小肽激素调控植物生长发育及逆境生理研究进展

小肽激素通常是指含5-100个氨基酸长度的肽段。在植物体内小肽激素含量很低、分子量小、数量多、来源及加工成熟机制复杂,这赋予了小肽多种多样的生物学功能,能够在极低浓度下与受体结合,调节植物的细胞分裂与生长、组织与器官分化、开花与结实、成熟与衰老等生理过程,协调植物响应多种胁迫环境。小肽激素作为细胞间信号转导的重要介质,参与调控生长发育的分子机制是近年来植物学科研究的热点和前沿。本文系统综述了小肽激素的结构、分类及其功能研究进展,重点讨论了CLE、RALFs、PSK、CIF、SYS等家族调控植物生长发育及逆境生理的研究进展,并展望了植物小肽激素的应用前景,为植物小肽激素的深层次研究和开发应用提供了重要的理论基础。

植物多肽类调节物质磺肽素(PSK)的功能与作用机制

植物磺肽素(phytosulfokine,PSK)是一种新型植物肽类生长调节因子,成熟的PSK是由5个或4个氨基酸构成的磺化短肽[Tyr(SO_(3)H)-Ile-Tyr(SO_(3)H)-Thr-Gln],其中的酪氨酸(Tyr)被磺化修饰。PSK在高等植物中广泛分布,但在低等植物中还未见报道。其在植物中通过细胞膜上的富含亮氨酸的类受体激酶(leucine-rich receptor like kinase protein,LRR-RLK)蛋白家族作为受体向胞内传递信号。拟南芥中报道的PSK受体PSKR具有激酶活性和鸟苷酸环化酶活性双重信号感知作用。PSK调控植物多种生理和生化反应,包括植物细胞的体外分化、细胞的生长、根顶端分生组织细胞和静止中心细胞的调控、花粉管细胞的发育、植物体免疫的调控等;参与非生物胁迫应答,以及和生长素、细胞分裂素、茉莉酸、油菜素内脂等植物激素的协同调控等等。本文总结了近年来PSK在植物生长、发育和逆境应答等中的功能与作用机制的研究进展,并对未来的研究方向作了展望,希望能为今后PSK相关研究提供指导。

植物肽激素受体激活的新机制

植物磺化肽类激素(phytosulfokine,PSK)是植物肽类激素的典型代表,它是有两个酪氨酸磺酸化修饰的直链五肽,在植物体的生长和发育过程中有广泛而重要的调控作用。PSK发挥作用需要被细胞膜上的受体激酶PSKR(phytosulfokine receptor)识别来进行信号转导。但目前该肽激素的信号识别和其受体激活的分子机制还不清楚。该实验室通过解析PSKR胞外结构域没有结合PSK和结合PSK以及结合PSK和共受体这三种状态的晶体学结构,直观而全面地揭示了激素识别和受体激活的分子机制。PSK通过形成反向β片层与PSKR岛区中的β片层互作而结合,PSK的两个磺酸化基团直接参与同PSKR的结合。通过遗传和生化等实验的验证,发现PSK可以介导PSKR和体细胞胚胎发育受体激酶(somatic embrogenesis receptor like kinases,SERKs)的结合。进一步通过解析PSK-PSKR-SERK的受体激活复合物的晶体学结构发现,PSK没有同SERK结合,而是通过诱导PSKR岛区的构象变化来别构介导PSKR与SERK结合,这一机制区别于经典的"分子胶"模式。该研究揭示了PSK识别的分子机制和受体PSKR的激活新机制。