植物感受鹽脅迫及相關(guān)鈣信號(hào)的研究進(jìn)展

陳嬌嬈 續(xù) 旭 胡章立 楊 爽，2*

（1. 深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院，深圳 518060；2. 深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，深圳 518060）

土壤鹽漬化是一個(gè)日益嚴(yán)峻的全球性問題，主要分布在干旱和半干旱地區(qū)，占可耕種土地面積約20%。主要農(nóng)作物如水稻（）、小麥（）、玉米（）等都是甜土植物，當(dāng)土壤鹽濃度過高時(shí)，這些主要農(nóng)作物的產(chǎn)量會(huì)大幅降低。隨著世界人口的不斷增多，人類對(duì)食物的需求也隨之增多。根據(jù)預(yù)測(cè)，我國糧食消費(fèi)總量需求在2030 年將達(dá)到6.5 億t。因此，植物感受鹽脅迫的機(jī)制以及關(guān)于鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究對(duì)糧食安全具有重要意義。

土壤鹽漬化的可溶性鹽離子有多種類型，如陰離子CO、HCO、Cl、SO、PO等，陽離子如Na、K、Ca、Mg等，其中主要由中性鹽（NaCl、NaSO）造成的脅迫為中性鹽脅迫；由堿性鹽（如NaCO、NaHCO等）引起的脅迫為堿性鹽脅迫。鹽漬化產(chǎn)生的鹽脅迫對(duì)植物的危害包括滲透脅迫、離子毒害、營(yíng)養(yǎng)失衡和氧化損傷等。土壤中高濃度的鹽離子提高了環(huán)境中的滲透勢(shì)，降低了植物根系的吸水能力。鹽脅迫下，植物被動(dòng)吸收Na和Cl并在體內(nèi)積累，對(duì)自身產(chǎn)生毒害作用，同時(shí)干擾K等其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，降低光合效率，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)并引起激素的變化。鹽脅迫下產(chǎn)生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS 對(duì)部分DNA、RNA及蛋白質(zhì)造成損傷，并且破壞細(xì)胞膜的完整性。值得注意的是，鹽脅迫引起的滲透脅迫和離子脅迫的信號(hào)通路不同，滲透脅迫是水分虧缺的常見后果，并不是鹽脅迫特有的。

Ca是植物細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使，植物在外界刺激下，相關(guān)受體接收刺激在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生Ca信號(hào)，調(diào)控下游響應(yīng)基因使植物能夠應(yīng)對(duì)各類逆境脅迫，如Ca濃度的升高可以保護(hù)植物免受Na的毒害，當(dāng)根感知Na后，通過Ca信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)激活SOS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，有助于Na排出細(xì)胞外，維持細(xì)胞Na/K穩(wěn)態(tài)。在這篇綜述中，我們討論了與Ca信號(hào)相關(guān)的植物鹽脅迫響應(yīng)的最新研究成果，重點(diǎn)是植物鹽感知及其傳導(dǎo)相關(guān)的Ca信號(hào)事件。

1 鹽脅迫下植物Ca2+信號(hào)的響應(yīng)

由于植物的固著性，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中發(fā)育進(jìn)化出合適的機(jī)制來適應(yīng)高鹽環(huán)境。鹽脅迫在植物中誘導(dǎo)離子脅迫、滲透脅迫以及一系列次生脅迫。植物受到鹽脅迫時(shí)，相關(guān)鹽受體感知刺激并將其轉(zhuǎn)化成Ca信號(hào)，完成將外界刺激轉(zhuǎn)化為體內(nèi)信號(hào)的過程。細(xì)胞質(zhì)游離Ca的濃度（［Ca］）和分布構(gòu)成了Ca信號(hào)的基礎(chǔ)。植物［Ca］在100～200 nmol·L，細(xì) 胞 外 游 離Ca濃 度 為1～10 mmol·L，一些細(xì)胞器如液泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等Ca含量比細(xì)胞質(zhì)中更高，也被稱為植物中的鈣庫。非損傷微測(cè)技術(shù)（non-invasive micro-test technique，NMT）是近年來開發(fā)的一種新型獲取離子跨膜流動(dòng)變化的技術(shù)。NMT 可記錄多種離子流，如K流、H流、Cl流或Ca流等，具有高靈敏度、高空間分辨率、可測(cè)種類多的特點(diǎn)。使用NMT檢測(cè)Ca流可直觀觀察到逆境下Ca流速和方向的變化，研究Ca流對(duì)其他離子/分子流的影響，探究Ca在植物抗逆過程中的作用。NMT 在植物中實(shí)時(shí)記錄Ca流已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如通過NMT發(fā)現(xiàn)ROS 的積累在保衛(wèi)細(xì)胞中誘導(dǎo)Ca信號(hào)的產(chǎn)生，同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)ABA 濃度過高時(shí)，OsANN4 通過調(diào)節(jié)ROS 產(chǎn)生、介導(dǎo)Ca流入細(xì)胞與OsCDPK24 相互作用。在動(dòng)物細(xì)胞中也得到了應(yīng)用，如NMT測(cè)量大腦神經(jīng)元中Ca跨膜運(yùn)輸。

植物受到外界冷脅迫、機(jī)械脅迫、干旱脅迫或鹽脅迫時(shí)會(huì)觸發(fā)［Ca］瞬時(shí)增加，達(dá)到μmol·L水平。［Ca］的升高是通過Ca通道實(shí)現(xiàn)的，Ca通道允許Ca從細(xì)胞外或細(xì)胞器進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)胞內(nèi)Ca瞬時(shí)升高激活下游響應(yīng)機(jī)制后，鈣離子泵可以通過將過量的Ca排出細(xì)胞外或者儲(chǔ)存在鈣泵中，鈣泵包括液泡、線粒、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，如CAXs是Ca/陽離子反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Ca/cation antiport?er，CaCA）超家族的一個(gè)亞群，CAXs 蛋白介導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)Ca進(jìn)入液泡以防止Ca在細(xì)胞質(zhì)中過度積累，鹽脅迫下，SOS2 可通過調(diào)節(jié)CAX1 維持細(xì)胞內(nèi)Ca平衡。

細(xì)胞壁是最早接受外界環(huán)境刺激的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素、果膠和許多糖蛋白組成。受體激酶FER（FERONIA）能感受鹽脅迫下植物細(xì)胞壁酸化的刺激，F(xiàn)ER 定位于細(xì)胞膜上，在植物遭受鹽脅迫時(shí)對(duì)維持細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)起關(guān)鍵作用。在鹽脅迫下，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)遭受離子損害，該損傷被FER 感知，F(xiàn)ER 通過未知途徑激活Ca通道，在根細(xì)胞中產(chǎn)生Ca信號(hào)。FER 功能的喪失導(dǎo)致鹽誘導(dǎo)的Ca信號(hào)減少和對(duì)高鹽條件的敏感性增加。此外，細(xì)胞壁富含亮氨酸重復(fù)延伸蛋白3/4/5（Leucine-rich repeat extensins，LRX3/4/5）、快速堿化因子22/23（Rapid alkalinization fac?tor，RALF22/23）和FER 作為一個(gè)模塊能夠通過調(diào)控激素穩(wěn)態(tài)和ROS積累同時(shí)影響植物的生長(zhǎng)和鹽脅迫耐受性。

目前關(guān)于植物鹽受體的研究進(jìn)展表明，位于植物細(xì)胞膜上的編碼葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（monoca?tion-induced［Ca］increases 1，MOCA1），將葡萄糖醛酸（glucuronic acid，GlcA）轉(zhuǎn)移到肌醇磷酰肌酰胺（inositol phosphorylceramide，IPC）上，在細(xì)胞膜外側(cè)產(chǎn)生糖基肌醇磷酰肌酰胺（glycosyl inositol phosphorylceramide，GIPC）。GIPCs 是長(zhǎng)的脂肪酸鏈，具有帶負(fù)電荷的葡萄糖醛酸基團(tuán)，在鹽脅迫下能直接結(jié)合Na，打開Ca通道，促進(jìn)［Ca］升高。用200 mmol·LNaCl 溶液處理突變體顯示［Ca］含量顯著低于正常值，用相同濃度K或Li處理幼苗，突變體中的［Ca］變化與Na處理結(jié)果相似。結(jié)合一價(jià)陽離子能力下降，導(dǎo)致［Ca］無法正常升高和高鹽敏感表型。GIPCs 作為單價(jià)陽離子感受器，在植物鹽信號(hào)通路中引發(fā)Ca信號(hào)產(chǎn)生。然而，GIPC 介導(dǎo)植物Ca通道激活的確切分子機(jī)制尚不清楚（見圖1）。此外，在高濃度鹽脅迫下，植物體內(nèi)有多個(gè)分子開關(guān)進(jìn)行響應(yīng)，如環(huán)核苷酸門控離子通道（cyclic nucleotidegated channels，CNGCs）、高親和力K通道（high-af?finity Kchannels，HKTs）、谷氨酸激活通道（gluta?mate receptors，GLRs）等，進(jìn)而將胞外K和Na運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)（見圖2）。

圖1 鹽脅迫導(dǎo)致滲透脅迫、離子脅迫的早期信號(hào)OSCA1.高滲透壓誘導(dǎo)［Ca2+］i升高1；MOCA1.單價(jià)陽離子誘導(dǎo)［Ca2+］i升高1；GIPC.糖基肌醇磷酰肌酰胺；IPC.肌醇磷酰肌酰胺；？.未被發(fā)現(xiàn)的感受鹽脅迫的鈣離子通道Fig.1 Early signal of osmotic stress and ion stress induced by salt stressOSCA1.Hyperosmolality-induced［Ca2+］i increase 1；MOCA1.Monocation-induced［Ca2+］i increases 1；GIPC.Glycosyl inositol phosphorylceramide；IPC.Inositol phosphorylceramide；？.Indicates unknown salt stress induced Ca2+channel

圖2 植物鹽脅迫應(yīng)答中的Ca2+信號(hào)ABI.脫落酸不敏感蛋白；CaM.鈣調(diào)蛋白；CAX.Ca2+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；CBL.鈣調(diào)磷酸酶B 樣蛋白；CIPK.CBL 互作蛋白激酶；CNGC.環(huán)核苷酸門控離子通道；FER.FERONIA 受體激酶；GIPC.糖基肌醇磷酰肌酰胺；GI.GIGANTEA 蛋白；GLR.谷氨酸激活通道；HKT.高親和力K+通道；NHX.Na+/H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；SOS.鹽過敏感；Vacuole.液泡；14-3-3.14-3-3 蛋白；箭頭和條形.激活和抑制；虛線和問號(hào).不確定的途徑或未知的成分有待識(shí)別Fig.2 Calcium signaling in plant response to salt stressABI.ABA-insensitive；CaX. Ca2+/H+ exchanger；CBL.Calcineurin B-like proteins；CIPK.CBL-interacting protein kinase；CNGC.Cyclic nucleotidegated channel；FER.FERONIA；GIPC.Glycosyl inositol phosphorylceramide；GI.GIGANTEA protein；GLR.Glutamate receptor；HKT.High-affinity K+channel；NHX.Na+/H+ exchanger；SOS.Salt overly sensitive；Vacuole.Vacuole；14-3-3. 14-3-3 protein；The arrow and bars，indicate positive and negative regulation；Dashed lines and question marks，indicate uncertain and unknown mechanism

植物受到鹽脅迫時(shí)滲透壓降低導(dǎo)致水分流失。首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的滲透感受器是使用山梨醇模擬干旱處理，正向遺傳篩選擬南芥（）突變體庫發(fā)現(xiàn)的OSCA1（hyperosmolality-in?duced［Ca］increase 1）。當(dāng)用山梨醇處理時(shí)，無法正常產(chǎn)生鈣信號(hào)，［Ca］顯著低于對(duì)照組。在滲透脅迫條件下生長(zhǎng)的幼苗中觀察到初生根長(zhǎng)度變短和葉面積減少，表明其對(duì)滲透脅迫的敏感性增加（見圖1）。OSCA1是在植物、酵母和人類中保守的Ca通道，OSCA1 胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域的螺旋臂錨定在脂質(zhì)雙層上，當(dāng)細(xì)胞處于缺水環(huán)境中，OSCA1 快速感知到細(xì)胞外高滲透壓引起的質(zhì)膜張力，從而打開通道，在短時(shí)間內(nèi)允許大量Ca流入細(xì)胞內(nèi)?，F(xiàn)已在擬南芥中發(fā)現(xiàn)15 個(gè)OS?CA1 同源基因，序列一致性為14%～85%，OSCA1.2和OSCA1 序列同源性約85%，均可在高滲環(huán)境中激活，除Ca外，它們還可滲透到單價(jià)陽離子，如Na和K。某些基因在氣孔保衛(wèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)，受晝夜節(jié)律調(diào)控，表明OSCA1參與生物鐘的調(diào)控。在水稻中具有11 個(gè)與OSCA1 同源的基因，OsOSCA1.4 定位于質(zhì)膜中，能被高滲透壓激活，促進(jìn)胞內(nèi)Ca增加，進(jìn)而調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)和根系生長(zhǎng)。擬南芥中Ca滲透性通道OSCA1.3 在免疫信號(hào)傳遞過程中控制氣孔關(guān)閉，當(dāng)植物感知到相關(guān)病原體分子時(shí)，OSCA1.3 被迅速磷酸化，激活通道，觸發(fā)Ca內(nèi)流，介導(dǎo)免疫信號(hào)傳遞過程中氣孔關(guān)閉。在酵母中具有3個(gè)同源基因，人類中也發(fā)現(xiàn)了同源物，分別是TMEM63A、TMEM63B 和TMEM63C。

2 鹽脅迫下Ca2+信號(hào)的解碼

Ca信號(hào)的解碼過程包括Ca信號(hào)感知及Ca信號(hào)傳遞。細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生Ca信號(hào)，由Ca感受元件識(shí)別并結(jié)合，通過蛋白質(zhì)之間的相互作用或者構(gòu)象變化，將Ca信號(hào)傳遞到下游并引起相應(yīng)的生理過程。在高等植物中已經(jīng)鑒定出多種Ca感受元件，包括鈣調(diào)蛋白（calmodulins，CaMs）、鈣調(diào)素樣蛋白（CAM-like proteins，CMLs）、鈣依賴性蛋白激酶（calcium-dependent protein kinases，CDPKs）和鈣調(diào)磷酸酶B 樣蛋白（calcineurin B-like proteins，CBLs）。Ca感受元件主要分為兩類：Ca響應(yīng)元件和Ca信號(hào)傳感元件。Ca響應(yīng)元件通常結(jié)合Ca并發(fā)生構(gòu)象改變，從而改變蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)和活性，通過分子內(nèi)相互作用觸發(fā)特定生化反應(yīng)，如CDPK。而Ca信號(hào)傳感原件，因?yàn)槿狈憫?yīng)結(jié)構(gòu)域，所以這類感受原件先與Ca結(jié)合發(fā)生構(gòu)象改變，再傳遞給響應(yīng)Ca信號(hào)的互作蛋白，互作蛋白根據(jù)酶活性或結(jié)構(gòu)的某些變化做出響應(yīng)，通過分子間相互作用實(shí)現(xiàn)生化響應(yīng)，如CaM、CML 和CBL。

2.1 CDPKs在Ca2+信號(hào)解碼中的作用

CDPKs是一個(gè)龐大的感受Ca信號(hào)家族，只存在于植物、原生生物、卵菌和綠藻中，而不存在于動(dòng)物和真菌中。CDPKs 在擬南芥中有34 個(gè)成員，水稻有29 個(gè)成員，小麥有20 個(gè)成員。CDPK 是分子量為40～90 kDa 的單體蛋白質(zhì)，由5 個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：N 端結(jié)構(gòu)域、蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域、自身抑制結(jié)構(gòu)域、鈣調(diào)蛋白樣調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域（calmodulinlike regulatory domains，CaM-LD）和C 端結(jié)構(gòu)域。CaM-LD 結(jié)構(gòu)域包含EF-手性結(jié)構(gòu)（一種螺旋—環(huán)—螺旋結(jié)構(gòu)），可以與Ca結(jié)合，識(shí)別Ca信號(hào)，EF-手性結(jié)構(gòu)大多成對(duì)存在，以增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。CaM-LD 的C 端與Ca結(jié)合親和力高，在低Ca水平下，這種結(jié)構(gòu)通過與蛋白質(zhì)的自抑制區(qū)相互作用而穩(wěn)定。反之，當(dāng)Ca濃度升高，Ca與CaM-LD的低親和力N 端結(jié)合引起的構(gòu)象改變，自抑制結(jié)構(gòu)域被釋放。研究發(fā)現(xiàn)，AtCPK1 通過降低HO和丙二醛的產(chǎn)生，增加脯氨酸的積累來調(diào)節(jié)鹽和干旱脅迫。在水稻中，高鹽情況下OsCDPK4 在保護(hù)膜脂質(zhì)過氧化中發(fā)揮積極作用。用NaCl 處理，突變體植株根系中Na水平升高，且高于野生型植株。此外，NaCl 處理后突變體的HO產(chǎn)生水平高于野生型，所以CPK12 是植物適應(yīng)鹽脅迫所必需的。CPK23 響應(yīng)干旱和鹽脅迫，與CPK21 在保衛(wèi)細(xì)胞中共同作用于脫落酸（abscisic acid，ABA）信號(hào)途徑的細(xì)胞陰離子通道SLAC1，ABA 含量在鹽脅迫和干旱脅迫下也顯著增加。NaCl 誘導(dǎo)CPK27 的表達(dá)，在種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)方面，突變體對(duì)鹽脅迫的敏感性比野生型植物高得多。

2.2 CaMs和CMLs在Ca2+信號(hào)解碼中的作用

Ca信號(hào)傳感元件主要由CaMs和CMLs組成。CaM 是這類Ca傳感元件的重要成員，存在于所有真核生物中，分子量在16.7～16.8 kDa，在擬南芥中，只有7 個(gè)典型的CaM 基因，而已鑒定的CML 基因超過50 個(gè)。所有AtCaMs 都具有非常相似的蛋白序列，有149 個(gè)氨基酸，含有4 個(gè)EF-手性結(jié)構(gòu)。相比之下，AtCMLs 有80～330 個(gè)氨基酸，含有2～4個(gè)EF-手性結(jié)構(gòu)。CaM 與Ca結(jié)合導(dǎo)致構(gòu)象改變。這種變化暴露了CaM 的疏水表面，這有助于以Ca依賴的方式與靶蛋白相互作用，從而改變它們的活性。CaM 與Ca結(jié)合形成活化的Ca-CaM復(fù)合物，該復(fù)合物與靶酶結(jié)合導(dǎo)致其活化，這些靶酶包括環(huán)核苷酸磷酸二酯酶（cyclic nucleotide phosphodiesterase，PDE）、腺苷酸環(huán)化酶和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleo?tide，NAD）激酶等。研究表明，CaM 在激活脅迫相關(guān)蛋白、增強(qiáng)植物的非生物脅迫耐受性方面發(fā)揮著重要作用，如AtCaM1/4 在鹽脅迫下表達(dá)上調(diào)，通過與-亞硝基谷胱甘肽還原酶結(jié)合在NO 信號(hào)通路中增強(qiáng)耐鹽性。據(jù)報(bào)道，許多CML 基因參與了非生物脅迫信號(hào)傳導(dǎo)。結(jié)果表明，在植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)中，Ca傳感元件可能在連接Ca信號(hào)和下游靶蛋白中起重要作用（見圖2）。Ca信號(hào)傳感元件中的另一個(gè)重要成員是CBL，CBLs 和CBL 互作蛋白激酶（CBL-interacting protein kinase，CIPKs）通常形成CBL-CIPK 復(fù)合物感知鹽脅迫下植物的鈣信號(hào)并將信號(hào)傳遞到下游。

2.3 CBL-CIPK 復(fù)合物在Ca2+信號(hào)解碼中的作用

CBLs 是一組獨(dú)特的Ca感受器，通過激活植物特異性蛋白激酶家族CIPKs 來解碼Ca信號(hào)。CBL-CIPK 復(fù)合物構(gòu)成了一個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，通過磷酸化下游靶蛋白改變其生物活性以響應(yīng)各種細(xì)胞外信號(hào)，如營(yíng)養(yǎng)缺乏和非生物脅迫。大多數(shù)CBL 蛋白定位于質(zhì)膜和液泡膜，因此，CBL-CIPK 復(fù)合物通過靶向質(zhì)膜和液泡膜中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和通道來控制膜轉(zhuǎn)運(yùn)的功能。這一特征將Ca信號(hào)與植物營(yíng)養(yǎng)感知和體內(nèi)離子平衡聯(lián)系起來。CBL-CIPK 信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的基因組組成已經(jīng)在整個(gè)植物界的各種已測(cè)序植物物種中建立。在擬南芥中的10 個(gè)CBLs 和26 個(gè)CIPKs 中，每個(gè)CBL 與一個(gè)CIPK 相互作用，每個(gè)CIPK 與一個(gè)或多個(gè)CBL 相互作用。因此，一些CBL 有共同的CIPK，一些CIPK 結(jié)合共同的CBL。這種蛋白質(zhì)間相互作用的特異性和重疊性賦予植物體內(nèi)CIPK 復(fù)合物功能特異性和協(xié)同性。

CBL 蛋白具有4 個(gè)EF-手性結(jié)構(gòu)域，負(fù)責(zé)結(jié)合Ca。與CBL 相對(duì)緊湊的結(jié)構(gòu)不同，CIPK 包含多個(gè)功能不同的結(jié)構(gòu)域，所有CIPK 在N 端有一個(gè)激酶結(jié)構(gòu)域，在C 端有幾個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)域，包括CBL 結(jié)合結(jié)構(gòu)域。CBL-CIPK 相互作用能夠增強(qiáng)CIPK 的活性，是因?yàn)镃BL 與CIPK 的結(jié)合將N 末端激酶結(jié)構(gòu)域從C 末端自身抑制結(jié)構(gòu)域中釋放出來。與CBL 相互作用結(jié)構(gòu)域相鄰，CIPK 蛋白包含另一個(gè)特征不太明顯的蛋白磷酸酶相互作用結(jié)構(gòu)域（pro?tein phosphatase interaction，PPI）。該結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)與2 型蛋白磷酸酶（2C-type protein phosphatase，PP2C）作用，如脫落酸不敏感1（ABA-insensitive 1，ABI1）和ABI2。在結(jié)構(gòu)分析中，CBL相互作用結(jié)構(gòu)域和PPI 結(jié)構(gòu)域可能重疊，表明CBL 和PP2C 與CIPK 的相互作用可能是互斥的。這樣的結(jié)構(gòu)特征可能提供了一種機(jī)制，即通過同時(shí)阻止CBL 激活和CIPK 的磷酸酶失活，為下游底物的調(diào)控修飾提供開關(guān)。為了解碼特定時(shí)間和空間的Ca信號(hào)，一些Ca感受器必須定位于緊鄰Ca釋放位點(diǎn)的不同膜室。植物CBL-CIPK 的一個(gè)關(guān)鍵特征是它們能夠在不同的生物膜上起作用，使它們能夠解碼空間上不同的Ca信號(hào)。在擬南芥中，一半的CBLs 成員（CBL1、4、5、8、9）含有一個(gè)N 末端脂質(zhì)修飾基序或一個(gè)將蛋白質(zhì)錨定在質(zhì)膜上的多元結(jié)構(gòu)域。其他一些成員（CBL2、3、6、10）含有與液泡膜相關(guān)的序列。CBLs可以將CIPKs 招募到指定的膜（質(zhì)膜或液泡膜）上，以一組獨(dú)特的底物為目標(biāo)。

鹽過敏感（salt overly sensitive，SOS）途徑是第一個(gè)確定的維持植物細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)的CBL-CIPK途徑，能夠通過多種途徑增強(qiáng)植物的耐鹽性。植物在鹽環(huán)境中正是通過鹽受體GIPC 感受到鹽脅迫后，激活SOS 途徑將Na轉(zhuǎn)運(yùn)出胞外抵御鹽脅迫，SOS 途 徑 主 要 基 于SOS3（AtCBL4）、SOS2（AtCIPK24）和SOS1（Na/H反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）。SOS3感知鹽脅迫誘導(dǎo)的胞內(nèi)Ca升高，結(jié)合Ca的SOS3與SOS2 相互作用并激活SOS2。SOS3 的N 端被肌氨?；⑴c質(zhì)膜結(jié)合，從而使SOS3-SOS2 復(fù)合物到質(zhì)膜上，SOS2 是一種蛋白激酶，在正常條件下是一種自抑制激酶，但在鹽脅迫條件下，SOS3 與SOS2 的自抑制結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而釋放其自抑制作用磷酸化SOS1。SOS1 的胞質(zhì)C 末端區(qū)域較長(zhǎng)，在最末端有一個(gè)自抑制結(jié)構(gòu)域，自抑制結(jié)構(gòu)域的絲氨酸殘基被SOS2 磷酸化。磷酸化后，SOS1 的Na/H反轉(zhuǎn)運(yùn)子活性增強(qiáng)，利用H梯度驅(qū)動(dòng)Na外排，因此降低細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Na濃度并促進(jìn)Na的穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)距離的轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，SOS2 還能通過與液泡Na/H交換器（Na/Hexchanger，NHX）相互作用并調(diào)節(jié)Na/H比率，將過量的Na隔離到液泡中從而維持離子平衡，而ABI2、GI 和14-3-3 蛋白可抑制SOS2激酶活性。CBL10 主要在芽和葉中表達(dá)，可在液泡膜上與SOS2 相互作用，激活位于液泡膜上Na通道或轉(zhuǎn)運(yùn)體，轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞質(zhì)Na，并且CBL10 可以激活CIPK8，通過SOS1 將胞內(nèi)過量Na排出胞外（見圖2）。

3 討論與展望

鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)、發(fā)育和作物產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。作為固著生物，植物進(jìn)化出復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，能夠快速感受鹽脅迫引起的離子脅迫、滲透脅迫以及次級(jí)脅迫，瞬時(shí)升高［Ca］濃度并激活下游響應(yīng)信號(hào)通路來抵抗鹽脅迫。在過去的20年里，大量的基因組學(xué)、遺傳學(xué)和分子生理學(xué)研究已經(jīng)在一定程度上闡明植物對(duì)鹽脅迫反應(yīng)的運(yùn)輸調(diào)節(jié)和信號(hào)機(jī)制，許多信號(hào)級(jí)聯(lián)已被確定為能夠調(diào)節(jié)胞內(nèi)Na濃度以響應(yīng)外界環(huán)境的變化。Ca信號(hào)是響應(yīng)鹽脅迫最重要的信號(hào)級(jí)聯(lián)方式之一，植物鹽感受器GIPC 等參與鹽脅迫誘導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)［Ca］的增加，Ca感受元件CaM、CML、CBL和CIPK 介導(dǎo)Ca信號(hào)傳導(dǎo)，而CBL-CIPK 是解碼鹽脅迫下Ca信號(hào)并將該特異性信號(hào)轉(zhuǎn)化為應(yīng)對(duì)下游反應(yīng)的中心和關(guān)鍵。

目前，Ca信號(hào)參與植物鹽脅迫響應(yīng)的研究已取得初步進(jìn)展，對(duì)Ca信號(hào)通路的研究，為深入了解植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理提供幫助，為提高植物適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境的研究拓展了新思路。本文通過總結(jié)鹽脅迫下Ca信號(hào)通路中Ca感受器，Ca轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等元件，對(duì)Ca信號(hào)通路上各組分參與植物鹽脅迫響應(yīng)的研究進(jìn)行了歸納總結(jié)。目前Ca信號(hào)通路上部分元件的上下游元件還未被完全發(fā)現(xiàn)，利用免疫共沉淀、雙分子熒光互補(bǔ)與酵母雙雜交等技術(shù)，將找出激活鹽脅迫下植物Ca通道的上下游蛋白組分及其功能和特性。在植物育種方面，可利用分子標(biāo)記輔助育種、誘變育種、遺傳轉(zhuǎn)化和基因組編輯等技術(shù)將研究成果應(yīng)用到作物栽培中，從而獲得耐鹽品種。綜上所述，Ca作為細(xì)胞內(nèi)重要第二信使，解析Ca信號(hào)通路在植物鹽脅迫防御中的作用將推動(dòng)植物抗鹽的研究，也為增強(qiáng)農(nóng)作物抗鹽能力提供理論支撐。