類受體激酶調(diào)控根生長發(fā)育的研究進(jìn)展

黎 艷，孫孟園，蔣亨珂，萬傳銀，孫 歆，楊文鈺，杜俊波*

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，成都 611130；2 農(nóng)業(yè)部 西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130)

生物在生長發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境的過程中，通過細(xì)胞表面的受體感知和傳遞胞外信號[1-2]。在動物細(xì)胞膜上，存在一類具有激酶活性的跨膜受體蛋白，即受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinases, RTKs)[3]。RTKs的胞外結(jié)構(gòu)域和配體結(jié)合后通過其胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域催化底物蛋白磷酸化，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的生理反應(yīng)[4]。后來，在植物中也鑒定出了許多與動物酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)類似的基因產(chǎn)物，這些基因產(chǎn)物被稱為植物類受體激酶(receptor-like kinases, RLKs)[5-6]。

1 類受體激酶的結(jié)構(gòu)

植物中的大部分RLKs與動物Pelle/IRAK-4激酶相似，含有N端信號肽、可變的胞外結(jié)構(gòu)域、單次跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)的近膜區(qū)與激酶結(jié)構(gòu)域(圖1)[17-19]。胞外結(jié)構(gòu)域(extracellular domain, ECD) 是信號的結(jié)合中心，可通過與信號分子(配體)相互作用來感知胞外信號，配體結(jié)合后觸發(fā)RLKs形成二聚體或多聚體，從而激活胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域[15]?？缒そY(jié)構(gòu)域(transmembrane domain, TM)是一個由22～28 個氨基酸構(gòu)成的疏水結(jié)構(gòu)域，其作用是將類受體激酶固定在質(zhì)膜上并將胞外信號傳遞到胞內(nèi)，主要起信號的傳遞作用[20]。胞內(nèi)的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域(kinase domain, KD)含有 11 個保守的氨基酸序列，是高度保守的結(jié)構(gòu)域，具有磷酸化結(jié)合位點(diǎn)，是催化底物蛋白磷酸化的反應(yīng)中心。除此之外，胞內(nèi)還有一個將跨膜結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域隔開的近膜區(qū)(juxtamembrane region)[4,21]。大部分植物 RLKs 胞外區(qū)還具有N端信號肽(signal peptide, SP)(表1)，N端信號肽在蛋白質(zhì)合成過程中負(fù)責(zé)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)和利用蛋白質(zhì)的信號肽識別胞外信號，是信號的識別中心[5]。

圖1 一個典型的RLK結(jié)構(gòu)模式Fig.1 A structural model of a typical plant RLK

2 類受體激酶的分類

RLKs家族的許多成員已得到鑒定，雖然RLKs 最初被定義為跨膜受體，但并不是所有的RLKs成員都具有胞外結(jié)構(gòu)域(表1)。根據(jù)其是否具有胞外結(jié)構(gòu)域的存在，RLKs家族可歸類為有胞外結(jié)構(gòu)域的類受體激酶(RLK)和無胞外結(jié)構(gòu)域的類受體胞質(zhì)激酶(receptor-like cytoplasmic kinase, RLCK)[15]。RLKs的激酶結(jié)構(gòu)域具有高度的同源性，但它們的胞外結(jié)構(gòu)域差異很大，根據(jù)其細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域的不同又將RLKs分為21個亞家族，包括富含亮氨酸重復(fù)序列LRR (leucine-rich repeat, LRR)的LRR-RLKs、含有S-結(jié)構(gòu)域的S-RLKs、類受體胞質(zhì)激酶RLCK等(表1)[7,15,22]。其中，LRR-RLKs是RLKs中最大的亞家族，其胞外結(jié)構(gòu)域富含亮氨酸重復(fù)序列，擬南芥有200多個基因編碼LRR-RLKs[15]。LRR-RLKs可以催化絲氨酸殘基和蘇氨酸殘基的磷酸化，也可以催化酪氨酸殘基的磷酸化[23-27]。

3 類受體激酶的作用機(jī)制

一個典型的植物 RLKs由胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域3部分組成[19]。因RLKs的結(jié)構(gòu)與動物RTKs具有高度的相似性，人們普遍認(rèn)為RLKs與動物RTKs具有相似的作用機(jī)制[17,28-29]。植物 RLKs可以獨(dú)立完成對信號的接收和傳遞，當(dāng)其胞外結(jié)構(gòu)域與信號分子配體結(jié)合后，觸發(fā)植物 RLKs二聚化或寡聚化，聚合后的受體復(fù)合物通過多處氨基酸殘基的自磷酸化或相互磷酸化激活激酶結(jié)構(gòu)域，完成跨膜傳遞信號的功能[7]。早期的研究證明，大多數(shù)擬南芥的類受體激酶催化底物蛋白的絲氨酸殘基和蘇氨酸殘基磷酸化[30]，但后來研究表明許多植物 RLKs也可以催化蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化，表明了一些植物 RLKs可能具有雙重激酶活性[23,25,31-32]。在細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中， RLCKs可與受體復(fù)合物相關(guān)聯(lián)，RLCKs通過啟動一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)以完成信號的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)[33-34]。因此，RLKs及其共受體和RLCKs在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的動態(tài)關(guān)聯(lián)也是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的新興研究主題[34]。除RLCKs外，受體復(fù)合物的下游信號級聯(lián)反應(yīng)還包括絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)、鈣依賴性蛋白激酶(calcium-dependent protein kinases, CPKs)或小GTP酶蛋白家族(small GTPase protein family, GTPases)，它們通過磷酸化不同的下游底物來調(diào)節(jié)不同的細(xì)胞生理反應(yīng)，即通過改變轉(zhuǎn)錄因子的活性來調(diào)控配體應(yīng)答基因的表達(dá)(圖2)[35]。在信號級聯(lián)反應(yīng)過程中，植物也可以通過一些調(diào)控機(jī)制來控制信號的強(qiáng)度和RLKs的活性。如與激酶結(jié)構(gòu)域可逆締合的抑制性蛋白和磷酸酶可以去除激酶結(jié)構(gòu)域的活性[36-42]。一些翻譯后修飾也可調(diào)節(jié)RLKs的活性，如糖基化、乙?；?、硫醇化和二硫醇二硫化物交換反應(yīng)等[43-44]。另外，泛素化介導(dǎo)的降解途徑也可通過調(diào)節(jié)受體的豐度來控制信號強(qiáng)度，以及受體復(fù)合物中假激酶的存在也可調(diào)節(jié)信號的強(qiáng)度[45-49]。

表1 植物類受體激酶的分類

注：SP. 信號肽；PM. 質(zhì)膜；LRRs. 富含亮氨酸重復(fù)序列；EGF. 表皮生長因子；DUF. 功能未知的結(jié)構(gòu)域； PAN. 纖溶酶原/蘋果/線蟲蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域； TNFR. 腫瘤壞死因子型類受體激酶；ECD. 胞外結(jié)構(gòu)域

Note: SP. signal peptide; PM.Plasma membrane; LRRs. Leucine-rich repeats; EGF. Epidermal growth factor; DUF. Domain of unknown function; PAN. Plasmino-gen/apple/nematode protein domain; TNFR. Tumor necrosis factor receptor; ECD. Extracellular domain

RLKs介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式：①胞外的信號分子(配體)與細(xì)胞 膜上的RLK結(jié)合并觸發(fā)RLKs二聚化或寡聚化；②聚合后的 受體復(fù)合物通過多處氨基酸殘基的自磷酸化或轉(zhuǎn)磷酸化激活 胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域；③激活后的激酶結(jié)構(gòu)域與下游的細(xì)胞質(zhì) 激酶(RLCKs)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、鈣依賴 性蛋白激酶(CPKs)或小GTP酶蛋白家族(GTPases)相關(guān) 聯(lián)將信號級聯(lián)放大；④通過磷酸化底物蛋白改變應(yīng)答基因的 表達(dá)進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育圖2 RLKs介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式 A model of RLKs-mediated signal transduction: ① Extracellular signaling molecules (ligand) bind to the plasma membrane- located RLKs and trigger dimerization or oligomerization of RLKs; ② The polymerized receptor complex activates the intracellular kinase domain by autophosphorylation or transphosphorylation; ③ The activated kinase amplifies the signal cascades by interacting with and phosphorylating downstream cytoplasmic kinases (RLCKs), mitogen-activated protein kinases (MAPKs), calcium-dependent protein kinases (CPKs), or small GTPase protein family (GTPases); ④ It then alters the expression of target genes, thus finally regulates plant growth and developmentFig.2 A model of RLKs-mediated signal transduction pathway

4 類受體激酶參與根的生長發(fā)育調(diào)控

根作為植物的重要營養(yǎng)器官，執(zhí)行著諸多生物學(xué)功能，包括機(jī)械支持、吸收和運(yùn)輸水分和養(yǎng)分、將無機(jī)養(yǎng)分合成為有機(jī)物質(zhì)、產(chǎn)生激素等[50]。植物根系主要分為初生根和側(cè)根。初生根是由種子的胚根形成的，并且向下延伸到土壤中，是植物生長發(fā)育所必需的；側(cè)根是植物根系結(jié)構(gòu)的主要決定因素，對水和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收也至關(guān)重要[50]。根的生長發(fā)育受到細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的精確控制。RLKs作為細(xì)胞表面的信號監(jiān)測者和傳遞者，在根的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。

4.1 參與初生根的發(fā)育調(diào)控

植物中存在大量的分泌小肽，RLKs可作為小肽的受體共同調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育[51-52]。CLE(CLAVATA3/ embryo surrounding region)肽家族參與廣泛的發(fā)育過程。在擬南芥中，不同的CLE肽配體及其同源CLV(clavata)可與類受體激酶BAM(barely any meristem)相互作用，它們組成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑共同調(diào)控根的發(fā)育[53]。在根的初生韌皮部中表達(dá)的CLE45(CLAVATA3/esr-related 45)可以抑制初生韌皮部的分化和根分生組織的生長，而這種抑制作用在bam3突變體中被明顯減弱，研究表明BAM3作為CLE45的受體調(diào)控初生韌皮部的分化和根分生組織的生長[54]。在根尖細(xì)胞中，多肽CLE40通過與類受體激酶 ACR4(arabidopsis crinkly4)結(jié)合抑制WOX5(wuschel-related homeobox 5)的表達(dá)，從而調(diào)控根尖分生組織干細(xì)胞的增殖與分化[55-56]。擬南芥類受體激酶TOAD2(toadstool 2)/ RPK2(receptor-like protein kinase 2)和RPK1也參與調(diào)節(jié)根的生長，CLE17肽處理會抑制野生型植株根分生組織的生長，toad2 /rpk2突變體的根分生組織對CLE17肽處理不敏感[57]。此外，CLE處理后導(dǎo)致的RPK1蛋白表達(dá)嚴(yán)重降低且依賴于TOAD2 / RPK2。這些結(jié)果表明，這2種RLK在共同途徑中介導(dǎo)CLE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以調(diào)控根的生長[57]。

酪氨酸蛋白質(zhì)磺基轉(zhuǎn)移酶TPST(tyrosylprotein sulfotransferase)介導(dǎo)肽激素的翻譯后修飾。擬南芥的TPST功能缺失突變體tpst-1表現(xiàn)出根分生組織減少和根嚴(yán)重縮短的表型[58]。而RGF1 (root meristem growth factor 1)肽可以恢復(fù)tpst-1突變體中的根分生組織活性，表明該肽對根系干細(xì)胞維持至關(guān)重要[58]。編碼亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶RGFR (RGF1 receptor)又叫RGI(RGF1 insensitive)，RGFR 與 BAK1(BRI1-associated receptor kinase)可作為RGF肽的受體通過PLT(plethora)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控根的初級分生組織活性[59-60]。

酪氨酸硫化肽PSK(phytosulfokine precursor)和PSY1(plant peptide containing sulfated tyrosine 1)可通過調(diào)節(jié)伸長區(qū)的細(xì)胞擴(kuò)增促進(jìn)初生根的生長[61]。2個編碼亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶PSKR1(phytosulfokin receptor 1)和PSKR2是識別PSK肽的受體，它們的同源蛋白PSY1R(PSY1 receptor)是識別PSY1的受體[62]。研究表明，PSKR1與BAK1/SERK3(somatic embryogenesis receptor-like kinase 3)相互作用形成異源二聚體響應(yīng)PSK信號肽進(jìn)而調(diào)控初生根的生長[63-64]。

類受體激酶FER(feronia，以伊特魯里亞人的生育女神Feronia命名)是CrRLK1L亞家族的成員之一，最初被鑒定為調(diào)節(jié)花粉管生長和雌雄配子互作的重要調(diào)節(jié)因子[65-66]。后來發(fā)現(xiàn)分泌肽RALF(rapid alkalinization factor)通過激活擬南芥中的細(xì)胞表面的FERONIA來抑制初生根的細(xì)胞伸長[67]。

BRI1(brassinosteroid insensitive 1)是一種典型的富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶，被鑒定為油菜素內(nèi)酯(BR)的受體[68-70]。擬南芥SERK(somatic embryogenesis receptor-like kinase)家族成員作為BRI1的共同受體，在BR信號通路的早期激活步驟中發(fā)揮重要作用[71-72]。一項(xiàng)研究報道，SERKs也參與調(diào)控根的生長[73]。BR信號通路在serk1bak1bkk1三重突變體中完全被破壞，但三重突變體的根比BR缺陷突變體cpd和BR信號突變體bri1-701的根更短[73]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，三重突變體中極性生長素轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞周期、內(nèi)胚層發(fā)育和根分生組織分化等相關(guān)基因的表達(dá)量大大降低，而這些基因在突變體cpd和bri1-701中的表達(dá)量卻沒有發(fā)生太大變化[73]。這些結(jié)果表明，SERKs通過BR非依賴性途徑控制根的生長。

3.3.2.黃體功能不全黃體功能不全常源于卵泡的生長異常,因此可采用氯米芬或促性腺激素促排卵,hCG誘發(fā)排卵并進(jìn)行黃體期支持,可使用黃體酮20mg每日肌內(nèi)注射和(或)hCG 2000U,隔日肌內(nèi)注射至孕10~12周左右[1 1]。

凱氏帶環(huán)繞在內(nèi)皮層徑向壁和橫向壁上，具栓質(zhì)化和木質(zhì)化帶狀增厚的壁結(jié)構(gòu)，它控制著皮層和維管柱之間的物質(zhì)運(yùn)輸[74]。CIF(casparian strip integrity factor)是凱氏帶形成所必需的硫酸化肽[75]。研究發(fā)現(xiàn)，編碼亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶SGN3/GSO1(schengen3/gassho1)及其同源蛋白GSO2可作為CIF肽的受體，GSO1 / SGN3功能喪失突變引起凱氏帶支架蛋白CASP(casparian strip membrane domain protein)錯誤定位，最終導(dǎo)致形成中斷的不連續(xù)凱氏帶[75-76](圖3)。

4.2 參與側(cè)根的發(fā)育調(diào)控

根的中柱鞘分化出側(cè)根原基，側(cè)根從成熟區(qū)的中柱鞘部位生長出來，貫穿皮層，最終突破表皮向根外伸長[77]。 一些CLE肽在側(cè)根生長中起作用以響應(yīng)土壤中氮素的變化水平。CLE1、CLE3、CLE4和CLE7主要在中柱鞘中表達(dá)，低水平的氮素使它們表達(dá)上調(diào)，而過度表達(dá)這些CLE基因抑制側(cè)根生長[78]。clv1-1突變體在低氮素條件下側(cè)根伸長[78]。CLE3特異性抑制野生型的側(cè)根形成，但不抑制clv1突變體的側(cè)根形成[78]。這些結(jié)果表明，CLE-CLV1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模塊通過響應(yīng)土壤中氮素水平的變化以調(diào)控側(cè)根的生長。CEP1(C-terminally encoded peptide 1)肽在側(cè)根原基中表達(dá)，并且CEP1的過表達(dá)抑制擬南芥中的側(cè)根生長[79]。合成肽CEP1、CEP3和CEP9的應(yīng)用也會抑制側(cè)根的發(fā)育[79-80]。類受體激酶CEPR1(C-terminally encoded peptide receptor 1)和 CEPR2作為CEP家族幾個成員的受體共同調(diào)控側(cè)根的生長，突變體cepr1和cepr1cepr2表現(xiàn)出增強(qiáng)的側(cè)根生長[81-82]。然而CEP5被證明是側(cè)根形成的負(fù)調(diào)節(jié)子，因?yàn)镃EP5過表達(dá)與cepr1突變體類似表現(xiàn)出側(cè)根數(shù)量減少[82]。

最近的一項(xiàng)研究表明，TDIF-TDR/PXY(TDIF receptor/phloem intercalated with xylem)-BIN2(brassinosteroid insensitive 2)-ARF(auxin response factor)信號通路在側(cè)根形成中起作用[83]。TDR是一種LRR-RLK，TDIF的應(yīng)用會增加側(cè)根密度，而tdr突變體對TDIF處理不敏感，研究發(fā)現(xiàn)TDR作為TDIF的受體與周圍的BIN2相互作用并增強(qiáng)BIN2介導(dǎo)的ARF磷酸化以激活A(yù)RF，最終促進(jìn)側(cè)根形成[83]。

IDA(inflorescence deficientin abscission)肽在側(cè)根的形成中發(fā)揮重要作用[84]。IDA被2個含亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶HAE(haesa)和HSL2(haesa-like2)感知[85]，并通過誘導(dǎo)各種細(xì)胞壁重塑酶的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞壁降解，最終促進(jìn)側(cè)根出現(xiàn)[84]。SERK1作為HAE的共受體促進(jìn)IDA的識別[2]。遺傳分析顯示，所有4種SERK家族RLK在此過程中起著冗余作用[86]。IDA可誘導(dǎo)HAE / HSL2和SERK形成異源二聚體，使其相互磷酸化[86]。RGF1肽處理使擬南芥的側(cè)根數(shù)量明顯減少，且rgi1/2/3/4四重突變體對側(cè)根形成中RGF1的敏感性低于野生型，表明RGF1及其受體也在側(cè)根形成中發(fā)揮作用[87]。

類受體激酶及其配體參與側(cè)根、根毛和初生根的生長發(fā)育。圖中類受體激酶以紅色字體表示，其配體以黑色字體表示。 以類受體激酶及其配體對的形式描繪細(xì)胞信號傳導(dǎo)途徑以 及它們協(xié)調(diào)側(cè)根、根毛和初生根發(fā)育的各個方面。 類受體激酶和配體名稱的縮寫在文中給出圖3 RLKs調(diào)控根生長發(fā)育的多種功能 RLKs and their ligands involve in the growth and development of lateral roots, root hairs and primary roots. RLKs and their ligands are depicted in red and black, respectively. ThisFigure shows signaling pathways of the RLKs and their ligands pairs that coordinate the growth and development of lateral roots, root hairs and primary roots. Abbreviations of names RLKs and their ligands are given in the textFig.3 Multiple functions of RLKs in root growth and development

前面提到的類受體激酶PSKR1和PSKR2作為PSK肽的受體對于初生根生長非常重要。然而，外源性PSK處理也會促進(jìn)側(cè)根的形成和側(cè)根伸長，此過程不依賴PSKR1，表明PSK可能與其他受體相互作用來調(diào)節(jié)側(cè)根的生長[88](圖3)。

4.3 參與根毛的發(fā)育調(diào)控

擬南芥根表皮細(xì)胞進(jìn)入分化區(qū)后會發(fā)育成2種不同的細(xì)胞類型。 只有位于2個皮層細(xì)胞交界處上方的表皮細(xì)胞可以分化形成根毛，稱作生毛細(xì)胞；而那些只與一個皮層細(xì)胞接觸的表皮細(xì)胞通常不會發(fā)展成根毛，稱為非生毛細(xì)胞[89]。 在非生毛細(xì)胞中，GL3(glabra3)、EGL3 (enhancer of glabra3)、WER (werewolf) 和TTG (transparent testa glabra)形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物WER-GL3/EGL3-TTG，該復(fù)合物正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子GL2 (glabra2)的表達(dá)[90-93]。GL2可通過磷脂信號途徑負(fù)調(diào)控根毛的發(fā)育[94]。在生毛細(xì)胞中，GL2抑制RHD6(roh hair defective6)的表達(dá)，而RHD6是一種正調(diào)控根毛發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子[95-96]。CPC (caprice)與WER競爭性結(jié)合GL3/EGL3-TTG復(fù)合物，形成的CPC-GL3/EGL3-TTG轉(zhuǎn)錄復(fù)合物不能促進(jìn)GL2的表達(dá)，消除了GL2對RHD6的抑制作用從而決定該細(xì)胞發(fā)育成生毛細(xì)胞[97-99]。根表皮中的凸起先緩慢生長，然后進(jìn)入一個快速的尖端生長過程，最終產(chǎn)生根毛。Ca2+和ROS是維持極化細(xì)胞生長的2個主要因素[89,100-101]。ROS可激活Ca2+流入通道并瞬時升高細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度，促進(jìn)根毛中Ca2+梯度的建立[101]。升高的Ca2+水平反過來激活NADPH氧化酶RHD2(root hair defective 2)引發(fā)ROS的產(chǎn)生，這樣的正反饋回路確保了正常根毛尖生長[102]。

類受體激酶SCM (scrambled)也稱為SUB(strubbelig)，其細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域中具有6個LRR，屬于LRR-RLK V亞家族[103]。SCM是第一個被鑒定到與擬南芥根表皮細(xì)胞命運(yùn)決定有關(guān)的RLK[103]。scm突變體根表皮中細(xì)胞型紊亂，其很多非生毛細(xì)胞可發(fā)育成根毛細(xì)胞，而生毛細(xì)胞卻不能發(fā)展成根毛[103]。在scm突變體中，GL2、CPC、WER和EGL3都表現(xiàn)出一種紊亂的表達(dá)模式，這表明SCM可能通過某個未知信號調(diào)節(jié)這些基因的表達(dá)模式[103]。目前還不清楚到底是什么信號物質(zhì)在此過程中起作用，進(jìn)一步研究該類受體激酶可能有助于探析皮層細(xì)胞與表皮細(xì)胞之間的信號傳遞過程。

在BR相關(guān)突變體中大部分生毛細(xì)胞不能發(fā)育成根毛；相反，BRI1過表達(dá)或BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的下游負(fù)調(diào)節(jié)因子BIN2的缺失突變增強(qiáng)BR信號后會形成許多根毛[104]。這些結(jié)果表明，BRI1通過介導(dǎo)BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控根表皮細(xì)胞的命運(yùn)。

類受體激酶基因FER的突變導(dǎo)致嚴(yán)重的根毛缺陷[105]。fer突變體中的活性RHO GTP酶(active rho gtpase proteins，RAC / ROPs)蛋白水平降低導(dǎo)致ROS水平較低，因?yàn)镽AC / ROP蛋白可以在根毛伸長期間激活RHD2介導(dǎo)的ROS產(chǎn)生，如ROP2(RHO-related protein from plants 2)[105-106]且ROP2的過表達(dá)可以抵消fer突變體的根毛缺陷，這些結(jié)果表明FER作用于RAC / ROPs的上游，以控制根毛尖生長期間RHD2依賴性的ROS產(chǎn)生[105]。最近一項(xiàng)研究報道，F(xiàn)ER還參與調(diào)控根細(xì)胞擴(kuò)增速度和向地性響應(yīng)[107]。MRI(maris)是一種RLCK[108]， 其突變體mri根毛變短，表型類似于fer。 MRIR240C是MRI激酶活性增強(qiáng)的一種形式，MRIR240C的過表達(dá)可以部分拯救fer的根毛缺陷表型，表明MRI在根毛生長期間在FER信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游起作用[108]。

CAP1([Ca2+] cyt-associated protein kinase 1)是一種參與根毛尖生長的CrRLK1L家族蛋白，CAP1也被稱為ERU(erulus，以FER的兒子Erulus命名)[67]。CAP1/ERU是一種生長素誘導(dǎo)的擬南芥類受體激酶，其表達(dá)直接受ARF7和ARF19轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，CAP1/ERU通過負(fù)調(diào)控果膠甲酯酶的活性來調(diào)節(jié)根毛生長期間細(xì)胞壁組成和果膠動力學(xué)[109]。與野生型相比，cap1/eru突變體根毛更少更短[110]。研究發(fā)現(xiàn)， CAP1/ERU可以感知細(xì)胞質(zhì)NH4+水平并將它們分隔在液泡中，從而確保細(xì)胞質(zhì)中正常的NH4+濃度。CAP1/ERU的突變引起細(xì)胞質(zhì)中NH4+過量積累，從而影響Ca2+梯度，最終導(dǎo)致根毛生長缺陷[110]。

類受體激酶RHS10(root hair specific 10)是一個編碼富含脯氨酸序列的PERK-like亞家族成員[111]。與野生型相比，RHS10的突變導(dǎo)致根毛尖端的生長過程延長，RHS10過表達(dá)抑制根毛中ROS水平，rhs10突變體根毛中ROS水平增加[111]。即RHS10抑制根中ROS的積累，而ROS是根毛生長所必需的。酵母雙雜交篩選鑒定出RNA酶RNS2(ribonuclease2)是RHS10的下游靶標(biāo)，即RHS10過表達(dá)通過RNA酶RNS2降低了根毛生長區(qū)的RNA水平[111]。這些研究結(jié)果表明，RHS10是通過調(diào)節(jié)RNA分解代謝和ROS積累以維持適當(dāng)?shù)母L度(圖3)。

5 展 望

植物根在生長發(fā)育過程中受到大量的外部刺激和內(nèi)源性發(fā)育信號的影響，植物必須整合這些信號并轉(zhuǎn)化為細(xì)胞反應(yīng)，才能適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。RLKs作為細(xì)胞膜上的信息監(jiān)測者，通過檢測外源和內(nèi)源信號調(diào)控根的生長發(fā)育。

除了根的生長發(fā)育，在其他發(fā)育過程、非生物脅迫、防御反應(yīng)等生理過程中都有很多RLKs的參與。植物的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，一種RLK可能參與調(diào)控很多不同的生理過程，如前面提到的類受體激酶BAK1同時參與調(diào)控油菜素內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞死亡、糖信號響應(yīng)和先天免疫等[72,112-114]。在根的生長發(fā)育過程中，BAK1 可與RGFR作為RGF肽的受體通過PLT轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控根的初級分生組織活性[59-60]，又可與PSKR1相互作用形成異源二聚體響應(yīng)PSK肽進(jìn)而調(diào)控初生根的生長[63-64]，也可通過BR非依賴性途徑控制根的生長[73]。這也為RLKs的研究增加了難度和挑戰(zhàn)。除此之外，許多RLKs可以催化絲氨酸殘基和蘇氨酸殘基的磷酸化，也可以催化酪氨酸殘基的磷酸化[23,25,31-32]，RLKs多個位點(diǎn)的磷酸化如何精細(xì)調(diào)控不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程也有待進(jìn)一步研究。

近年來，雖然有越來越多的RLKs被分離鑒定參與調(diào)控根的生長發(fā)育。但在根的發(fā)育過程中，還有很多科學(xué)問題值得我們思考。如前面提到的CLE45

在根的初生韌皮部中表達(dá)，可以通過與類受體激酶BAM3的相互作用抑制初生韌皮部的分化[54]。但不能排除是否有其他CLE成員作為BAM3的配體參與韌皮部的發(fā)育過程？比如與CLE45十分相似的CLE25和CLE26。用各種合成CLE肽處理擬南芥的根，發(fā)現(xiàn)CLE26對根生長的抑制作用最強(qiáng)[115]，生長素處理可以促進(jìn)CLE26的表達(dá)且CLE26會降低生長素運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白PIN1(pin-formed 1)的豐度而不影響其轉(zhuǎn)錄水平，表明CLE26與蛋白水平上的生長素信號途徑相關(guān)[116]。值得思考的是，CLE26是如何傳遞信號到PIN1以及是否有類受體激酶作為CLE26的受體在生長素信號途徑中發(fā)揮作用進(jìn)而調(diào)控根的生長？前文提到CAP1/ERU通過改變細(xì)胞質(zhì)中NH4+濃度影響Ca2+梯度進(jìn)而影響根毛的生長[110]。另一篇研究報道，CAP1/ERU也會影響到根毛中ROS的正常水平和分布[117]。但其具體作用機(jī)制仍不清楚，猜想CAP1/ERU是否是通過NH4+的過量積累影響Ca2+梯度后，變化后的Ca2+梯度再通過激活RHD2改變ROS的水平和分布？除此之外，是否有其他更多的類受體激酶參與調(diào)控根的生長發(fā)育過程？這些都是有待進(jìn)一步研究的科學(xué)問題。

要揭示一個RLK完整的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，需結(jié)合遺傳學(xué)、組學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué)等手段以鑒定其胞外配體、共受體和底物蛋白。已有的大量T-DNA插入和轉(zhuǎn)座子標(biāo)記等擬南芥突變體材料有助于RLKs的功能研究。然而，在很多情況下，單個基因的突變并不能觀察到明顯的表型?？赡茉蛑皇腔蚪M中存在功能冗余的其他基因，另一個原因是有些受體只在特定的條件下才能感知信號或刺激。鑒于RLKs家族成員多以及亞家族成員之間具有相似性，有相當(dāng)數(shù)量的RLKs具有重疊或冗余功能。因此，在研究過程中可能需要構(gòu)建雙重或多重缺失突變體或過表達(dá)植株才能觀察到明顯的表型。植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一直是一個非常令人興奮的研究領(lǐng)域，研究RLKs的功能及其相互作用網(wǎng)絡(luò)將有助于我們進(jìn)一步認(rèn)識植物的生長發(fā)育過程。