(jìn)行的，而M/MLD-RLKs可通過(guò)分子內(nèi)的自我磷酸化或去磷酸化完成活化。M/MLD-RLKs 分子內(nèi)自我磷酸化的實(shí)現(xiàn)主要是由于激酶域中第二個(gè)保守區(qū)域中的位于第499號(hào)位的賴氨酸突變?yōu)榫彼?，進(jìn)而導(dǎo)致其自磷酸化和底物磷酸化活性完全喪失[18]。

M/MLD-RLKs廣泛存在于被子植物中，目前可在數(shù)據(jù)庫(kù)中查到的已注冊(cè)的M/MLD-RLKs主要有：雙子葉植物：水稻(OryzasativaL.) 17個(gè)，葡萄(VitisviniferaL.) 10個(gè)，黃瓜(CucumismeloL.) 16個(gè)，擬南芥(ArabidopsisthalianaL.) 17個(gè)，毛果楊(PopulustrichocarpaL.) 40個(gè)，番茄(SolanumlycopersicumL.) 17個(gè)等；單子葉植物：二穗短柄草(BrachypodiumdistachyonL.)13個(gè)，玉米(ZeamaysL.) 15個(gè)，香蕉(MusaacuminataL.) 5個(gè)等[16,19-20]。目前尚未在動(dòng)物和微生物中發(fā)現(xiàn)M/MLD-RLKs的同源物，說(shuō)明M/MLD-RLKs為植物中所特有。利用MEGA軟件對(duì)150個(gè)家族成員的蛋白質(zhì)序列比對(duì)進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析。系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析發(fā)現(xiàn)，擬南芥最先進(jìn)行功能研究的2個(gè)M/MLD-RLKs——THE和FER，分別位于2個(gè)亞家族中，故將其分為THE亞家族和FER亞家族[17](圖1)。其中在擬南芥中已有13個(gè)M/MLD-RLKs的功能得到了鑒定：THESEUS1 (THE1)、HERCULES1 (HERK1)、HERCULES2 (HERK2)、FERONIA/SIRENE (FER/SIR)、ANXUR1 (ANX1)、ANXUR2 (ANX2)、ERULUS/[Ca2+]cyt-ASSOCIATED PROTEIN KINASE 1 (ERU/CAP1)、CURVY1 (CVY1)、BUDDHA PAPER SEAL1 (BUPS1)、BUDDHA PAPER SEAL2 (BUPS2)、MEDOS1 (MDS1)、 ANJEA (ANJ)和 LETUM1 (LET1)。

2 M/MLD-RLKs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及亞細(xì)胞定位

研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)M/MLD-RLKs不含有內(nèi)含子，極少數(shù)的成員在5′非翻譯區(qū)(5′ untranslational region, 5′ UTR)或3′非翻譯區(qū)存在內(nèi)含子，尚未發(fā)現(xiàn)家族成員在兩個(gè)翻譯區(qū)均存在內(nèi)含子。這一特異性也使得M/MLD-RLKs有別于其他RLKs，并且也說(shuō)明了M/MLD-RLKs幾乎不存在選擇性剪接[18,21-22]。

從蛋白結(jié)構(gòu)層面上看，現(xiàn)已分析出該家族蛋白為單跨膜蛋白，帶有C端胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域以及與受體相結(jié)合的N端。大多數(shù)M/MLD-RLKs在跨膜區(qū)與信號(hào)肽之間具有2個(gè)串聯(lián)的Malectin-like結(jié)構(gòu)域[22-23]。Malectin-like結(jié)構(gòu)域與在非洲爪蟾中發(fā)現(xiàn)的Malectin蛋白相似。Malectin蛋白位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，能與碳水化合物相結(jié)合，是蛋白N糖基化的候選因子，這也暗示著M/MLD-RLKs可識(shí)別富含碳水化合物的結(jié)構(gòu)[24]。但是兩者之間還是存在一定的差異，在非洲爪蟾Malectin蛋白中負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)與葡萄糖相互作用的殘基在Malectin-like結(jié)構(gòu)域中并不保守。盡管如此，Malectin-like結(jié)構(gòu)域也是決定M/MLD-RLKs功能的一個(gè)重要因素，并且這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)是植物所獨(dú)有的[24-25]。在富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體蛋白激酶LRR-RLKs的胞外區(qū)中也發(fā)現(xiàn)了Malectin-like結(jié)構(gòu)域，兩者M(jìn)alectin-like結(jié)構(gòu)的同源性和相似性分別達(dá)到21%和35%，超過(guò)160個(gè)氨基酸[16]。分析擬南芥中17個(gè)M/MLD-RLKs發(fā)現(xiàn)，HERK1(At3g46290)和AtLET1(At2g23200)在胞外區(qū)無(wú)Malectin-like結(jié)構(gòu)域。AtERU/AtCAP1(At5g61350)、AtANJ(At5g59700)、AtCVY1(At2g39360)、ANX2(At5g28680)、At5g24010和AtMDS4(At5g39030)在胞外區(qū)僅有1個(gè)Malectin-like結(jié)構(gòu)域。剩下9個(gè)家族成員均在胞外區(qū)有2個(gè)Malectin-like結(jié)構(gòu)域[13]。Malectin-like結(jié)構(gòu)域的數(shù)量以及有無(wú)是否會(huì)對(duì)其基因功能有影響，有何具體影響仍有待進(jìn)一步的研究。對(duì)M/MLD-RLKs的蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)家族成員的胞外區(qū)由多個(gè)β折疊和短的α螺旋環(huán)交叉連接組成，這一特點(diǎn)也是其他RLK家族所沒(méi)有的[18]。因此掌握M/MLD-RLKs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將有助于對(duì)其家族成員基因功能研究的展開(kāi)。

類受體蛋白激酶通常都是位于細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)揮作用的，M/MLD-RLKs也不例外。如擬南芥家族成員FER、THE1、ANX1、ANX2、HERK1等均定位在質(zhì)膜上，并且具有極性定位的特征。比如分布于胚囊絲狀器助細(xì)胞的FER在近珠孔端分布較多，在靠近卵細(xì)胞側(cè)分布較少[26]；而ANX1、ANX2則特異的定位于花粉管上，在花粉管頂端分布較多，遠(yuǎn)離花粉管頂端則分布較少[27]；金魚(yú)草(AntirrhinummajusL.) AmRLK主要定位在花瓣圓錐表皮細(xì)胞和根毛細(xì)胞的尖端部位[28]。以上研究結(jié)果暗示著，某些M/MLD-RLKs蛋白會(huì)被分選到細(xì)胞膜的不同區(qū)域上發(fā)揮作用。

3 M/MLD-RLKs的生物學(xué)功能

越來(lái)越多的研究表明，M/MLD-RLKs可以調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的伸長(zhǎng)、花粉管發(fā)育及果實(shí)成熟與品質(zhì)，響應(yīng)生物脅迫、非生物脅迫等等，更可與其他RLKs結(jié)合共同調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。

3.1 調(diào)控植物細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)

M/MLD-RLKs參與細(xì)胞的極性生長(zhǎng)調(diào)控[29]。擬南芥fer突變體表現(xiàn)為根毛塌陷、爆裂或根毛生長(zhǎng)受阻，表明根毛細(xì)胞生長(zhǎng)和/或極化細(xì)胞生長(zhǎng)受到FER的調(diào)控[30-31]。 FER的同系物FLR1和FLR2在控制植物株高、分蘗、分枝功能冗余[32]。例如水稻flr1和flr2突變體表現(xiàn)為半矮稈表型[33]。FER的突變體fer-4的根系對(duì)于機(jī)械刺激敏感，表現(xiàn)出異常的生長(zhǎng)反應(yīng)[34-35]。在藍(lán)光條件下，fer-4植株的根系比野生型根系生長(zhǎng)更長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)植物根系分泌的一種多肽配體快速堿化因子1(RAPID ALKALINIZATION FACTOR 1, RALF1)可以與FER結(jié)合并激活其蛋白激酶催化區(qū)[36]。RALF1-FER復(fù)合物可激活并促進(jìn)真核起始因子4E1(eukaryotic initiation factor 4E,eIF4E1)發(fā)生磷酸化，后者可以與特異性的mRNA結(jié)合來(lái)促進(jìn)根毛特異性基因RSL4(Root Hair Deffective-6-LIKE 4)和ROP2(Rho GTPases 2)的翻譯，從而調(diào)控根毛細(xì)胞的生長(zhǎng)[37]。另外，ERU是細(xì)胞生長(zhǎng)的正向調(diào)節(jié)因子，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)NH4+穩(wěn)態(tài)具有重要意義。ERU/CAP1和CVY1的突變體分別具有短根毛和呈盒狀的扁平細(xì)胞。eru突變體的根毛在生長(zhǎng)過(guò)程中毛狀體變短變少，基部腫脹，在快速生長(zhǎng)期表現(xiàn)出異常形態(tài)。同時(shí)，進(jìn)入eru液泡的NH4+減少[38-39]。CVY1也具有調(diào)節(jié)極性生長(zhǎng)的作用，cvy1突變體與fer突變體在表型上相似，都具有嚴(yán)重扭曲的根毛和呈盒狀表皮細(xì)胞[40]。

THE1和HERK1可以控制下胚軸和葉片細(xì)胞生長(zhǎng)并在控制細(xì)胞伸長(zhǎng)方面起著冗余的作用，the1和herk1單一突變體沒(méi)有產(chǎn)生缺陷表型，而the1/herk1雙突變體和the1/herk1/herk2三突變體的葉和莖都表現(xiàn)出細(xì)胞伸長(zhǎng)缺陷[41-42]。THE1在促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)與維持細(xì)胞壁的完整性過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。在一些纖維素缺乏的突變體中, T-DNA插入THE1等位基因的突變體，顯示出生長(zhǎng)抑制和異位木質(zhì)化的減少[41,43]。研究結(jié)果表明THE1可能作為一種傳感器來(lái)維持細(xì)胞壁的完整性。the1 的隱性突變可以抑制纖維素合成酶，突變體具有較短的下胚軸，但這種突變并不影響野生型植物的下胚軸。究其原因只有當(dāng)纖維素合成酶突變體中剛性細(xì)胞壁的約束減少時(shí)，才能表現(xiàn)出受the1突變的影響[44]。以上研究結(jié)果表明，M/MLD-RLKs參與植物多種細(xì)胞的伸長(zhǎng)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)植株表型，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。至于M/MLD-RLKs是如何調(diào)節(jié)下級(jí)信號(hào)分子，如何感知外界信號(hào)刺激進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)等功能，還需進(jìn)一步發(fā)掘。

3.2 調(diào)控花粉管發(fā)育

FER控制著生殖過(guò)程中幾種連鎖功能的條件，以防止雌性配子體被多個(gè)花粉管穿透。這一過(guò)程可以保證精子的有效傳遞，并且阻斷多精子受精的雙重作用[45]。FER也在控制花粉管堵塞中發(fā)揮作用，在fer突變體中，約一半的雌配子體被多根花粉管穿透,超過(guò)80%的雌配子體不能誘導(dǎo)花粉管破裂，導(dǎo)致過(guò)大的花粉管堆積[45-46]。此外，F(xiàn)ER控制RHO GTPase信號(hào)，在絲狀器處產(chǎn)生最大量的ROS，誘導(dǎo)剛剛穿透的花粉管破裂，從而釋放精子[47]。FER通過(guò)ROS和Ca2+信號(hào)在花粉管接收期間起到協(xié)調(diào)復(fù)雜的雄雌配子體之間的信息交流作用[48]。

ANX1和ANX2在花粉管伸長(zhǎng)中起重要作用，ANX1和ANX2在花粉中優(yōu)先表達(dá)，并通過(guò)胞外區(qū)與BUPS1和BUPS2互作形成復(fù)合物來(lái)控制花粉管的生長(zhǎng)和破裂。anx1/anx2雙敲除突變體由于花粉管的早熟破裂而不育[49]。ANX1和ANX2的過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致胞吐過(guò)度激活，進(jìn)而引起細(xì)胞壁物質(zhì)在花粉管尖端過(guò)度積聚，進(jìn)而導(dǎo)致花粉管生長(zhǎng)停滯和膜內(nèi)陷[50]。此外，已有報(bào)道顯示，由于ANX1和ANX2的胞外區(qū)在氨基酸水平上具有83.2%的相似性，ANX1和ANX2可以結(jié)合相同的配體，在花粉中功能冗余。在花粉管生長(zhǎng)過(guò)程中，細(xì)胞壁的完整性需要由另外兩個(gè)部分表達(dá)的M/MLD-RLKs成員BUPS1和BUPS2所維持，其中BUPS1起主要作用。BUPS1和BUPS2與ANX1和ANX2互作并形成復(fù)合物，而且都能單獨(dú)結(jié)合到表達(dá)RALF4和RALF19的花粉上[51-52]。

在水稻中AtBUPS同源突變基因RUPO控制成熟花粉粒的特異性表達(dá)[53]。 T-DNA插入的突變體rupo表現(xiàn)出雄性特異的配子體傳遞缺陷，以及花粉管過(guò)早破裂，這與擬南芥anx1/anx2和bups1/bups2雙突變體非常相似[54-55]。RUPO是AtBUPS1和AtBUPS2的同源基因，并且RUPO的胞內(nèi)區(qū)可以與高親和力的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsHAK1、OsHAK19和OsHAK20互作，這表明細(xì)胞壁完整性的傳感和K+穩(wěn)態(tài)在花粉管生長(zhǎng)控制中具有緊密聯(lián)系。在水稻中，DRUS1和DRUS2也被命名為FLR1和FLR2，是最接近AtFER的水稻直系同源基因，drus1/drus2雙突變體和RNAi系在莖伸長(zhǎng)、花期和小穗發(fā)育、結(jié)實(shí)和花粉環(huán)境以及有效糖利用和細(xì)胞存活方面存在缺陷。flr1/drus1和flr2/drus2雙突變體都影響植株的株型結(jié)構(gòu)特征，如株高、穗數(shù)和節(jié)間長(zhǎng)度，而只有flr1單突變體顯示出花粉發(fā)育的敗育，這種突變導(dǎo)致其育性降低，從而導(dǎo)致減產(chǎn)[30]。RALF同系物SlRALF和甘蔗(SaccharumofficinarumL.)同系物SacRALF1分別對(duì)番茄的花粉管伸長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用[56]。說(shuō)明番茄和甘蔗的M/MLD-RLKs基因在RALF介導(dǎo)的這些過(guò)程控制中存在的潛在功能。這些發(fā)現(xiàn)反映了M/MLD-RLKs在不同植物的花粉管發(fā)育過(guò)程中具有不同作用。

3.3 調(diào)控果實(shí)成熟與品質(zhì)

已有研究發(fā)現(xiàn)，M/MLD-RLK家族成員參與果實(shí)成熟以及品質(zhì)的調(diào)控。水稻flr突變體種子中淀粉、糖的含量極顯著高于野生型，蛋白含量顯著低于野生型；過(guò)表達(dá)株系種子中的淀粉、糖含量顯著低于野生型但蛋白含量沒(méi)有顯著差異；Cas9-flr敲除突變體種子出現(xiàn)了白核粉狀胚乳[57]。草莓FaMRLK47的過(guò)表達(dá)延遲了果實(shí)成熟，可溶性糖，淀粉含量也有所變化；RNAi介導(dǎo)的FaMRLK47下調(diào)加速了果實(shí)成熟，表明FaMRLK47可能參與草莓果實(shí)糖代謝[58]。番茄SlFERL在果實(shí)中高表達(dá)，與S-腺苷蛋氨酸合成酶(S-adenosyl-Methionine Synthetase, SASM)相互作用以調(diào)節(jié)果實(shí)成熟[59]。蘋(píng)果MdFERL6過(guò)表達(dá)和反義表達(dá)分別抑制和促進(jìn)乙烯的產(chǎn)生，進(jìn)而影響果實(shí)的成熟[60]。從以上研究結(jié)果可以看出M/MLD-RLK家族通過(guò)改變果實(shí)中淀粉、可溶性糖，以及激素含量來(lái)調(diào)控果實(shí)品質(zhì)以及成熟。因此，明確M/MLD-RLKs的作用機(jī)制，對(duì)改善作物產(chǎn)量以及品質(zhì)方面具有重大意義。

3.4 參與非生物脅迫

FER也在多種非生物脅迫中發(fā)揮作用。fer-4幼苗對(duì)鹽、冷/熱脅迫以及鋰處理都非常敏感，但對(duì)滲透脅迫處理不敏感[36,61]。FER還參與對(duì)溫度、鹽和病原體的反應(yīng)并影響擬南芥的免疫應(yīng)答[34,61]。高鹽脅迫下，定位在質(zhì)膜上的FER可感測(cè)到細(xì)胞壁的變化進(jìn)而與果膠發(fā)生物理作用，維持細(xì)胞壁的完整性。與野生型相比，fer-2、fer-4在鹽脅迫24 h內(nèi)，表現(xiàn)出明顯的根伸長(zhǎng)缺陷。fer中根部細(xì)胞膨脹至破裂后失去活性。而野生型中，根部細(xì)胞僅膨脹未發(fā)生破裂[61]。

水稻中，一些M/MLD-RLKs同源物在晝夜信號(hào)傳導(dǎo)和干旱脅迫反應(yīng)中起作用。3個(gè)在葉片中表達(dá)的水稻M/MLD-RLKs同源物OsCrRLK1-L2和OsCrRLK1-L3的表達(dá)量分別在白天和夜間被拮抗性上調(diào)[55]。水稻開(kāi)花時(shí)間調(diào)節(jié)基因OsGIGANTEA(OsGI)促進(jìn)OsCrRLK1-L2表達(dá)，而AtCONSTANS同源物OsHD1抑制其表達(dá)。在水稻愈傷組織培養(yǎng)物中，AtHERK2直系同源基因OsCrRLK1-L15的功能缺失突變體對(duì)鹽脅迫的耐受性增強(qiáng)[62]。

FER是植物生長(zhǎng)和環(huán)境信號(hào)間轉(zhuǎn)導(dǎo)的節(jié)點(diǎn)，是植物生長(zhǎng)和存活的多功能調(diào)節(jié)因子。FER通過(guò)整合不同的環(huán)境因子和內(nèi)源因子來(lái)調(diào)控?cái)M南芥細(xì)胞的生長(zhǎng)和脅迫反應(yīng)。FER可以調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素刺激的根毛伸長(zhǎng)，并介導(dǎo)脫落酸(ABA)和RALF1之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以調(diào)節(jié)脅迫條件下的根系生長(zhǎng)[63-64]。

3.5 參與生物脅迫

FER突變?cè)黾恿藢?duì)病原菌的抵抗力，但卻增加了對(duì)炭疽菌的易感性。在水稻中，F(xiàn)ER的突變提高了稻瘟病抗性[57]。FER及其同系物ANX1的功能都能與免疫受體相關(guān)[65]。在花粉中優(yōu)先表達(dá)的ANX1和ANX2在葉組織的免疫過(guò)程中發(fā)揮作用，ANX1和ANX2負(fù)調(diào)控病原體相關(guān)分子和效應(yīng)器均可以觸發(fā)免疫。與野生型植物相比，anx1、anx2單突變株和anx1/anx2雙突變株都對(duì)細(xì)菌性葉斑病菌(Pst DC3000)侵染的抗性增強(qiáng)。ANX1與核苷酸結(jié)合域富含亮氨酸重復(fù)序列(NLR)的蛋白復(fù)合物相互作用，并破壞NLR蛋白R(shí)PS2的穩(wěn)定性，從而抑制RPS2介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和防御反應(yīng)[66]。菜豆(PhaseolusvulgarisL.)中的2個(gè)M/MLD-RLKs同源物COK-4-3和FER-like，在用細(xì)菌鞭毛蛋白Flagelin的N端保守氨基酸序列作為激活植物免疫反應(yīng)小肽flg22處理后產(chǎn)生差異表達(dá)，表明其在病原體防御中發(fā)揮作用[65,67-68]。

4 展 望

在本文中，我們介紹了一個(gè)植物所特有的類受體蛋白家族——M/MLD-RLK。自1996年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，越來(lái)越多的研究表明RLKs在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，以及響應(yīng)生物、非生物脅迫中具有著不同的生理功能(表1)。其中的M/MLD-RLKs亞家族因其獨(dú)特的Malectin-like結(jié)構(gòu)域而被越來(lái)越多的科學(xué)研究者所關(guān)注。隨著M/MLD-RLKs相關(guān)的研究不斷增多，研究者發(fā)現(xiàn)M/MLD-RLKs可在調(diào)控植物根系、葉片、花發(fā)育及響應(yīng)多種脅迫過(guò)程中發(fā)揮作用。根據(jù)M/MLD-RLKs的生理功能分析，可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因、功能蛋白組學(xué)、CRISPR-Cas9等技術(shù)對(duì)其家族成員進(jìn)行更深層次的研究，進(jìn)而改善植物的抗性，調(diào)整植物的長(zhǎng)勢(shì)以及雌雄配子之間的關(guān)系。

同樣，M/MLD-RLKs作為類受體蛋白激酶的一個(gè)亞家族成員，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用也是不可忽視的。由文中可知，M/MLD-RLKs可作為細(xì)胞表面信號(hào)感受器，感知胞外信號(hào)并通過(guò)位于胞內(nèi)區(qū)的蛋白激酶催化區(qū)進(jìn)行分子間的自我磷酸化或去磷酸化完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。為更深入地了解M/MLD-RLKs所介導(dǎo)的信號(hào)通路，對(duì)其下游的互作蛋白的研究必不可少，這將很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的生物學(xué)功能以及新的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。另外，位于M/MLD-RLKs胞外區(qū)獨(dú)特的malectin/malectin-like結(jié)構(gòu)域，是蛋白N糖基化的候選因子，這意味著M/MLD-RLKs可識(shí)別富含碳水化合物的結(jié)構(gòu)，例如可與細(xì)胞碳骨架結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的伸長(zhǎng)。因此對(duì)M/MLD-RLKs可識(shí)別的細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及結(jié)合方式的研究將會(huì)在改善植株形態(tài)上發(fā)揮新的作用。

表1 部分植物M/MLD-RLKs生理功能

盡管對(duì)M/MLD-RLKs的研究在持續(xù)增加，但它們主要集中在模式植物擬南芥中，并且對(duì)M/MLD-RLKs的結(jié)構(gòu)、激活機(jī)制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和進(jìn)化等方面的研究較少。我們迫切地需要闡明更多其他植物中 M/MLD-RLKs的功能，完善并鑒定與M/MLD-RLKs相互作用的新配體以及其他互作蛋白。目前的研究顯示M/MLD-RLKs與作物的很多重要農(nóng)藝性狀有重要聯(lián)系，如增產(chǎn)、植株表型的變化、細(xì)胞壁的改變、病原體防御或非生物脅迫信號(hào)等，因此對(duì)M/MLD-RLKs生理功能以及作用途徑的研究成果將可有助于對(duì)作物的可持續(xù)改良，尤其是對(duì)玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等農(nóng)作物以及園藝作物的研究。