小肽激素調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育及逆境生理研究進(jìn)展

胡海琳 徐黎 李曉旭 王晨璨 梅曼 丁文靜 趙媛媛

（1.北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 林木遺傳育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.北京林業(yè)大學(xué)樹(shù)木與基因編輯研究院，北京 100083；4.北京林業(yè)大學(xué)林木育種與生態(tài)修復(fù)國(guó)家工程研究中心，北京 100083）

小肽激素是一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，即使在飛摩爾（fmol）級(jí)濃度下與特定的蛋白受體相互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)、組織與器官分化、開(kāi)花與結(jié)實(shí)、成熟與衰老等生理過(guò)程，協(xié)調(diào)植物的生長(zhǎng)發(fā)育及響應(yīng)脅迫環(huán)境［1］。隨著肽組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、遺傳學(xué)的發(fā)展，植物小肽激素的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、功能已有大量的研究。到目前為止，人們已鑒定出幾十個(gè)家族的小肽激素，大多數(shù)成熟小肽激素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不具有成熟蛋白質(zhì)的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)［2］。已有的生化實(shí)驗(yàn)和遺傳研究表明，小肽激素在植物體內(nèi)以配體的形式與質(zhì)膜表面相關(guān)受體激酶相互作用，進(jìn)行細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控植物根、莖、葉、花、果實(shí)的發(fā)育，以及響應(yīng)病蟲(chóng)害、干旱、鹽脅迫等逆境生理［3-7］。本文就小肽激素的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、生物功能及逆境生理等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了論述，并對(duì)研究前景進(jìn)行了展望。

1 小肽激素的分類(lèi)及鑒定

1991年，首次在植物中報(bào)道了第一個(gè)功能性小肽激素——系統(tǒng)素（systemin, SYS），其成熟肽鏈只有18個(gè)氨基酸，在調(diào)節(jié)番茄（Lycopersicon esculentumMill.）抗蟲(chóng)的防御反應(yīng)中具有重要的作用［8］。此后，隨著研究的深入，將存在于植物體內(nèi)的含量很低、調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的5-100個(gè)氨基酸肽段，稱(chēng)為小肽激素，又名“小分子信號(hào)肽”。小肽激素在不同植物中的同源基因結(jié)構(gòu)域高度保守，這為研究小肽激素的功能提供了便利。本文對(duì)已報(bào)道的小肽激素的類(lèi)型進(jìn)行回顧與總結(jié)。

1.1 小肽激素的分類(lèi)

1.1.1 根據(jù)來(lái)源分類(lèi) 成熟小肽激素分子量大多數(shù)在20個(gè)氨基酸左右［9］。按來(lái)源將小肽激素劃分為兩大類(lèi)（圖1）［10］：非前體衍生肽和前體衍生肽。非前體衍生肽直接從一個(gè)小的開(kāi)放閱讀框（sORF）翻譯而來(lái)，不需要中間前體或進(jìn)一步加工。根據(jù)編碼非前體衍生肽的sORF基因組位置可分為3種類(lèi)型：（1）mRNA 5'端上游ORF編碼的肽；（2）microRNAs初級(jí)轉(zhuǎn)錄本（pri-miRNAs）中sORF編碼的肽；（3）其他轉(zhuǎn)錄本中非編碼的較長(zhǎng)蛋白質(zhì)（＞100 bp）中編碼的肽［11-12］。

圖1 小肽激素合成多樣性Fig.1 Diversity of small peptide hormone synthesis

前體衍生肽由前體蛋白加工而來(lái)，這類(lèi)小肽一般N端有一段信號(hào)肽，指導(dǎo)其進(jìn)一步加工至成熟小肽。前體蛋白又可分為功能性前體和非功能性前體［10］。功能性前體的前蛋白原、蛋白原或前蛋白具有明確的生物學(xué)功能，通過(guò)蛋白水解酶活性從前體中釋放出來(lái)，如大豆（Glycine max）中的Subtilase Peptide（Gm-SUBPEP）等［13-14］。非功能性前體的前蛋白原、蛋白原或前蛋白沒(méi)有明確的生物學(xué)功能，大多數(shù)來(lái)源于一個(gè)較長(zhǎng)的前體［15］。

非功能性前體根據(jù)是否富含半胱氨酸（Cys）以及特定的翻譯后修飾，可以分為三類(lèi)：（1）翻譯后修飾肽（PTM），非功能性前體經(jīng)特定修飾后獲得生物活性。常見(jiàn)的修飾有脯氨酸（Pro）羥基化、羥脯氨酸阿拉伯糖基化和酪氨酸硫酸化（sTyr），這些修飾具有化學(xué)穩(wěn)定性和不可逆性，對(duì)于維持植物體內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程至關(guān)重要。例如CLE（clavata 3/embryo surrounding region）家族、CIF（casprian strip integrity factor）家族等大多數(shù)小肽均為翻譯后修飾肽。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的植物翻譯后修飾肽中，除PSK（phytosulfokine）家族外，脯氨酸羥基化是普遍存在的一種修飾作用；（2）富含半胱氨酸（Cys）的小肽，含有2-16個(gè)Cys殘基的結(jié)構(gòu)域，通過(guò)形成分子內(nèi)二硫鍵影響小肽的三維結(jié)構(gòu)和活性，如RALF（rapid alkalinization factor）小肽含有4個(gè)Cys殘基；（3）非富含半胱氨酸非翻譯后修飾的小肽（non-Cysrich/non-PTM），初級(jí)結(jié)構(gòu)可以包含具有重要功能的氨基酸（如脯氨酸、甘氨酸、賴(lài)氨酸），主要從原蛋白中釋放，參與植物的防御反應(yīng)，如SYS、PEPs（plant elicitor peptides）等［2,16-17］。

1.1.2 根據(jù)N端序列分類(lèi) 根據(jù)N端序列的不同，植物小肽激素可分為非分泌型小肽和分泌型小肽。非分泌型小肽在胞內(nèi)調(diào)控細(xì)胞的生命活動(dòng)，也可從受傷的細(xì)胞中釋放到質(zhì)外體直接激活植物的防御反應(yīng)［18］。SYS是典型的非分泌型小肽，當(dāng)植物遭受蟲(chóng)害時(shí)，SYS從受傷細(xì)胞釋放，通過(guò)質(zhì)外體途徑運(yùn)送到未傷害部位，激活植物的抗蟲(chóng)防御反應(yīng)。分泌型小肽在胞內(nèi)合成，通過(guò)自由擴(kuò)散運(yùn)輸至胞外，通過(guò)韌皮部或木質(zhì)部運(yùn)輸?shù)狡渌课话l(fā)揮作用，進(jìn)行細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)，以調(diào)控胞外相鄰細(xì)胞的生命活動(dòng)［19-20］。富含半胱氨酸的小肽和翻譯后修飾肽均為分泌型肽［18,21］，翻譯后修飾肽是最常見(jiàn)的小肽激素類(lèi)型，通過(guò)改變靜電荷、親水性以及構(gòu)象來(lái)改變多肽的理化性質(zhì)，進(jìn)而調(diào)控與受體的特異性結(jié)合。

1.2 小肽激素的鑒定

自SYS發(fā)現(xiàn)以來(lái)，PSK、CLE等多種小肽參與植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)被陸續(xù)報(bào)道。傳統(tǒng)的生化方法能夠鑒定到成熟小肽及其氨基酸序列，但小肽激素在植物體內(nèi)含量極低，提取時(shí)技術(shù)難度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本很高，如在鑒定SYS氨基酸組成時(shí)，利用傳統(tǒng)的生化方法和多步液相色譜分析僅從27 kg番茄提取出1 μg活性肽［22］。經(jīng)典遺傳學(xué)方法能夠驗(yàn)證小肽在植物中的生物學(xué)功能［23］，但對(duì)于小肽的鑒定效果并不理想，只鑒定到為數(shù)不多的小肽［2］。目前，科學(xué)家利用正向遺傳篩選方法僅鑒定到CLV3（CLAVATA3）［24］、IDA（INFLORESCENCE DEFICIENT IN ABSCISSION）［25］兩種小肽。因此，不論傳統(tǒng)的生化分析，還是經(jīng)典的遺傳學(xué)方法，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)小肽的精準(zhǔn)鑒定及功能研究。

近幾年，新型的肽組學(xué)分析技術(shù)得到發(fā)展，結(jié)合色譜、高效液相色譜和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜連用（LC-MS/MS）等技術(shù)，一次鑒定出十幾甚至上百種小肽，且能夠鑒定小肽的翻譯后修飾類(lèi)型［26-27］，大大提高了鑒定的通量，使得小肽鑒定實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的“自下而上”到“自上而下”的跳躍。2014年，Chen等［28］在植物中建立了新型肽組學(xué)技術(shù)，成功從番茄葉片中鑒定到14個(gè)新的參與防御反應(yīng)的信號(hào)肽。然而，由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的小肽數(shù)據(jù)庫(kù)，假陽(yáng)性率較高，且無(wú)法判斷其生物學(xué)活性［28］。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家綜合利用新型肽組學(xué)等生物信息學(xué)篩選、結(jié)合生化分析以及遺傳學(xué)驗(yàn)證等方法，不僅克服了傳統(tǒng)生化分析技術(shù)成本高、技術(shù)難度大等問(wèn)題，而且成功避免了基因豐度低和基因冗余帶來(lái)的障礙［2,23,29-30］，是目前研究植物小肽的精準(zhǔn)鑒定及功能驗(yàn)證的最好方法。Doblas等［23］利用比對(duì)單個(gè)前體多肽在C端附近保守結(jié)構(gòu)域，通過(guò)翻譯后修飾和蛋白水解過(guò)程篩選出CIF基因，利用納米液相色譜和串聯(lián)質(zhì)譜分析確定了CIF的保守結(jié)構(gòu)域，觀察cif1 cif2雙突變體發(fā)現(xiàn)擬南芥（Arabidopsis thaliana）根凱氏帶發(fā)育不完整，外施CIF肽可彌補(bǔ)這一缺陷，確定CIF基因?yàn)檎{(diào)控凱氏帶完整發(fā)育的關(guān)鍵因子。Ohyama等［30］根據(jù)已知分泌小肽的原蛋白結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合生物信息學(xué)及質(zhì)譜分析，鑒定到CEP1（C-TERMINALLY ENCODED PEPTIDE 1）參與側(cè)根的發(fā)育。

2 小肽激素調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育

小肽激素作為一種重要的信號(hào)分子，影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的各個(gè)階段，它既可以進(jìn)行細(xì)胞間的短距離通信，也可進(jìn)行遠(yuǎn)程信號(hào)傳遞。擬南芥中有超過(guò)1 000個(gè)基因編碼潛在的肽激素［31］，但只有極少數(shù)小肽激素的分子機(jī)制和生理功能被闡明。本文就近幾年人們較為關(guān)注的幾種小肽家族的結(jié)構(gòu)、分子機(jī)制和生理功能進(jìn)行了總結(jié)（表1）。

表1 小肽激素加工過(guò)程及功能Table 1 Processing and function of small peptide hormones

2.1 CLE家族

CLE（clavata 3/embryo surrounding region）家族是植物中最大的小肽家族之一，擬南芥中CLE家族至少有32個(gè)成員，水稻（Oryza sativa）中有83個(gè)，楊樹(shù)（PopulusL.）中有50個(gè)［34,54］。CLE家族屬于翻譯后修飾肽，前肽經(jīng)水解加工成12-14個(gè)氨基酸的保守區(qū)域，再經(jīng)脯氨酸羥基化和阿拉伯糖基化修飾后，形成成熟小肽發(fā)揮作用［55-56］。擬南芥中的32個(gè)CLE基因可以翻譯成27種不同的CLE，成熟CLE與受體結(jié)合，激活下游信號(hào)通路調(diào)控不同的生理活動(dòng)［54］。

CLE在根、莖、維管組織、氣孔中均有表達(dá)，主要參與干細(xì)胞的增殖與分化。CLE家族成員CLV3負(fù)調(diào)控莖尖分生組織中心特異表達(dá)的WUS（Wuschel）基因，形成CLV3-WUS途徑，通過(guò)動(dòng)態(tài)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，維持干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)［38］；在莖尖分生組織區(qū)域表達(dá)的CLE16、CLE17、CLE27也是干細(xì)胞調(diào)控的候選因子［37］。此外，CLE家族在根尖分生組織區(qū)域中也有成員特異表達(dá)，例如CLV3能夠維持根尖分生組織的分生能力［36］，而CLE45與LRR-RLK（leucinerich repeat receptor-like kinase）受體家族成員BAM3（BARELY ANY MERISTEM 3）結(jié)合則抑制根初生韌皮部篩分子的分化［35］；CLV3和CLE25/26/45分別結(jié)合受體CLV1和BAM1/3，維持莖尖和根尖分生組織的穩(wěn)態(tài)［35-36］。

由CLE41/CLE44基因編碼的導(dǎo)管分化抑制因子（TRACHEARY ELEMENT DIFFERENTIATION INHIBITORY FACTOR, TDIF）在韌皮部細(xì)胞中表達(dá)，運(yùn)輸?shù)皆纬蓪蛹?xì)胞與受體TDR/PXY（TDIF receptor/phloem inter-calated with xylem）結(jié)合，促進(jìn)原形成層細(xì)胞的增殖，并抑制其分化成木質(zhì)部篩管［37］。此外，近期研究發(fā)現(xiàn)，CLE42與CLE41/44存在功能冗余，能夠通過(guò)乙烯通路負(fù)調(diào)控葉片的衰老過(guò)程［57］。擬南芥中CLE12、CLE26、CLE45等CLE家族的小肽參與不同部位的維管組織形成過(guò)程，從而調(diào)控根中木質(zhì)部的發(fā)育［35,58］。CLE9/10通過(guò)與BAM1-LRR-RLKs受體結(jié)合，抑制木質(zhì)部前體細(xì)胞的平周分裂［59］；二者還在氣孔細(xì)胞中表達(dá)，通過(guò)與LRR受體激酶HSL1（HAESA-LIKE 1）、SERK1形成三元復(fù)合物，通過(guò)脫落酸（ABA）、H2O2、NO介導(dǎo)的方式調(diào)控氣孔關(guān)閉［39］。

2.2 PSK家族

植物磺化肽激素（phytosulfokine, PSK）是在植物中普遍存在的具有生物活性的硫酸化肽，屬于翻譯后修飾肽。1996年，Matsubayashi從蘆筍中發(fā)現(xiàn)了二硫化五肽PSK-α，常說(shuō)的PSK泛指PSK -α［60］。PSK-α前體的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由小基因家族編碼的80-120個(gè)氨基酸，C端具有氨基酸保守序列YIYTQ，其結(jié)構(gòu)保守性很差［61-62］。前體的二級(jí)結(jié)構(gòu)由一級(jí)序列折疊成3個(gè)α螺旋，該結(jié)構(gòu)相對(duì)保守［62］。PSK-α前體在質(zhì)外體硫酸化，保守序列的兩個(gè)酪氨酸側(cè)鏈硫酸化可使其生物活性提高約1 000倍［63］。

擬南芥PSK受體是定位在質(zhì)膜上的LRR-RLK X亞家族成員AtPSKR1和AtPSKR2，二者具有一個(gè)胞外結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白，識(shí)別PSK的兩個(gè)sTyr位點(diǎn)［64-66］。擬南芥AtPSKR1受體的激酶結(jié)構(gòu)域具有自磷酸化和轉(zhuǎn)磷酸化活性。在激酶亞結(jié)構(gòu)域IX中有一個(gè)指定的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（GC）催化中心，是鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合位點(diǎn)，具有絲氨酸/蘇氨酸激酶和鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶活性，確定CAM誘導(dǎo)的磷酸化如何影響下游生長(zhǎng)信號(hào)通路將是一個(gè)挑戰(zhàn)［64,67］。

擬南芥中有5個(gè)基因編碼PSK，其中AtPSK1只在根中特異表達(dá)，而其他基因在根和莖中都有表達(dá)［63,68］。PSK前體基因或PSK肽過(guò)量表達(dá)的陽(yáng)性植株中，細(xì)胞壁松弛或原生質(zhì)體擴(kuò)張，根、下胚軸和葉片的生長(zhǎng)速率明顯加快，表明PSK在誘導(dǎo)細(xì)胞伸長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用［69-71］。除此之外，PSK信號(hào)還可促進(jìn)多種發(fā)育過(guò)程，包括花粉管生長(zhǎng)、體細(xì)胞胚胎發(fā)生、體外再生能力和豆科結(jié)瘤，并以拮抗的方式調(diào)節(jié)生物營(yíng)養(yǎng)和壞死病原體的免疫反應(yīng)［44,72-73］。

2019年，PSK-γ在大豆中被鑒定，是PSK-α的類(lèi)似物，誘導(dǎo)胚細(xì)胞擴(kuò)增，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)器官和種子的生長(zhǎng)［46］。2022年，PSK-δ及其前體蛋白在豆科植物根瘤中被發(fā)現(xiàn)，增加了豆科植物的根瘤菌數(shù)量，也顯著促進(jìn)了共生結(jié)瘤［47］。

2.3 RALFs家族

2001年，Pearce等［49］在煙草中發(fā)現(xiàn)能快速升高培養(yǎng)基pH值的快速堿化因子（rapid alkalinization factor, RALF）。RALF是植物中廣泛存在的富含半胱氨酸的多肽，包含4個(gè)保守的半胱氨酸殘基，形成2個(gè)二硫鍵指導(dǎo)RALFs正確折疊［49,74］。成熟RALFs N端上游是一對(duì)精氨酸殘基，它不僅作為肽加工酶的切割位點(diǎn)，還參與協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)［75］；下游YISY基序是RALFs與受體結(jié)合所必需的序列［50］。RALFs C端GASYY和C端RCRR（S）基序可能在穩(wěn)定肽結(jié)構(gòu)或肽之間的相互結(jié)合中發(fā)揮作用［76］。

長(zhǎng)春花類(lèi)受體激酶家族（Catharanthus roseusreceptor-like kinase 1-like, CrRLK1L）能夠特異識(shí)別RALFs［77-78］。RALF1與CrRLK1L家族FER（FERRONIA）結(jié)合抑制植物側(cè)根的發(fā)育［10］，與BAK1結(jié)合抑制根生長(zhǎng)和細(xì)胞伸長(zhǎng)［10,79］。在中柱鞘細(xì)胞特異表達(dá)的RALF34直接與CrRLK1L家族THE1結(jié)合，從而調(diào)控側(cè)根發(fā)育的過(guò)程［51,80］。此外，RALFs家族也參與調(diào)控植物的生殖發(fā)育過(guò)程。在花粉中特異表達(dá)的RALF4、RALF19與ANX1/2（ANXUR1/2）-BUPS1/2（Buddha's paper seal l/2）復(fù)合體相互作用，共同調(diào)控花粉管的生長(zhǎng)和完整性；當(dāng)花粉管生長(zhǎng)至胚囊時(shí)，RALF34還與RALF4、RALF19競(jìng)爭(zhēng)與ANX1/2-BUPS1/2復(fù)合體結(jié)合，使花粉管破裂釋放精子完成雙受精過(guò)程［53,81］。

2.4 CIF家族

2017年，Geldner團(tuán)隊(duì)與Matsubayashi團(tuán)隊(duì)均鑒定出參與調(diào)控凱氏帶完整性的小肽激素——?jiǎng)P氏帶完整性因子（Casprian strip integrity factor,CIF）［5,23］。迄今為止，在擬南芥基因組中共發(fā)現(xiàn)5個(gè)CIF基因——CIF1、CIF2、CIF3、CIF4、TWS1，都為翻譯后修飾肽，且受體為L(zhǎng)RR-RLK亞家族X(qián)I成員SGN3/GSO1（GASSHO1/SCHENGEN3）［40,82］。

成熟CIF1、CIF2的蛋白序列相似性很高，具有21個(gè)氨基酸殘基，且都位于前體高度保守的C端，有一個(gè)sTyr位點(diǎn)和兩個(gè)脯氨酸羥基化位點(diǎn)［5］。CIF1、CIF2的酪氨酸硫酸化位點(diǎn)與受體SGN3/GSO1的結(jié)合具有高度親和力，但非硫酸化的CIF與SGN3/GSO1的結(jié)合親和力較低［5］。SGN3/GSO1-CIF2復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)顯示完全伸展的CIF主鏈與SGN3/GSO1受體的LRR重復(fù)序列相互作用，使SGN3/GSO1和CIF2之間的結(jié)合更牢固，在植物體內(nèi)構(gòu)成受體/肽信號(hào)通路，即SGN通路［40,82］。在維管束中形成的CIF1、CIF2經(jīng)TPSTs（tyrosylprotein sulfotransferase）硫酸化后轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)皮層細(xì)胞，與SGN3/GSO1和SERK（somatic embryogenesis receptor kinase）家族蛋白受體復(fù)合物結(jié)合，然后質(zhì)膜錨定激酶蛋白SGN1將受體-肽復(fù)合物的信號(hào)傳遞給RBOHF（respiratory burst oxidase homolog F），使細(xì)胞在質(zhì)外體產(chǎn)生H2O2，過(guò)氧化物酶分解H2O2驅(qū)動(dòng)凱氏帶木質(zhì)素的合成［23,82］。當(dāng)凱氏帶屏障完全形成后，CIF的運(yùn)輸受到阻滯，SGN通路被切斷，木質(zhì)素停止合成［23,83］。此外，SGN通路還參與調(diào)控CASP結(jié)構(gòu)域建立、木栓質(zhì)合成等過(guò)程［83］。

CIF3、CIF4與CIF1、CIF2的核心區(qū)域有較弱的同源性，表明CIF3、CIF4的前體兩端被加工過(guò)。雖然受體SGN3/GSO1與CIF1-4具有高結(jié)合親和力，但研究發(fā)現(xiàn)CIF3能被SGN3/GSO1的同源受體GSO2（GASSHO 2）特異性地識(shí)別［82］。近期，Truskina等［41］觀察gso1 gso2、cif3 cif4、tpst-1突變體不同時(shí)期的花藥發(fā)現(xiàn)，其花藥黏連，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)定位在中間層的GSO1、GSO2受體與在絨氈層表達(dá)的CIF3、CIF4是絨氈層發(fā)育及花粉壁形成過(guò)程中的關(guān)鍵因子。值得注意的是，CIF3、CIF4在硫酸化后能夠被枯草桿菌素絲氨酸蛋白酶SBT5.4加工除去C端延伸，再擴(kuò)散到中間層激活由GSO介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［41］。

CIF家族的另一成員TWS1（TWISTED SEED 1）在胚中表達(dá)，與CIF1的核心區(qū)域序列相似性較弱，其前體通過(guò)角質(zhì)層屏障，在胚乳中經(jīng)ALE1肽酶直接加工C端，加工后的TWS1重新進(jìn)入胚中與SGN3/GSO1和GSO2受體結(jié)合，建立了胚胎表皮形成過(guò)程中細(xì)胞間的聯(lián)系［84］。目前為止，對(duì)植物體內(nèi)CIF肽加工和修飾相關(guān)的報(bào)道仍相對(duì)較少，有待于進(jìn)一步的深入研究。

此外，還有多種類(lèi)型的植物小肽激素在調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育方面發(fā)揮了重要作用。例如RGF（ROOT MERISTEM GROWTH FACTOR）/GLV（GOLVEN）/CLEL（CLE-LIKE），可調(diào)控維管形成層分化以及根的生長(zhǎng)分化［29］；CEP3（C-TERMINALLY ENCODED PEPTIDE 3）、CEP5（C-TERMINALLY ENCODED PEPTIDE 5）、IDA等小肽參與植物側(cè)根的發(fā)育［85］；EPF（EPIDERMAL PATTERNING FACTOR）及EPFL（EPF-Like）在調(diào)控氣孔發(fā)育方面發(fā)揮重要的作用［10］。多類(lèi)小肽也參與植物的生殖發(fā)育，例如SP11/SCR（S locus protein 11/S locus cysteine-rich）在花藥中特異表達(dá)，與受體SRK（S locus receptor kinase）結(jié)合抑制花粉的水合過(guò)程，誘導(dǎo)花粉自交不親和［86］；LUREs、EALs、PCYs等對(duì)花粉的導(dǎo)向具有重要作用［10］；ECA1s參與精卵融合過(guò)程［87］；PCP-Bs（POLLEN COAT PROTEIN B-class peptides）參與花的授粉過(guò)程［88］。小肽作為植物多肽類(lèi)激素，具有很好的研究潛能和廣闊的應(yīng)用前景。

3 小肽激素響應(yīng)植物的逆境脅迫

小肽激素不僅在植物維持正常生長(zhǎng)發(fā)育方面發(fā)揮了重要作用，還能夠在逆境生理方面發(fā)揮重要的作用，本文重點(diǎn)對(duì)其如何調(diào)控植物的逆境生理進(jìn)行了總結(jié)。

3.1 SYS參與植物的抗蟲(chóng)機(jī)制

系統(tǒng)素（SYS）是一種抑制食草性昆蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物消化的蛋白酶，在受傷番茄葉片提取物中發(fā)現(xiàn)，隨后從茄科其他亞族中也分離出了SYS［8,32］。SYS是非富含半胱氨酸非翻譯后修飾肽，由約200個(gè)氨基酸組成的系統(tǒng)素前體水解而來(lái)。系統(tǒng)素前體是一種本征無(wú)序蛋白，其結(jié)構(gòu)靈活多變，水解后產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的SYS，與多種分子選擇性作用，整合不同的信號(hào)通路，協(xié)調(diào)傷口/病原體信號(hào)的傳導(dǎo)［89-90］。然而，到目前為止，有關(guān)系統(tǒng)素前體如何水解釋放系統(tǒng)素的相關(guān)機(jī)理知之甚少，仍需進(jìn)一步的研究［19］。

系統(tǒng)素前體誘導(dǎo)了多種信號(hào)通路，從而保護(hù)番茄免受植食性昆蟲(chóng)、植物病原真菌和鹽脅迫等的影響［19,91］。2018年，F(xiàn)elix團(tuán)隊(duì)研究表明，SYS是一種脅迫傳遞信號(hào)，可被質(zhì)膜上的LRR-RLK受體SYR1（SYS RECEPTOR 1）識(shí)別［92］。SYS信號(hào)途徑與胞內(nèi)信號(hào)耦聯(lián)，如Ca2+內(nèi)流、H+內(nèi)流和K+外流，使質(zhì)膜去極化，快速激活MAPK（mitogen-activated protein kinase）級(jí)聯(lián)反應(yīng)。MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)了茉莉素（jasmonate, JA）合成和過(guò)氧化物酶體的活性，并在細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)化為JA-Ile，JA-Ile和乙烯促進(jìn)防御相關(guān)基因的表達(dá)［33,93］。此外，當(dāng)葉片遭受病原體入侵或機(jī)械傷害后，SYS不僅會(huì)啟動(dòng)植物體內(nèi)的系統(tǒng)防御反應(yīng)，還會(huì)釋放綠葉揮發(fā)物，通過(guò)空氣擴(kuò)散激活鄰近的、未受傷害的植物的防御反應(yīng)［94］。

3.2 CLE調(diào)控植物的干旱脅迫

研究發(fā)現(xiàn)擬南芥CLE家族27個(gè)成員能誘導(dǎo)NCED（NINECIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE）酶表達(dá)，激活A(yù)BA的合成，從而調(diào)控植物應(yīng)對(duì)干旱、冷或鹽脅迫等逆境環(huán)境。在低濃度的CLE小肽激素處理過(guò)程中，只有CLE25可以誘導(dǎo)NCED3的表達(dá)。干旱脅迫條件下，CLE25在根中表達(dá)量顯著升高并運(yùn)至葉片，與BAM1（BARELY ANY MERISTEM 1）、BAM3（BARELY ANY MERISTEM 3）受體結(jié)合，促進(jìn)了NCED3表達(dá)上調(diào)，使ABA含量升高并誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)了植物對(duì)缺水環(huán)境的響應(yīng)［95］。擬南芥CLE25能夠從根到葉片運(yùn)輸是CLE肽的一種罕見(jiàn)的長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)，但并不是所有的CLE都可以長(zhǎng)距離運(yùn)輸，CLV3就只能在幾層細(xì)胞之間穿梭［95］。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析顯示，CLE1、CLE7、CLV3等許多CLE基因能夠參與植物缺氮、缺磷、與細(xì)菌的相互作用等過(guò)程，然而，關(guān)于CLE信號(hào)通路與環(huán)境信號(hào)通路之間關(guān)系的研究仍處于起步階段［37］。

3.3 RALFs響應(yīng)植物的免疫反應(yīng)、鹽脅迫

經(jīng)RALF23肽處理的野生型擬南芥或AtRALF23基因過(guò)表達(dá)的陽(yáng)性植株，抑制了其體內(nèi)的免疫應(yīng)答反應(yīng)［48］。因此，AtRALF23是免疫應(yīng)答的負(fù)調(diào)控因子。此外，擬南芥fer突變體對(duì)病原體表現(xiàn)出超敏表型，深入研究發(fā)現(xiàn)，AtRALF23-FER可以作為一個(gè)與病原體相關(guān)的分子模式的蛋白支架，或者通過(guò)抑制茉莉素信號(hào)通路，協(xié)同調(diào)控植物的免疫反應(yīng)［48,96］。此外，RALF8是擬南芥植株缺水和線蟲(chóng)脅迫時(shí)轉(zhuǎn)錄上調(diào)的基因之一，表明RALF-FER信號(hào)通路參與調(diào)控植物的先天免疫反應(yīng)［75,97］。研究表明RALF1與FER受體結(jié)合，能夠誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而參與調(diào)控植物的免疫應(yīng)答過(guò)程。AGB1是擬南芥基因組中唯一編碼G蛋白β亞基的基因，能夠與FER相互作用參與ABA介導(dǎo)的氣孔運(yùn)動(dòng)［98］。fer和agb1突變體在高鹽條件下氣孔和根系表現(xiàn)出脅迫響應(yīng)狀態(tài)，雙突變體表現(xiàn)出對(duì)鹽脅迫更為敏感的超敏表型；當(dāng)用高鹽與RALF1肽同時(shí)處理植株時(shí)，也表現(xiàn)出超敏表型，表明RALF在氣孔開(kāi)放和鹽脅迫逆境生理中發(fā)揮重要的作用，RALF-FER信號(hào)通路和AGB1蛋白都參與了ABA介導(dǎo)的鹽脅迫響應(yīng)過(guò)程［98］。

3.4 PSK參與植物的應(yīng)激防御機(jī)制

PSK信號(hào)通路能夠調(diào)控植物對(duì)壞死性病原菌的防御反應(yīng)。當(dāng)番茄感染灰霉病菌后，PSK與PSKR1受體結(jié)合，胞內(nèi)Ca2+濃度升高，生長(zhǎng)素信號(hào)通路激活，番茄的免疫能力顯著提高［99］。幼苗中，PSK信號(hào)通路增強(qiáng)了病原體相關(guān)防御基因的表達(dá)，然而在成熟植物中，PSK信號(hào)通路反而將降低了防御基因表達(dá)，減弱了對(duì)植物病原細(xì)菌Pseudomonas syringaepv.tomatoDC3000和尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）的響應(yīng)［100］。當(dāng)PSK促進(jìn)防御基因（如茉莉酸依賴(lài)的防御基因）表達(dá)時(shí)，即使在沒(méi)有病原體的情況下，也可以觀察到其基礎(chǔ)活性［101］。在百日草（Zinnia elagans）中葉肉細(xì)胞再分化的初始階段，PSK能夠抑制相關(guān)應(yīng)激基因的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了葉肉細(xì)胞從傷害反應(yīng)向發(fā)育分化的轉(zhuǎn)化，表明PSK有助于在應(yīng)激條件下（如創(chuàng)傷、離體培養(yǎng)或熱應(yīng)激）分生組織的形成和維持［102］。此外，干旱脅迫下，Phyt2（Phytaspase 2）在花梗和維管系統(tǒng)脫落區(qū)附近特異性表達(dá)，并對(duì)PSK前體進(jìn)行加工，形成成熟的PSK，PSK誘導(dǎo)細(xì)胞壁水解酶在離層表達(dá)，加速花和果實(shí)的脫落［35］。Stührwohldt等［45］發(fā)現(xiàn)PSK1前體的表達(dá)升高后，經(jīng)類(lèi)枯草絲氨酸蛋白酶SBT3.8修飾，形成成熟的PSK，能夠提高擬南芥的耐旱性。

此外，植物中還存在其他類(lèi)型的小肽激素調(diào)控植物的逆境脅迫。水稻中富含半胱氨酸的肽DT11（DROUGHT TOLERANCE 11）過(guò)表達(dá)植株中水分流失顯著減少、氣孔密度增加，ABA表達(dá)量明顯提高，表明DT11介導(dǎo)的ABA信號(hào)途徑增強(qiáng)了水稻的耐旱性［103］。據(jù)報(bào)道，植物誘導(dǎo)肽PEP3與受體PEPR1（PEP Receptor 1）結(jié)合，能夠提高植株的鹽脅迫耐受性［104］，與之不同的是，CAPE1（CAP-derived peptide 1）對(duì)植物響應(yīng)鹽脅迫有負(fù)調(diào)控作用［105］。此外，小肽通過(guò)與病原體的直接相互作用或與受體結(jié)合，經(jīng)下游信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控植物的免疫反應(yīng)，CEP、DVL1（DEVIL 1）等可調(diào)控植物與細(xì)菌的共生關(guān)系［19］。

4 展望

小肽激素在植物體內(nèi)廣泛存在，一般為5-100個(gè)氨基酸殘基的小分子肽段，其加工、肽鏈折疊方式、氨基酸修飾、功能等具有多樣性。植物小肽激素?cái)?shù)量多、來(lái)源及加工成熟機(jī)制復(fù)雜、生物學(xué)功能驗(yàn)證難度很高。隨著新型肽組學(xué)等生物分析技術(shù)的飛速發(fā)展，結(jié)合分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、生化分析等方法，不僅可以有效鑒定小肽，還可以驗(yàn)證小肽的生物學(xué)功能。此外，亟需構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的植物小肽數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣在鑒定到新的小肽時(shí)，僅僅通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，就可得知小肽的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能等信息。

小肽激素作為一種信號(hào)分子，不僅調(diào)控植物細(xì)胞增殖、組織分化、器官形成、生殖發(fā)育、成熟與衰老等生理過(guò)程，而且響應(yīng)植物應(yīng)對(duì)病蟲(chóng)害、干旱、冷害、鹽脅迫等逆境脅迫（圖2）。但有關(guān)小肽的許多科學(xué)問(wèn)題仍然沒(méi)有被破解：某些小肽的生物學(xué)功能是什么？小肽之間是否存在功能冗余？配體-受體信號(hào)通路上下游之間存在怎樣的信號(hào)傳遞？

圖2 植物小肽激素的生物學(xué)功能Fig.2 Biological functions of plant small peptide hormones

總之，植物小肽激素是一個(gè)新興的、極具前景的研究領(lǐng)域，我們對(duì)植物肽的研究還處于初級(jí)階段，尋求更簡(jiǎn)便、更精確、更快速的鑒定及功能驗(yàn)證方法是亟待解決的問(wèn)題，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的植物小肽數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)與發(fā)展前景的研究領(lǐng)域，同時(shí)也為植物小肽的研究提供了更大的契機(jī)。根據(jù)現(xiàn)有的研究推測(cè)，植物小肽激素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品工業(yè)、育種和醫(yī)藥領(lǐng)域等具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值［106］。相信未來(lái)植物小肽激素可實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，從而作為肥料調(diào)控植物的生長(zhǎng)，提高植物對(duì)病蟲(chóng)害的免疫能力及產(chǎn)量，解決實(shí)際的生活生產(chǎn)問(wèn)題，為我們提供極大的便利。