ERECTA基因家族調(diào)控植物形態(tài)發(fā)育機(jī)制研究進(jìn)展

趙雪雅，張坤鵬，張匯東，畢夢(mèng)希，齊明芳

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)施園藝工程技術(shù)中心/北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心/設(shè)施園藝教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110161）

ERECTA(ER)編碼一個(gè)富含亮氨酸重復(fù)片段(Leucine-rich repeats，LRR)的類受體激酶(receptor like protein kinases，RLK)，與其他RLKs相似，ER在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中十分重要。ER突變體(er)在20世紀(jì)50年代首次在擬南芥中被分離出來(lái)，該突變體是通過(guò)X 射線輻射Landsberg種子產(chǎn)生的，該突變體因此被稱為L(zhǎng)andsberg erecta(Ler)[1]，er突變體表現(xiàn)為株型矮化，節(jié)間縮短，花序緊湊，這種株型大大提高了空間利用率，因此在擬南芥的研究中被作為“野生型”廣泛使用。ER參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的許多方面，如種子大小[2]、莖的伸長(zhǎng)、花序形態(tài)[3-6]、葉片起始發(fā)育、角果長(zhǎng)度等。另外，ER在植物逆境脅迫等方面的作用也逐漸被人們重視，例如病原體反應(yīng)[7-9]、蒸騰效率[10]、植物的蔭蔽反應(yīng)[11-12]、耐旱性[13-14]、耐熱性[15-16]等。

ER作為植物感知外界信號(hào)的類受體激酶參與調(diào)控多條信號(hào)通路，本研究簡(jiǎn)要介紹ER的蛋白結(jié)構(gòu)、調(diào)控機(jī)制，以及在植物形態(tài)發(fā)生方面的調(diào)控作用，包括氣孔形成、成花和花序結(jié)構(gòu)、植物高度以及莖尖分生組織大小和葉原基啟動(dòng)等方面，為揭示ER在植物信號(hào)傳遞中分子機(jī)制提供重要參考。

1 ER蛋白結(jié)構(gòu)與調(diào)控機(jī)制

ER基因編碼一種受體樣激酶（圖1），由一個(gè)細(xì)胞外富含亮氨酸重復(fù)序列（LRR）結(jié)構(gòu)域、一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和一個(gè)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域組成[17]。在被子植物中，ER家族由兩個(gè)或多個(gè)基因組成。擬南芥中ER有2 個(gè)同源基因，ERL1和ERL2，這3 個(gè)基因組成ER基因家族（ERfs），在許多發(fā)育過(guò)程中存在功能冗余。

圖1 ERECTA蛋白結(jié)構(gòu)Figure 1 ERECTA protein structure

ER基因有27個(gè)外顯子和26個(gè)內(nèi)含子，不同物種中的ER 蛋白激酶結(jié)構(gòu)域是相對(duì)保守的，而跨膜和胞外結(jié)構(gòu)域保守程度較低[18]。ER 蛋白在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中十分重要。當(dāng)LRR 結(jié)構(gòu)域識(shí)別到胞外配體時(shí)，跨膜結(jié)構(gòu)將把信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)胞外結(jié)構(gòu)域能夠與配體結(jié)合形成一種二聚體或多聚體，激活胞內(nèi)帶有磷酸化位點(diǎn)的激酶結(jié)構(gòu)域發(fā)生磷酸化或去磷酸化反應(yīng)。在激酶結(jié)構(gòu)域與跨膜結(jié)構(gòu)域之間還存在一段近膜結(jié)構(gòu)域（Juxtamembrane domain，JMD），激酶的另一端存在一個(gè)羧基端尾部（C-terminal Tail，CT），激酶結(jié)構(gòu)域的活性通常受JMD和CT這兩個(gè)側(cè)翼區(qū)域調(diào)節(jié)[19]。已有研究證明JMD 對(duì)ER 功能非常重要，CT 作用則小于激酶域和JMD，JMD 殘基的磷酸化和去磷酸化通常調(diào)節(jié)RLK 的活性，影響它們的酶功能或它們與下游靶標(biāo)相互作用的能力[20]，但JMD的關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)仍未明確。四個(gè)磷酸化位點(diǎn)Thr807、Thr812、Tyr815和Tyr820是激酶結(jié)構(gòu)域功能的關(guān)鍵，Thr807和Thr812對(duì)ER功能具有積極作用，而Tyr815和Tyr820兩個(gè)位點(diǎn)的磷酸化則具有抑制作用[18]。這意味著ER的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在不同調(diào)控途徑中是不同的，這也解釋了為什么不同的ER突變體表型差異較大。

由于ER 包含一個(gè)胞外的LRR 結(jié)構(gòu)域，可以預(yù)期存在可與LRR 結(jié)構(gòu)域結(jié)合的配體，并且活化的ER 蛋白會(huì)反過(guò)來(lái)觸發(fā)下游信號(hào)傳導(dǎo)。已有報(bào)道證明ER、ERL1 和ERL2 可以形成同源二聚體和異源二聚體[21]。ER 的活性則受分泌型小肽EPF/EPFL 家族的調(diào)節(jié)，擬南芥中的EPF/EPFL 家族包含11 個(gè)成員，參與ER 調(diào)控發(fā)育的過(guò)程[3]。他們還可以與SERKs（SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASEs) 和TMM（TOO MANY MOUTHS）形成復(fù)合物[21-22]。在ER下游發(fā)揮作用的是YODA、MKK4、MKK5、MPK3和MPK6組成的MAPK激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)[5,23]。這些配體與MAPK激酶級(jí)聯(lián)在不同時(shí)期和不同組織中發(fā)揮作用使ER得以調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育的許多過(guò)程。

2 ER信號(hào)通路在氣孔形成中的作用

植物葉片氣孔的正常發(fā)育離不開(kāi)ERfs的調(diào)控，這一過(guò)程中ER與其同源基因ERL1和ERL2存在功能冗余。氣孔發(fā)育遵循特征性的細(xì)胞分裂順序，ER在氣孔發(fā)育中功能及作用機(jī)制的研究最為深入，其作用機(jī)制如圖2。氣孔在發(fā)育的過(guò)程中，兩個(gè)氣孔之間至少被一個(gè)表皮細(xì)胞分隔開(kāi)來(lái)，稱為“一個(gè)細(xì)胞間隔”原則[24]。這種原則對(duì)于細(xì)胞之間信息傳遞、細(xì)胞分化、產(chǎn)生特定的氣孔形態(tài)具有重要的作用。

圖2 ERECTA調(diào)控氣孔發(fā)育模式圖Figure 2 Pattern diagram of ERECTA regulates stomatal development

在擬南芥中，一部分表皮原細(xì)胞（protoderm cell）形成了擬分生組織母細(xì)胞（meristemoid mother cells，MMC），之后MMC 不對(duì)稱分裂，產(chǎn)生兩個(gè)具有不同特征的子細(xì)胞：一個(gè)擬分生組織細(xì)胞（meristemoid）和一個(gè)氣孔系基礎(chǔ)細(xì)胞（stomatal lineage ground cells，SLGC），這一過(guò)程由轉(zhuǎn)錄因子SPCH（speechless）調(diào)控[25]。擬分生組織細(xì)胞反復(fù)經(jīng)歷不對(duì)稱分裂以進(jìn)行自我更新和擴(kuò)張。當(dāng)擬分生組織繼續(xù)分化時(shí)，細(xì)胞形狀從三角形變形為圓形，其特征變?yōu)楸Ｗo(hù)母細(xì)胞（guard mother cell，GMC），這一過(guò)程受轉(zhuǎn)錄因子MUTE 調(diào)控，抑制擬分生組織細(xì)胞分化同時(shí)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞轉(zhuǎn)向GMC[26]。最后，GMC進(jìn)行對(duì)稱分裂形成一對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞（guard cell，GC）從而形成氣孔，F(xiàn)AMA 可終止前體細(xì)胞繼續(xù)增殖并促使保衛(wèi)細(xì)胞母細(xì)胞對(duì)稱分裂形成保衛(wèi)細(xì)胞，MUTE 部分通過(guò)直接調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白CYCD5;1基因和其轉(zhuǎn)錄抑制因子FAMA的表達(dá)來(lái)確保GMC 對(duì)稱分裂形成GC[27]。而SLGC則分化為扁平細(xì)胞。

在這些過(guò)程中，ERfs負(fù)向調(diào)控細(xì)胞分化為MMC，且ER、ERL1和ERL2存在功能冗余，ER起其主要作用，因?yàn)閷?duì)比er、erl1和erl2的突變體，僅在er突變體中觀察到不對(duì)稱細(xì)胞分裂數(shù)量增加。在erl1 erl2突變體中，分生組織過(guò)早分化為GMC，這說(shuō)明ERL1和ERL2在之后對(duì)于維持分生組織的增殖潛能、防止它們分化為保衛(wèi)母細(xì)胞中的過(guò)程中很重要[28]。除了抑制細(xì)胞分化轉(zhuǎn)變外，這3 種受體對(duì)于MMC 和SLGC 中不對(duì)稱細(xì)胞分裂的方向也很重要，確保氣孔不會(huì)彼此相鄰形成。3種ERfs似乎在細(xì)胞極性的調(diào)節(jié)中起冗余作用，因?yàn)閮H在三重突變體er erl1 erl2中觀察到氣孔簇的形成[28]。

ERfs的配體EPF1和EPF2已被證明與ERfs在蛋白水平有直接相互作用，EPF1和EPF2在表皮中表達(dá)，根據(jù)突變體和過(guò)表達(dá)系的表型證明它們可以激活ERfs。EPF2在早期表皮發(fā)育過(guò)程中表達(dá)，它會(huì)抑制MMC 的分化[29]。EPF1在分生組織、GMC 和年輕保衛(wèi)細(xì)胞中的表達(dá)更晚一些，EPF1抑制分生組織向GMC 的分化并引導(dǎo)不對(duì)稱細(xì)胞分裂。EPF1和EPF2在氣孔發(fā)育中的不同作用并不能歸因于他們不同的表達(dá)時(shí)間和表達(dá)模式，因?yàn)閱?dòng)子交換試驗(yàn)表明這些配體在功能上是不同的[27,30]。從早期氣孔系細(xì)胞（MMC 和分生組織）分泌的EPF2肽被鄰近原皮細(xì)胞中由ER、TMM 和SERK 組成的受體復(fù)合體感知，從而抑制原皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為MMC，ERL1 和ERL2 也作為次要但重要的因素參與此步驟，與ER 一起發(fā)揮冗余作用。葉肉細(xì)胞分泌的EPFL9/STOMAGEN與ERfs 競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合EPF2，從而阻斷EPF2 信號(hào)傳導(dǎo)。EPF2 受體復(fù)合物激活的MAPK 級(jí)聯(lián)反應(yīng)模塊使SPCH 蛋白不穩(wěn)定，阻止細(xì)胞分化為MMC[31]。后期氣孔系細(xì)胞（晚期分生組織和GMC）分泌的EPF1 被鄰近分生組織中由ERL1、TMM 和SERK 組成的受體復(fù)合體感知，確保了分生組織不會(huì)在現(xiàn)有氣孔旁邊產(chǎn)生氣孔。ER 和ERL2也作為次要但重要的因素參與此步驟，與ERL1 一起發(fā)揮冗余作用。EPFL9/STOMAGEN 競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合EPF1，使EPF1無(wú)法激活ERfs。EPFL6/CHALLAH（CHAL）也屬于EPFs家族，是TMM 的抑制子。盡管對(duì)擬南芥中ER調(diào)控氣孔形成的信號(hào)通路研究已比較深入，但在其他物種中，這一機(jī)制還未完全明確，例如TMM 和SERK 在這一過(guò)程中，與ERfs以共受體的形式發(fā)揮作用，且對(duì)于氣孔正確的分化是十分重要的，但這2 個(gè)基因在許多物種中并沒(méi)有同源基因，還有待進(jìn)一步的研究。

3 ER調(diào)控花形態(tài)和花序結(jié)構(gòu)

開(kāi)花植物的花序結(jié)構(gòu)差異很大，對(duì)植物繁殖成功率和作物產(chǎn)量有很大影響。ERfs除了在氣孔發(fā)育中的作用外，對(duì)于植物形態(tài)發(fā)生也十分重要。對(duì)ER突變體的分析中可以明顯看出，ERfs參與地上器官頂端-基部和近端軸的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)。由于節(jié)間和花柄的伸長(zhǎng)減少，er突變導(dǎo)致矮化和花序緊湊[17]。

ER可以調(diào)控花器官的形態(tài)，功能喪失型突變體clv3-2有4 個(gè)心皮，而er clv3-2雙突變體和er clv3-2 jba-1d-/+三突變體分別有5 個(gè)和8 個(gè)心皮。這表明ER、CLV3和HD-III ZIP通路參與心皮形成，但尚不清楚這些通路是如何互相作用的[32-33]。大多數(shù)花器官是從變態(tài)的葉發(fā)育而來(lái)的，ER可以通過(guò)控制花瓣細(xì)胞增殖來(lái)調(diào)節(jié)花瓣的形狀和大小，有研究者推測(cè)ER可能是控制不同植物花器官形態(tài)差異的主要因素。ERfs對(duì)雄蕊發(fā)育的影響是廣泛的，鑒于er erl1 erl2花中的雄蕊數(shù)量顯著減少，表明它們的啟動(dòng)必須需要ERfs參與[4]。

已有研究證明，EPFL4，也稱為CHALLAH-LIKE2（CLL2），和EPFL6 通過(guò)與ER 結(jié)合冗余調(diào)節(jié)花序生長(zhǎng)，因?yàn)閑pfl4 epfl6雙突變體顯示出與er突變體幾乎一致緊湊花序[3,34]。此外，由YDA、MKK4/5和MPK3/6組成的MAPK激酶級(jí)聯(lián)在花序調(diào)節(jié)和氣孔模式中充當(dāng)ER的下游信號(hào)[5]，表明與調(diào)控氣孔的形成類似，在調(diào)控花序形成的過(guò)程中信號(hào)傳遞需要相同的模塊。而與調(diào)控氣孔形成的過(guò)程不同的是，EPF1/2和EPFL4/6對(duì)TMM的依賴不同：EPF1/2 需要TMM 來(lái)激活ERfs，而EPFL4/6 不需要[34]。EPFL4/6的鑒定及其表達(dá)模式的分析發(fā)現(xiàn)這是一種促進(jìn)花序生長(zhǎng)的新型細(xì)胞間通訊，在發(fā)育的花序莖中，EPFL4/6在內(nèi)皮層中特異性表達(dá)，另一方面，在韌皮部和木質(zhì)部組織以及莖的表皮中檢測(cè)到ER表達(dá)。此前的研究證實(shí)了在er突變體中，特異性地在木質(zhì)部和表皮表達(dá)ER均未挽救er的花序表型，而在韌皮部特異性表達(dá)ER則可以挽救短花柄表型，表明了韌皮部ER 活性是調(diào)控花序結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。這些結(jié)果表明從內(nèi)皮分泌的EPFL4/6被韌皮部細(xì)胞中的ER感知，并且韌皮部細(xì)胞中激活的ER信號(hào)促進(jìn)花序組織的生長(zhǎng)。

ER與染色質(zhì)重塑復(fù)合物SWR1 在花序結(jié)構(gòu)控制中具有相互作用，SWR1 通過(guò)促進(jìn)PACLOBUTRAZOL RESISTANCE（PRE）基因家族的表達(dá)與ER 協(xié)同調(diào)節(jié)花序結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)SWR1是將H2A.Z組蛋白變體摻入整個(gè)PRE1基因家族的核小體所必需的，而ER 通過(guò)調(diào)節(jié)核小體動(dòng)力學(xué)來(lái)控制PRE1基因家族的表達(dá)[35-36]。HOMOLOG OF BEE2 INTERACTING WITH IBH1（HBI1）位于PRE的下游調(diào)控花柄伸長(zhǎng)，pre突變體中HBI1表達(dá)量顯著降低，PRE 可以激活HBI1的表達(dá)。而HBI1與油菜素類固醇（BR）生物合成基因CYP85A2和一系列生長(zhǎng)素相關(guān)基因AUXIN RESPONSE FACTOR 3（ARF3）的啟動(dòng)子結(jié)合，并促進(jìn)它們的表達(dá)。反過(guò)來(lái)，ARF3也可以與生長(zhǎng)素信號(hào)基因以及CYP85A2結(jié)合以激活它們的表達(dá)并促進(jìn)花梗伸長(zhǎng)[36]。SWR1 與ER-MAPK 協(xié)同促進(jìn)PRE基因表達(dá)，SWR1-PRE-HBI1 模塊位于ER-MAPK 模塊的下游以調(diào)節(jié)花梗伸長(zhǎng)，而B(niǎo)R 和生長(zhǎng)素信號(hào)由SWR1-PREHBI1模塊控制。然而，MAPK 級(jí)聯(lián)如何調(diào)控PRE還仍然未知，這一過(guò)程中是否還存在其他的配體以及ER的共受體一同調(diào)控花序結(jié)構(gòu)也還有待研究。

4 ER信號(hào)通路調(diào)控植物莖的發(fā)育

ER在韌皮部的表達(dá)可以調(diào)控植株高度，相比ERfs的其他基因，ER對(duì)植物株高的影響最為明顯，以ER突變?yōu)檫z傳資源也逐漸應(yīng)用在作物的矮化育種中。

節(jié)間縮短是ER突變體最明顯的表型之一，對(duì)多種ER突變體的分析表明ER在大部分生長(zhǎng)期促進(jìn)器官伸長(zhǎng)，但它不會(huì)改變總的生長(zhǎng)期。雖然erl1和erl2突變本身不影響植物形態(tài)發(fā)生，但在er突變體中，它們?cè)鰪?qiáng)了莖的伸長(zhǎng)缺陷，er erl1 erl2突變體表型最強(qiáng)，是重度矮化[4]。ER調(diào)控植物莖的伸長(zhǎng)也受EPF/EPFL 的調(diào)節(jié)，內(nèi)皮層表達(dá)的EPFL4/6 可被ER 和ERL1 感知，以保持原形成層和莖的伸長(zhǎng)。然而，雖然有功能的配體，但調(diào)節(jié)植株高度卻與調(diào)控氣孔發(fā)育并不是相同的機(jī)制和信號(hào)通路，SPCH和MUTE均未在內(nèi)部組織中以顯著水平表達(dá)，在TMM 的突變體中可以明顯觀察到氣孔數(shù)量和氣孔發(fā)育的差異，但株高卻沒(méi)有明顯變化，這也表明，MAPK 級(jí)聯(lián)作為ER 的下游在不同調(diào)控通路中識(shí)別的底物可能是不同的。通過(guò)不同的啟動(dòng)子連接ER使之特異性的在不同部位表達(dá)，結(jié)果表明了ER在表皮和木質(zhì)部的表達(dá)都無(wú)法挽救er矮化和花柄緊湊的表型，只有在韌皮部的表達(dá)可以使之恢復(fù)株高和花序結(jié)構(gòu)[3]。

通常植株高度的調(diào)控多與植物激素有關(guān)，ER也參與了多種激素的調(diào)控，例如生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素，油菜素內(nèi)酯以及赤霉素。在以往的報(bào)道中，ER信號(hào)通路可以影響生長(zhǎng)素合成和信號(hào)基因的表達(dá)，上文中我們提到HBI1作為ER-MAKP 模塊的下游可以與BR 合成基因CYP85A2的啟動(dòng)子和生長(zhǎng)素信號(hào)相關(guān)基因ARF3結(jié)合，以促進(jìn)它們的表達(dá)并調(diào)節(jié)花柄伸長(zhǎng)，由于ER調(diào)控株高和花柄都是在韌皮部表達(dá)，因此ARF3也被認(rèn)為是ER下游通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素而調(diào)控株高的靶基因。而在更早的研究中，就發(fā)現(xiàn)了過(guò)表達(dá)YUCCA5可以挽救er的矮化表型，而er突變體并不會(huì)影響內(nèi)源性生長(zhǎng)素含量，但可以響應(yīng)YUCCA5導(dǎo)致的生長(zhǎng)素水平升高，暗示了YUCCA5可能在ER的下游起作用調(diào)節(jié)莖的伸長(zhǎng)[37]。而通過(guò)甜瓜中的ER突變體則發(fā)現(xiàn)ER 可以直接與生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PIN2結(jié)合，而突變后的蛋白則不能，這一結(jié)果則表明，ER可能通過(guò)PIN調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸而控制株高[38]。

也有研究報(bào)道了ER與赤霉素信號(hào)通路基因SHI和SPY存在某種調(diào)控關(guān)系，er突變?cè)鰪?qiáng)了GA 不敏感突變體shi的短莖表型[39]，GA負(fù)調(diào)節(jié)因子SPINDLY（SPY）突變體的高表型被er抑制[40]。而最近的研究表明赤霉素通過(guò)DELLA 蛋白與KNOX 轉(zhuǎn)錄因子家族的KNAT1/BREVIPEDICELLUS（BP）相互作用調(diào)節(jié)木質(zhì)部纖維分化[41]，在莖的伸長(zhǎng)和增粗都有一定作用，DELLA 可以削弱KNAT1/BP 對(duì)結(jié)合目標(biāo)基因順式元件的能力從而損害對(duì)目標(biāo)基因啟動(dòng)子的識(shí)別，進(jìn)而負(fù)調(diào)控KNAT1/BP 的下游基因[41]。BP 正向調(diào)控NAC SECONDARY WALL THICKENING PROMOTING FACTOR 1（NST1）和NST3的表達(dá)從而調(diào)控木質(zhì)部纖維分化[42]。LRR-RLK EVERSHED（EVR），也稱為SUPPRESSOR OF BIR-1（SOBIR1）通過(guò)防止早熟的木質(zhì)部纖維形成來(lái)調(diào)節(jié)次生生長(zhǎng)，KNAT1/BP 對(duì)SOBIR1/EVR表達(dá)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用，SOBIR1/EVR與ER都是次生生長(zhǎng)中重要的調(diào)節(jié)基因，他們?cè)诘鞍姿街苯踊プ鱗43]，但同時(shí)沉默2 個(gè)基因的表型要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于單突變體的表型，這表明他們并不是簡(jiǎn)單的上下游關(guān)系，而是協(xié)同調(diào)控木質(zhì)部的分化。然而，SOBIR1/EVR與ER是如何共同調(diào)控這一過(guò)程的還不明確，是否類似共受體的關(guān)系有相同的下游模塊？ER 調(diào)節(jié)NST1和NST3依賴赤霉素途徑，ER 是否通過(guò)下游基因調(diào)控了赤霉素的合成或者通過(guò)生長(zhǎng)素和BR途徑導(dǎo)致了與赤霉素信號(hào)串?dāng)_？

細(xì)胞分裂素（CK）積累型突變體ckx3 ckx5比野生型形成更長(zhǎng)的花梗和果實(shí)，這與er表型相反，另一方面ckx3 ckx5也表現(xiàn)出莖粗和SAM增大[44]，這分別與er和er erl1 erl2的表型相似。也有報(bào)道稱，er erl1 erl2的SAM對(duì)CK 反應(yīng)增強(qiáng)[45]。盡管這些觀察在一定程度上存在爭(zhēng)議，但可能的假設(shè)是ER 信號(hào)以2 種方式緩沖CK 反應(yīng)：它可能阻止CK反應(yīng)減弱，也可能抑制過(guò)多的CK反應(yīng)，這取決于發(fā)育背景。

植物莖和其他組織的伸長(zhǎng)可能是多種激素協(xié)同發(fā)揮作用的結(jié)果，而ER也似乎參與了多種激素的調(diào)控，在不同的物種中，ER在不同部位表達(dá)，是否通過(guò)不同激素的信號(hào)通路調(diào)控莖的縱向發(fā)育？復(fù)雜的激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)之間也存在著信號(hào)串?dāng)_，而ER是否在這些網(wǎng)絡(luò)的交叉中起調(diào)控作用也需要進(jìn)一步的研究。

5 ER調(diào)節(jié)莖尖分生組織的大小和葉原基的啟動(dòng)

近年來(lái)研究者們注意到ER在調(diào)控莖尖分生組織大小中的作用，莖尖分生組織（shoot apical meristem，SAM）有2個(gè)主要功能：一是作為幾乎所有地上器官分化的原始細(xì)胞；二是作為長(zhǎng)期的干細(xì)胞庫(kù)。在SAM 發(fā)育過(guò)程中，SAM各個(gè)區(qū)間的細(xì)胞增殖率存在顯著差異，這也決定了后續(xù)葉和芽的形成[46]。有機(jī)體的復(fù)雜性是通過(guò)不同細(xì)胞類型之間的特異性和不同的分化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，SAM 的正常形態(tài)是保證植株得以正常生長(zhǎng)的重要因素之一，ER及其配體EPFL通過(guò)橫向的限制WUSCHEL（WUS）的表達(dá)來(lái)調(diào)控SAM的大小[47]。

SAM 在植物的整個(gè)生命周期中都會(huì)產(chǎn)生新的器官。當(dāng)圓頂形SAM 中央?yún)^(qū)域的干細(xì)胞緩慢分裂時(shí)，它們的部分子代細(xì)胞會(huì)橫向移位到周邊區(qū)域，并從底部移位到肋區(qū)。外圍和肋區(qū)的細(xì)胞迅速分裂、分化并結(jié)合形成葉、花和莖。盡管細(xì)胞不斷分裂，但由于細(xì)胞增殖和并入新器官的緊密平衡，SAM 大小在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中保持穩(wěn)定。WUS/CLAVATA（CLV）負(fù)反饋回路是SAM 尺寸調(diào)節(jié)的核心，它的功能可以正常發(fā)揮取決于WUS和CLV3的準(zhǔn)確空間表達(dá)[48]。CLV3編碼一個(gè)小分泌肽，在中央?yún)^(qū)域表達(dá)并被多個(gè)定位于質(zhì)膜的受體感知。在中心區(qū)，WUS直接與CLV3的啟動(dòng)子結(jié)合并激活其表達(dá)，而CLV3激活的信號(hào)則抑制WUS表達(dá)，形成一個(gè)調(diào)節(jié)反饋回路。ERfs在SAM 以及發(fā)育中的葉和花原基中強(qiáng)烈表達(dá)。由于這些受體在SAM 中功能冗余，其功能直到通過(guò)對(duì)er erl1 erl2突變體的分析才變得明顯。與野生型相比，三重突變體的分生組織更寬更平，此外，在er erl1和erl2中，葉片起始減少且葉序不規(guī)則[49]。雖然CLV-WUS模塊調(diào)節(jié)中心區(qū)的細(xì)胞分裂，但er erl1 erl2中SAM的大小增加是由細(xì)胞數(shù)量增加和徑向細(xì)胞擴(kuò)張?jiān)黾右鸬?。此外，與er erl1 erl2相比clv3突變體分生組織大小的增加與葉起始的增加有關(guān)。將擬南芥中截短的ER(AtΔKinase)轉(zhuǎn)入番茄中抑制ERfs信號(hào)，也減少了番茄中的葉片數(shù)量[13]。

由ERfs 和EPFL 配體組成的信號(hào)通路可以限制SAM 寬度并促進(jìn)葉片啟動(dòng)。ERfs在整個(gè)SAM 中表達(dá)，SAM中的ERfs 活性受4 個(gè)配體控制：EPFL1、EPFL2、EPFL4 和EPFL6，它們?cè)赟AM 的外圍表達(dá)[50]。在擬南芥中的遺傳分析證明，ERfs和CLV3協(xié)同調(diào)節(jié)SAM的大小，并且WUS對(duì)ERfs基因具有上位性。EPFL-ERfs信號(hào)抑制SAM外圍WUS和CLV3的表達(dá)，將它們限制在中心，表明在ER調(diào)控下干細(xì)胞沿徑向軸定位的分子機(jī)制[47]。分生組織的雙重性取決于細(xì)胞行為與各種細(xì)胞間通訊的緊密協(xié)調(diào)，在SAM 的外圍區(qū)域，器官原基的出現(xiàn)取決于生長(zhǎng)素信號(hào)，ERfs 信號(hào)是調(diào)節(jié)SAM 組織的另一種途徑[51]。盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了ER 以及其上游EPF/EPFL 對(duì)WUS和CLV3橫向表達(dá)限制的作用，但似乎這一新的通路以某種方式與WUS/CLV3負(fù)反饋通路存在交叉，這一機(jī)制還有待明確，ER調(diào)控WUS和CLV3的下游靶基因也有待進(jìn)一步的研究。

6 展望

ERfs在植物生長(zhǎng)發(fā)育的很多過(guò)程都發(fā)揮了重要功能，EPF/EPFL-ER 模塊處于生長(zhǎng)發(fā)育各個(gè)信號(hào)通路的較為上游位置。盡管ER在許多物種都已被鑒定，但對(duì)ER功能的研究仍集中在模式作物擬南芥中，ER的很多功能以及作用機(jī)制也還未明確，例如：ER在調(diào)控不同的生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)組織特意性的表達(dá)不同的配體被ER 感知后進(jìn)而激活下游通路，這些過(guò)程中的配體還未完全明確，這些配體都在哪些組織中以及何時(shí)表達(dá)也只有少部分被報(bào)道。從前人的這些研究中也可以看出ER調(diào)控生長(zhǎng)的許多過(guò)程離不開(kāi)植物激素，這些不同的信號(hào)通路之間可能存在信號(hào)串?dāng)_，但作為不同途徑交叉點(diǎn)的關(guān)鍵基因也鮮有報(bào)道。此外，其他物種中ER功能及作用機(jī)制的研究相對(duì)較少，擬南芥中已明確的一些共受體及配體在其他物種中并沒(méi)有同源基因，這意味著ER在其他物種中的作用機(jī)制可能是有別于擬南芥的。研究ERfs調(diào)控相關(guān)發(fā)育過(guò)程、各種環(huán)境線索以及其配體與ERfs的作用機(jī)制將有助于解析植物生長(zhǎng)發(fā)育的密碼。