寫在前面
這次分享的是遺傳所周檢民老師在2018年應(yīng)邀在《Annual Review of Plant Biology》發(fā)表的有關(guān)植物RLCK在參與植物各種生物過程的綜述"Receptor-Like Cytoplasmic
Kinases: Central Players in Plant Receptor Kinase–Mediated Signaling"。
Abstract
受體激酶(RKs)在跨膜信號(hào)傳導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用，它控制著植物的繁殖、生長、發(fā)育以及對(duì)各種環(huán)境條件的適應(yīng)。細(xì)胞質(zhì)受體類激酶(RLCKs)是一類缺乏胞外配體結(jié)合域的信號(hào)蛋白，在生物/非生物脅迫和內(nèi)源性胞外信號(hào)分子的作用下調(diào)控植物細(xì)胞活動(dòng)。通過與免疫相關(guān)的RKs相結(jié)合，RLCKs調(diào)控多個(gè)下游信號(hào)節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)病原菌產(chǎn)生一系列復(fù)雜的防御反應(yīng)。RLCKs還與感知油菜素內(nèi)脂和信號(hào)肽的RKs聯(lián)系起來以協(xié)調(diào)生長、花柱導(dǎo)向、胚胎和氣孔模式、花器官脫落和非生物脅迫反應(yīng)。RLCKs的活性和穩(wěn)定性不僅受到RKs的動(dòng)態(tài)調(diào)控，還受到其他RLCK相關(guān)蛋白的動(dòng)態(tài)調(diào)控。對(duì)RLCK相關(guān)成分和底物的分析表明，磷酸化是RKs介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要機(jī)制。
Introduction
對(duì)植物受體激酶的概述
跨膜信號(hào)在植物生命的幾乎所有方面都是至關(guān)重要的。定位于細(xì)胞表面的受體感知細(xì)胞外不同的信號(hào)分子，包括蛋白質(zhì)/多肽、RNAs、典型的植物激素、活性氧(ROS)、糖、核苷酸、多糖和離子。一旦感知到這些分子，這些受體就會(huì)將信號(hào)傳遞到細(xì)胞質(zhì)，最終調(diào)節(jié)新陳代謝和細(xì)胞活動(dòng)。對(duì)這些信號(hào)分子的感知使陸地植物能夠?qū)Νh(huán)境中的生物和非生物脅迫作出反應(yīng)，從而與有益微生物建立共生關(guān)系，激活免疫反應(yīng)以抵御植物病原微生物，并適應(yīng)非生物脅迫?？缒ば盘?hào)還能使細(xì)胞-細(xì)胞間的通訊準(zhǔn)確控制開花植物高度復(fù)雜的受精過程，在某些被子植物中建立自交不親和，維持莖和根的頂端分生組織，促進(jìn)細(xì)胞分化和細(xì)胞生長。
在動(dòng)物中，跨膜受體包括離子通道連接受體、酪氨酸受體激酶(RTKs)、Toll樣受體(TLRs)和G蛋白偶聯(lián)受體。在植物中，定位在細(xì)胞表面受體主要由受體樣激酶(RLKs)和受體樣蛋白(RLPs)組成。RLKs包含一個(gè)負(fù)責(zé)配體結(jié)合的可變的胞外域、一個(gè)單通道跨膜域、一個(gè)胞內(nèi)近膜域和一個(gè)胞質(zhì)激酶域。植物中的RLKs屬于同一蛋白激酶，如同動(dòng)物中的Pelle家族激酶，Pelle家族激酶成員包括IRAKs(INTERLEUKIN RECEPTOR-ASSOCIATED KINASEs)。擬南芥和水稻基因組分別包含～610和～1,100 RLKs，占每個(gè)物種編碼基因的～2%。約75%的擬南芥RLKs同時(shí)包含跨膜結(jié)構(gòu)域和胞外結(jié)構(gòu)域。RLPs包含一個(gè)胞外域和一個(gè)跨膜域或一個(gè)糖基磷脂酰肌醇錨定域，但缺乏激酶域;相反，它們被認(rèn)為與RLKs一起介導(dǎo)跨膜信號(hào)。擬南芥有170個(gè)左右RLPs，水稻中有90個(gè)左右RLPs ， 愈來愈多的RLKs和RLPs家族成員被認(rèn)為是細(xì)胞表面定位的受體，控制著大量的生物過程。然而，并不是所有的RLKs和RLPs都是受體;有些在受體復(fù)合物中作為共受體、支架蛋白或其他成分。被確認(rèn)為是受體的RLKs被稱為受體激酶(RKs)。
有趣的是，RLK超家族中有很大一部分具有胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域，但缺乏胞外結(jié)構(gòu)域。這些成員被稱為受體樣胞質(zhì)激酶(RLCKs)。擬南芥和水稻分別有149個(gè)和379個(gè)RLCKs。根據(jù)序列同源性，擬南芥和水稻RLCKs被分為17個(gè)亞組，分別稱為RLCK-II和RLCK-IV-RLCK-XIX。大多數(shù)RLCK只含有一個(gè)Ser/Thr激酶結(jié)構(gòu)域，而其他結(jié)構(gòu)域則包括LRR、EGF、WD40或跨膜結(jié)構(gòu)域。
本文綜述了RLCKs在植物不同過程中的作用。我們的目的是討論RLCKs和RKs之間的關(guān)系，并通過研究RLCKs來突出RK介導(dǎo)的信號(hào)機(jī)制。
參與受體激酶調(diào)節(jié)的生物過程的RLCKs
植物RKs與動(dòng)物RTKs在結(jié)構(gòu)組織和激活方式上具有高度的相似性。RKs和RTKs都具有高度可變的胞外結(jié)構(gòu)域用于配體結(jié)合、單通道跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域都需要配體誘導(dǎo)的寡聚化來激活。此外，RKs和RTKs絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基可被磷酸化，并且RKs和RTKs均可通過內(nèi)吞作用或泛素化使得在激活后變得不那么敏感。RK和RTK 介導(dǎo)的下游信號(hào)通路也相似，如MAPK級(jí)聯(lián)的激活和NADPH氧化酶介導(dǎo)的ROS產(chǎn)生。
盡管有上述相似之處，RK和RTK介導(dǎo)的跨膜信號(hào)在進(jìn)化上是獨(dú)立的，并使用不同的機(jī)制激活下游事件。配體誘導(dǎo)的RTKs的二聚作用允許特定基序中酪氨酸殘基上的激酶結(jié)構(gòu)域的自磷酸化來招募和激活下游信號(hào)原件，下游信號(hào)原件包括SH2結(jié)構(gòu)域(Src同源物2)和磷酸酪氨酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域(PTB)。SH2和PTB結(jié)構(gòu)域主要包括Src,磷脂酶Cγ,適配器蛋白質(zhì)。植物RKs是否使用了類似的機(jī)制尚不清楚，其區(qū)別又有多大我們也不知道。
BIK1(BOTRYTIS INDUCED KINASE1):一種重要的蛋白激酶，它傳遞來自多個(gè)受體的信號(hào)并激活防御反應(yīng)。
BSK1(BR SIGNALING KINASEs):傳遞來自BRI1的信號(hào)來調(diào)節(jié)植物生長的一類蛋白質(zhì)家族。
最近的研究表明RLCKs在RK介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用(圖1)。與這一概念相一致，許多RLCK通過N端豆蔻?；蜃貦磅；ㄎ挥诩?xì)胞膜上。RLCKs與RKs/RLPs在調(diào)節(jié)植物先天免疫、適應(yīng)非生物脅迫、激素信號(hào)、有性生殖、氣孔模式、維持莖和根分生組織、維管組織分化、花瓣脫落等發(fā)育過程中協(xié)同發(fā)揮作用。例如，BIK1及相關(guān)的RLCKs和幾個(gè)RKs直接互作來調(diào)節(jié)免疫響應(yīng)。RLCK-XII亞家族的BSKs(BR SIGNALING KINASEs)與BRI1(BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1，一種LRR-RK)直接互作，BRI1是BR的主要受體，來調(diào)節(jié)擬南芥的BR信號(hào)。擬南芥RLCK-VIII成員MARIS(MRI)在兩對(duì)密切相關(guān)的肽激素受體(ANX1、ANX2和BUPS1(BUDDHA’S PAPER SEALl)、BUPS2)下游發(fā)揮功能來控制花粉管的完整性。蕓薹屬M(fèi)LPK(M-LOCUS PROTEIN KINASE)是一種RLCK，它與雌性決定子 SRK (S-LOCUS B-LECTIN RECEPTOR KINASE)相互作用來調(diào)節(jié)自交不親和性。表1總結(jié)了報(bào)告功能的RLCKs。RLCKs不僅通過磷酸化多種下游成分來調(diào)控RK和RLP介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，還通過調(diào)節(jié)受體復(fù)合物的活性來調(diào)控RK和RLP介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。此外，RLCKs的活性和穩(wěn)定性都受到嚴(yán)格的調(diào)控。
RLCKs在植物RK介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用類似于Src和IRAKs在動(dòng)物RTK和TLR介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用(圖1)。然而，對(duì)RK介導(dǎo)的免疫信號(hào)、BR信號(hào)和氣孔模式通路的分析揭示了植物跨膜信號(hào)的獨(dú)特機(jī)制。在這篇綜述中，我們強(qiáng)調(diào)了我們目前對(duì)RLCKs調(diào)控植物生物學(xué)的作用和調(diào)控機(jī)制的理解，討論了參與這些過程的RLCKs之間的異同，并進(jìn)行了比較。
RLCKs在植物免疫中是中心參與者
雖然植物沒有專門的免疫細(xì)胞或適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，但它們確實(shí)擁有一個(gè)與動(dòng)物先天免疫系統(tǒng)高度相似的免疫系統(tǒng)，該系統(tǒng)依賴于細(xì)胞表面和細(xì)胞質(zhì)免疫受體。越來越多的RKs和RLPs已被證明是模式識(shí)別受體(PRRs)，PRRs監(jiān)測(cè)質(zhì)外體的免疫原性分子模式，這些來自微生物或植物的PAMPs在病原體感染過程中被特異性釋放。對(duì)這些PAMPs的感知觸發(fā)了一系列免疫信號(hào)，如短暫鈣內(nèi)流，ROS的產(chǎn)生，MAPKs和鈣依賴性蛋白激酶的激活(CPKs)及轉(zhuǎn)錄重編程，并最終達(dá)到限制病原菌侵染的目的。成功入侵的病原菌還在寄主植物的質(zhì)外體或細(xì)胞質(zhì)中部署多種效應(yīng)蛋白，以協(xié)助感染和定植?，F(xiàn)在已經(jīng)確定，許多這些效應(yīng)子是通過逃避宿主識(shí)別或阻斷免疫信號(hào)來發(fā)揮功能的。為了對(duì)抗效應(yīng)子介導(dǎo)的致病機(jī)制，植物進(jìn)化出胞內(nèi)免疫受體，這是一種富含核苷酸結(jié)合亮氨酸的重復(fù)胞內(nèi)受體(NLRs)，以檢測(cè)細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)活動(dòng)和觸發(fā)強(qiáng)大的免疫反應(yīng)。
多種PRR下游的免疫信號(hào)
BRI1(BRASSINO STEROID INSENSITIVE1):調(diào)節(jié)植物生長的一類類固醇激素的受體。
ANX1/2(ANXUR1):一對(duì)感知RALFs的密切相關(guān)受體;調(diào)節(jié)花粉管生長。
NLRs(Nucleotide-binding leucine-rich repeat domain–containing receptors):由植物和動(dòng)物共有的一類胞質(zhì)免疫受體。
SERKs(SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASEs):蛋白質(zhì)的一個(gè)小家族，包括BAK1這種常見的共受體。
flg22：細(xì)菌鞭毛蛋白中N端22個(gè)氨基酸，在多種細(xì)菌中是保守的；flg22被FLS2感知。
BAK1(BRI1-ASSOCIATED KINASE1):一類常見的共受體，與多個(gè)受體聯(lián)合起來感知外部信號(hào)。
FLS2(FLAGELLIN SENSING2):感知細(xì)菌鞭毛蛋白的植物受體。
CERK1(CHITIN ELICITOR RECEPTOR KINASE1):
一種常見的識(shí)別來自微生物的寡聚糖的共受體，配體包括幾丁質(zhì)和肽聚糖。
PBL(PBS1-LIKE):與BIK1相關(guān)的一個(gè)蛋白質(zhì)家族。
植物基因組編碼了大量的PRRs，根據(jù)胞外域序列可將其分為不同的類別，其中最大的胞外域攜帶富含亮氨酸的重復(fù)(LRR)胞外域。PRRs中的LRR-RK和LRR-RLP識(shí)別來自植物或病原菌的肽類表位，而胞外結(jié)構(gòu)域是賴氨酸基序(LysM)的RKs和RLPs識(shí)別chitin或肽聚糖。此外，S-lectin RKs可識(shí)別細(xì)胞外核苷酸和細(xì)菌脂多糖。無論胞外域類型如何，感知到配體后，PRRs被組裝復(fù)合物參與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。所有包含LRR胞外域的PRRs需要SERKs家族成員，SERKs是一小類LRR-RLKs的共受體，而LRR-RLP PRRs需要一個(gè)額外的LRR-RLK共受體，SOBIR1(SUPPRESSOR OF BIR1-1)，也被稱為EVR(EVERSHED)。SOBIR1和LRR-RLPs組成型的發(fā)生互作，被認(rèn)為形成雙邊RKs，這種模型在感知到配體后招募SERKs。與RTKs一樣，感知配體后導(dǎo)致受體和共受體的二聚或寡聚，這被認(rèn)為是將細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域帶入近端轉(zhuǎn)磷酸酶化所必需的。例如，擬南芥LRR-RKs FLS2和EFR(EF-Tu的受體)結(jié)合來自細(xì)菌鞭毛蛋白(flg22)和EF-Tu (elf18)的表位來招募SERK家族成員BAK1/SERK3，從而形成活性受體復(fù)合物。同樣，擬南芥一對(duì)密切相關(guān)LRR-RKs PEPR1和PEPR2結(jié)合Peps并招募BAK1形成一個(gè)活躍的受體復(fù)合物。擬南芥的LysM-RK LYK5(LYSINE MOTIF RECEPTOR KINASE5)和水稻LysM-RLP CEBiP都與幾丁質(zhì)結(jié)合并募集共受體CERK1， CERK1是一類LysM-RLK。幾丁質(zhì)與LYK5或CEBiP結(jié)合，導(dǎo)致其與CERK1發(fā)生二聚化，這是免疫激活所必需的。
RLCK-VII家族成員BIK1最初被證明是抵抗真菌病害灰霉病菌所必需的;然而，BIK1和這個(gè)RLCK家族的其他成員如何參與免疫信號(hào)還不清楚。隨后的研究表明，BIK1及其關(guān)系最近的同源基因PBL1 (PBS1-LIKE1)，直接與FLS2相互作用，是FLS2介導(dǎo)的防御所必需的。在bik1 pbl1雙突變體中flg22誘導(dǎo)各種防衛(wèi)反應(yīng)都減少，包括鈣內(nèi)流減少、ROS爆發(fā)減少、肌動(dòng)蛋白絲捆綁減少、胼胝體沉積減少、氣孔關(guān)閉減少和種子生長抑制的減少。不僅FLS2需要BIK1和PBL1介導(dǎo)免疫信號(hào)，其他PRRs也需要，包括LYK5、PEPR1、PEPR2和EFR。BIK1和PBL1與PEPR1的相互作用對(duì)乙烯誘導(dǎo)的抗病性尤其重要，因?yàn)橐阎蚁┰诓煌牟≡秩緯r(shí)積累，并誘導(dǎo)ProPep基因的表達(dá)，ProPep編碼了Pep的前體。TPK1b(TOMATO PROTEIN KINASE1b)，番茄中的一類RLCK-VII家族成員，也能介導(dǎo)乙烯誘導(dǎo)的響應(yīng)和對(duì)灰霉病菌、煙草天蛾的抗性。在水稻中的一類RLCKs包括OsRLCK185,OsRLCK176，介導(dǎo)了PTI反應(yīng)(表1)。
與BIK1和PBL1在多種PTI中的重要作用相一致的是，丁香假單胞菌效應(yīng)蛋白AvrPphB和野油菜黃單胞菌效應(yīng)蛋白AvrAC靶向BIK1和PBL1從而抑制PTI反應(yīng)。特別是，靶向BIK1需要AvrAC的毒性功能，因?yàn)锳vrAC(一類尿苷酸水解酶)水解了BIK1激活環(huán)中保守的磷酸化位點(diǎn)，從而抑制了BIK1激酶活性和PRR介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。
RLCK-VII家族共有46個(gè)成員，其中許多可能也參與了PRR介導(dǎo)的免疫信號(hào)。雖然在植物中轉(zhuǎn)入AvrAC和AvrPphB(可靶向多個(gè)RLCK-VII成員)嚴(yán)重?fù)p害了PTI、但對(duì)RLCK-VII家族的單個(gè)成員進(jìn)行突變只是略微降低了免疫力。這些觀察表明，多個(gè)RLCK-VII成員在PRRs下游功能冗余。事實(shí)上，關(guān)系相近的RLCK-VII成員 PCRK1(PATTERN-TRIGGERED IMMUNITY COMPROMISEDRECEPTOR-LIKE CYTOPLASMIC KINASE1)和PCRK2在FLS2下游起調(diào)節(jié)水楊酸積累的作用，水楊酸是一種重要的防御激素。pcrk1 pcrk2雙突變體中破壞了病原菌誘導(dǎo)的一些防衛(wèi)基因表達(dá)，如SARD1(SAR DEFICIENT1)、 CBP60g(CAM-BINDING PROTEIN 60-LIKE G)和 ICS1(ISOCHORISMATE SYNTHASE1)，并且破壞了對(duì)丁香假單胞菌的抗性。SARD1和CBP60g是控制ICS1表達(dá)的主要轉(zhuǎn)錄因子，ICS1編碼一種負(fù)責(zé)水楊酸合成的酶。與BIK1一樣，PCRK1和PCRK2與FLS2相互作用，flg22處理觸發(fā)PCRK2磷酸化。同樣，辣椒中RLCK-VII成員CaPIK1(PATHOGENINDUCED PROTEIN KINASE 1)參與野油菜黃單胞菌誘導(dǎo)的水楊酸積累。
參與PRR介導(dǎo)的免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的RLCKs并不局限于RLCK-VII家族。RLCK-XII成員BSK1(BR SIGNALING KINASE1)也與FLS2相互作用，是flg22觸發(fā)的ROS產(chǎn)生所必需的。在面對(duì)環(huán)切綠假絲菌和丁香假單胞菌侵染時(shí)，BSK1的突變導(dǎo)致游離水楊酸水平降低，抗病性降低。考慮到FLS2是細(xì)菌鞭毛蛋白的PRR，它不太可能有助于抵抗真菌病害，而不同的PRR被認(rèn)為通過類似的機(jī)制觸發(fā)免疫反應(yīng)，BSK1也許在真菌PRRs(如LYK5，CERK1)下游發(fā)揮作用，但這種可能性需要被證實(shí)。
雖然RLCKs對(duì)RK介導(dǎo)的免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有明顯的重要作用，但它們?cè)赗LP型PRRs下游免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用仍不清楚。考慮到這些RLPs與諸如SOBIR1這樣的RLKs共同作用，一些RLCKs可能會(huì)在RLP介導(dǎo)的免疫信號(hào)中與這些RLKs聯(lián)系起來。事實(shí)上，番茄RLCK ACIK1(AVR9/CF-9 INDUCED KINASE1)在LRR-RLP介導(dǎo)抗葉霉病(Cf4、Cf9)抗性中起作用，盡管在Cf4/9受體復(fù)合物中是否存在ACIK1仍不清楚。
感知病原菌效應(yīng)子的胞內(nèi)sensor
由于歷史原因，在20世紀(jì)90年代，NLR介導(dǎo)的ETI的研究比PTI受到了更大的關(guān)注，因此導(dǎo)致了抗性(R)基因的克隆，現(xiàn)在知道R基因通常是編碼的NLRs。出乎意料的是，第一個(gè)被分離出來的介導(dǎo)ETI的基因是番茄RLCK Pto，該基因因其對(duì)攜帶效應(yīng)蛋白AvrPto的丁香假單胞菌有抗性而得名。一個(gè)典型的NLR，Prf(PTO RESISTANCE AND FENTHION SENSITIVITY)也被認(rèn)為是Avrpto觸發(fā)免疫所必需的。隨后的分析表明，Prf與Pto相互作用，而Pto與AvrPto物理相互作用，使得使Prf能夠間接檢測(cè)AvrPto 。有趣的是，Prf也對(duì)攜帶截短AvrPtoB的丁香假單胞菌產(chǎn)生抗性，這是與Pto無關(guān)的。這種識(shí)別需要Fen(FENTHION SENSITIVITY)，與Pto高度相似的RLCK。因此，在Prf介導(dǎo)的免疫中，Pto和Fen作為效應(yīng)子的sensors，而不是信號(hào)的transducers。
除Pto和Fen外，其他幾種RLCKs也能感知效應(yīng)子并激活NLR介導(dǎo)免疫。擬南芥NLR蛋白R(shí)PS5(RESISTANCE TO PSEUDOMONAS SYRINGAE5)對(duì)攜帶效應(yīng)蛋白AvrPphB的丁香假單胞菌產(chǎn)生抗性，AvrPphB是一種半胱氨酸蛋白酶，可裂解與RPS5相關(guān)的RLCK-VII成員PBS1。PBS1的裂解導(dǎo)致構(gòu)象改變，從而導(dǎo)致RPS5的激活和免疫反應(yīng)。丁香假單胞菌的效應(yīng)子HopAI1直接靶向MAP激酶(MPKs)從而阻斷植物免疫。NLR蛋白 SUMM2(SUPPRESSOR OF MKK1 MKK2)通過間接檢測(cè)MPK4失活與否來觸發(fā)免疫。最近的一項(xiàng)研究表明，RLCK-IV成員(CALMODULIN-BINDING RECEPTOR-LIKE CYTOPLASMIC KINASE3)與SUMM2相互作用，并被MPK4磷酸化，揭示SUMM2可監(jiān)測(cè)CALMODULIN-BINDING RECEPTOR-LIKE CYTOPLASMIC KINASE3的磷酸化狀態(tài)，從而間接感知HopAI1。
與擬南芥NLR蛋白ZAR1(HOPZ-ACTIVATED RESISTANCE1)聯(lián)系的多種蛋白ZRKs(ZAR1-ASSOCIATED KINASEs)，包括ZED1(HOPZ-ETI-DEFICIENT1)、ZRK3和RKS1(RESISTANCE RELATED KINASE1)，都屬于RLCK XII亞家族。前面提到的每一個(gè)ZRKs都充當(dāng)了一個(gè)獨(dú)特的感知病原菌的sensor并觸發(fā)依賴ZAR1的免疫反應(yīng)。因此ZAR1- ZED1和ZAR1-ZRK3復(fù)合物對(duì)攜帶HopZ1a和HopF2效應(yīng)子的丁香假單胞菌具有抗性，而ZAR1-RKS1對(duì)攜帶AvrAC的野油菜黃單胞菌產(chǎn)生抗性。這些發(fā)現(xiàn)非常關(guān)鍵地說明了不同的RLCKs如何作為不同病原菌效應(yīng)子的sensor來擴(kuò)展單個(gè)NLR的識(shí)別范圍。ZED1和ZRK3可能分別是HopZ1a和HopF2的直接sensor。有趣的是，AvrAC觸發(fā)的免疫還需要PBL2(一個(gè)RLCK-VII成員)。PBL2激活環(huán)上的保守磷酸化位點(diǎn)的尿苷化作用導(dǎo)致PBL2被募集到預(yù)先形成的ZAR1-RKS1復(fù)合物并激活免疫。這里，RKS1充當(dāng)適配器，而PBL2充當(dāng)AvrAC的傳感器。兩種RLCKs參與效應(yīng)子的識(shí)別可能進(jìn)一步擴(kuò)大了NLR蛋白的識(shí)別范圍。
并不是所有的NLR相關(guān)的RLCK都能作為效應(yīng)子的直接傳感器。擬南芥NLR RPM1(RESISTANCE TO PSEUDOMONAS SYRINGAE PV MACULICOLA1)通過監(jiān)測(cè)RIN4(RPM1-INTERACTING4)的磷酸化狀態(tài)來識(shí)別丁香假單胞菌的效應(yīng)子AvrB。雖然AvrB本身似乎不具有激酶活性，但它在RLCK-VII成員 RIPK(RPM1-INDUCED PROTEIN KINASE) 存在的情況下，誘導(dǎo)了RIN4 Thr166的磷酸化從而激發(fā)了RPM1介導(dǎo)的免疫。因此，RIPK作為傳感器蛋白R(shí)IN4的特異性修飾劑，幫助RPM1識(shí)別AvrB。
上述觀察結(jié)果表明，RLCKs常被用作病原菌效應(yīng)子的傳感器或修飾傳感器來調(diào)節(jié)NLR介導(dǎo)的免疫，這就揭示了RLCKs在宿主-病原菌共同進(jìn)化過程中具有獨(dú)特的重要性。植物RLCKs及其相關(guān)蛋白是病原菌效應(yīng)子常見致病靶點(diǎn)。這推動(dòng)了共同進(jìn)化，導(dǎo)致許多NLRs與RLCKs的聯(lián)合起來間接地監(jiān)測(cè)效應(yīng)子的活性。事實(shí)上,AvrPto ，AvrPtoB，AvrPphB和AvrAC都抑制PTI，并且依賴它們的毒性靶向PRRs或RLCKs的激酶域。
RLCK在植物生長、發(fā)育和繁殖中的作用
在植物生長發(fā)育、決定細(xì)胞命運(yùn)和繁殖過程中，短距離和長距離的通訊對(duì)不同細(xì)胞和器官之間的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。典型的植物激素BR和多種多樣的小肽信號(hào)被RKs感知，對(duì)植物生物學(xué)具有深遠(yuǎn)的意義。植物編碼超過1000種潛在的分泌肽，其中越來越多的被發(fā)現(xiàn)作為調(diào)節(jié)多種生物功能的肽激素。雖然RKs和RLPs感知這些信號(hào)的機(jī)制已經(jīng)建立，但是這些受體如何將細(xì)胞外的信號(hào)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的細(xì)胞和生理反應(yīng)仍然知之甚少。在一些情況下，RLCKs參與了RK介導(dǎo)的植物生長、發(fā)育和繁殖的調(diào)控，這表明RLCKs是跨膜信號(hào)中常用的信號(hào)模塊。
有性生殖
FER(FERONIA):幾類RALFs的受體，調(diào)節(jié)植物中的多種生物學(xué)過程
RALFs(RAPID ALKALINIZATION FACTORs):一種引起細(xì)胞外堿化并調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種生物過程的肽激素。
在被子植物中，成功的有性繁殖是由一個(gè)復(fù)雜的受精過程(稱為雙受精)控制的，在這個(gè)過程中，一個(gè)雌配子體與兩個(gè)雄配子結(jié)合。當(dāng)花粉粒落在柱頭上并萌發(fā)時(shí)，就形成一個(gè)花粉管，花粉管穿透花柱，向雌配子體方向生長。花粉管的尖端準(zhǔn)確地進(jìn)入胚珠，在那里它爆裂釋放兩個(gè)精子。在這個(gè)過程中，雌配子體產(chǎn)生信號(hào)，主動(dòng)吸引和引導(dǎo)花粉管的生長?，F(xiàn)在我們知道花粉管引導(dǎo)是由來源卵細(xì)胞的、富含半胱氨酸的信號(hào)肽控制的，如玉米中的EA1(EGG APPARATUS 1)和擬南芥的LUREs。對(duì)與LURE感知有關(guān)的成分進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)系密切的RLCK-VII成員LIP1(LOST IN POLLEN TUBE GUIDANCE1)和LIP2，LIP1和LIP2都在LURE1誘導(dǎo)的花粉管生長中發(fā)揮作用。lip1 lip2雙突變體表現(xiàn)出花粉管導(dǎo)向的部分缺失，這表明還有其他的RLCKs也參與其中。因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙侔庥?，所以假定LIP1和LIP2與受體協(xié)同作用，促進(jìn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。最近，兩個(gè)獨(dú)立的小組鑒定出PRKs(POLLEN-SPECIFIC RECEPTOR-LIKE KINASEs)，MDIS1(MALE DISCOVERER1)和MIKs(MDIS1-INTERACTING RECEPTOR-LIKE KINASEs),可能是LURE1的受體。LIP1和LIP2是否以及如何在上述受體的下游調(diào)節(jié)花粉管生長仍有待闡明。
除了引導(dǎo)花粉管生長外，花粉管的完整性在到達(dá)胚珠之前和到達(dá)胚珠之后也受到嚴(yán)格的調(diào)控。CrRLK1L(長春花類RLK1)的亞家族RLKs，包括THESEUS1,FER(FERONIA),ANX1,ANX2,BUPS1和BUPS2，其特征是在其胞外域內(nèi)具有類似malectin的結(jié)構(gòu)域，被認(rèn)為是細(xì)胞壁完整性的sensor。近年來的研究表明，它們是一種被稱為RALFs(RAPID ALKALINIZATION FACTORs)的肽激素受體。ANX1、ANX2、BUPS1、BUPS2是從花粉衍生的RALF4和RALF19的花粉管受體。這種感知可以防止早破，保證花粉管的生長。有趣的是，卵細(xì)胞來源的RALF34可以與RALF4和RALF19競爭結(jié)合這些受體，導(dǎo)致花粉管破裂。一項(xiàng)獨(dú)立的研究表明，LRXs(LEUCINE-RICH REPEAT EXTENSIN)也在感知RALF4、RALF19和控制花粉管生長方面發(fā)揮作用。正向遺傳篩選鑒定了MRI(MARIS)，一個(gè)RLCK-VIII成員，作為anx1和anx2的抑制子。在anx1 anx2雙突變體，MRI激活環(huán)上240位的Arg突變成Cys恢復(fù)了花粉管生長缺陷，而MRI喪失功能的突變體與anx1 anx2突變體的表型相似。這些結(jié)果表明，MRI作用于ANX-BUPS受體復(fù)合物的下游以防止花粉管破裂，而R240C的替代則組成型激活MRI并防止花粉管破裂?；ǚ酃艿母兄枰狥ER，但其機(jī)制尚不清楚?？紤]到FER是多種RALFs的受體，F(xiàn)ER通過感知來自花粉管的RALFs來感知花粉管似乎是合理的。
某些被子植物通過部署自交不親和系統(tǒng)來排斥自花授粉，從而積極地促進(jìn)異花授粉。在蕓苔屬植物中，識(shí)別自交不親和主要由來自花粉表面富半胱氨酸肽段 SP11(S-LOCUS PROTEIN 11)和柱頭的SRK(S-LOCUS B-LECTIN RECEPTOR KINASE)。SLG(S-LOCUS GLYCOPROTEIN)與SRK胞外結(jié)構(gòu)域具有相似性，是自交不親和所必需的。SRK與SLG形成復(fù)合物來感知SP11并介導(dǎo)自交不親和信號(hào)。一種E3連接酶ARC1 (ARM REPEAT CONTAINING 1)與SRK相互作用，正向調(diào)節(jié)自交不親和性。ARC1被提出用于泛素化和降解胞外亞基EXO70家族蛋白A1和其他可能的不親和因子來促進(jìn)不親和。RLCK MLPK是自交不親和性的正調(diào)節(jié)因子。MLPK與SRK和ARC相互作用，SRK和MLPK都可以磷酸化ARC。因此，ARC和MLPK被認(rèn)為是SRK受體下游的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子。MLPK和ARC調(diào)節(jié)自交不親和的精確機(jī)制尚不清楚。
細(xì)胞分化
YODA(YDA):一種MAPKKK，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞中保衛(wèi)細(xì)胞的發(fā)育。
細(xì)胞分化使植物產(chǎn)生具有特殊功能的不同細(xì)胞類型、組織和器官。信號(hào)肽和RKs/RLPs在決定多樣的細(xì)胞類型中起重要作用。例如,TDR/PXY(LRR-RKTDIFRECEPTOR/PHLOEMINTERCALATED WITH XYLEM)感知TDIF(TRACHEARY ELEMENTS DIFFERENTIATION INHIBITORY FACTOR)來控制原形成層細(xì)胞向?qū)Ч芗?xì)胞分化。受體復(fù)合體包括LRR-RK ERECTA ，SERKs和TMM(LRR-RLP TOO MANY MOUTH)來感知分泌富含半胱氨酸肽段的EPF和EPFL成員來調(diào)節(jié)氣孔類型，這通過一系列非對(duì)稱細(xì)胞的分化來實(shí)現(xiàn)。同樣，小的富含半胱氨酸的肽端ESF1(EMBRYO SURROUNDING FACTOR1)控制受精卵細(xì)胞不對(duì)稱分裂所定義的胚胎模式，產(chǎn)生一個(gè)大的基底細(xì)胞和一個(gè)小的頂端細(xì)胞;這些進(jìn)一步分裂分別產(chǎn)生胚和胚柄。雖然尚未發(fā)現(xiàn)ESF1肽的相應(yīng)受體，但最近的一項(xiàng)研究表明LRR-RLK ZYGOTIC ARREST1是胚胎發(fā)生早期所必需的。
在擬南芥中，胚胎模式和氣孔模式共享有MAP3K-YODA (YDA)，MAP2Ks-MKK4和MKK5，MAPKs MPK3和MPK6組成的MAPK級(jí)聯(lián)。MAPK級(jí)聯(lián)對(duì)胚胎模式有正向調(diào)節(jié)作用，對(duì)氣孔模式有負(fù)向調(diào)節(jié)作用。YDA的缺失使基底子細(xì)胞無法分化為胚柄細(xì)胞，增加了氣孔密度。mpk3 mpk6雙突變體是胚胎致死的，表明MPK3和MPK6是胚胎模式形成的關(guān)鍵。SSP(SHORT SUSPENSOR)是一種RLCK-XII成員，在YDA上游起調(diào)節(jié)胚胎模式的作用。SSP轉(zhuǎn)錄本在精子細(xì)胞中產(chǎn)生，但在受精卵和胚乳中被翻譯。ssp功能缺失突變體的在胚胎模式的表型 與yda突變體相似。有趣的是，SSP在葉表皮的異位表達(dá)與YDA過度活躍引起的氣孔模式表型相似，提示SSP或SSP類的RLCKs在ER受體復(fù)合體下游起調(diào)節(jié)YDA的作用。
BR信號(hào)
如上所述，BRs是一類重要的植物激素，調(diào)節(jié)包括根生長、開花、細(xì)胞伸長、衰老和應(yīng)激反應(yīng)在內(nèi)的一系列過程。擬南芥LRR-RK蛋白BRI1是BRs的主要受體，bri1突變體對(duì)BR不敏感，表現(xiàn)出嚴(yán)重的生長缺陷，包括矮化和延遲開花。遺傳、生化和結(jié)構(gòu)研究證實(shí)BAK1和SERK1是BR感知的共受體。在BR感知過程中，BRI1和BAK1/SERK1相互作用并經(jīng)交互磷酸化形成一個(gè)活躍的受體復(fù)合物。
隨后的遺傳篩選和生化研究揭示了BR信號(hào)中的關(guān)鍵成分包括三個(gè)RLCK-XII成員，即BSK1、BSK2和BSK3;RLCK-VII成員，CDG1(CONSTITUTIVE DIFFERENTIAL GROWTH1);蛋白磷酸酶BSU1(BRI-SUPPRESSOR1);GSK3 / BIN2(BR-INSENSITIVE2;和兩個(gè)同源轉(zhuǎn)錄激活物BZR1(BRASSINAZOLE-RESISTANT1)和BES1(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1)。CDG1、BSKs分別與BRI1相互作用，在BR信號(hào)中起轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。雖然對(duì)單個(gè)BSKs的初始反向遺傳分析表明BSKs在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮的作用相對(duì)較小，但隨后對(duì)高階bsk突變體的研究支持BSKs在BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中共同發(fā)揮重要作用。目前的模型提出了一條從BR感知到控制BR響應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄水平的線性路徑(219)。在沒有BR的情況下，BIN2通過磷酸化BZR1和BES1來抑制BR響應(yīng)基因的表達(dá)。感知BR后，BRI1磷酸化CDG1的Ser423從而激活CDG1, CDG1再磷酸化BSU1。磷酸化激活BSU1, BSU1再解除BIN2的磷酸化，導(dǎo)致抑制BR響應(yīng)基因的表達(dá)。在BRI1磷酸化后，BSKs也與之相互作用并激活BSU1 。然而，其他研究表明擬南芥BSKs是不活躍的激酶。BSKs調(diào)控BR信號(hào)的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
小肽信號(hào)調(diào)節(jié)生長和發(fā)育
除了在花粉管感知中起作用外，F(xiàn)ER還調(diào)節(jié)許多其他生物過程，包括幼苗生長、根毛生長、激素和應(yīng)激反應(yīng)以及免疫。RALFs激活FER會(huì)導(dǎo)致H+-ATPase AHA2的磷酸化和失活，從而抑制質(zhì)子運(yùn)輸，誘導(dǎo)細(xì)胞外堿化，抑制根毛生長。最近的一項(xiàng)研究表明，RLCK-VII成員 RIPK是RALF1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和FER下游功能所必需的，調(diào)節(jié)初級(jí)根生長和根毛生長。有趣的是，在RALF處理過程中，RIPK和FER相互作用，并相互磷酸化，提示RIPK調(diào)節(jié)了FER的活性。RLCK MRI控制花粉管完整性，也參與了FER調(diào)控的根毛生長，因?yàn)閙ri 喪失功能突變體顯示出根毛生長上的缺陷，而過表達(dá)MRIR240C突變體部分恢復(fù)了fer突變體在根毛生長中的缺陷。
脫落是植物脫落無用器官的程序化發(fā)育過程。一系列的遺傳和生化研究表明，擬南芥花器官的脫落是由一條信號(hào)通路所控制的，這條信號(hào)通絡(luò)包括一個(gè)分泌肽 IDA(INFLORESCENCE DEFICIENT IN ABSCISSION);兩個(gè)密切相關(guān)的LRR-RKs,HAE(HAESA)和HSL2(HAESA- like 2);由未知的MAP3K、MAP2Ks MKK4和MKK5、以及MPKs MPK3和MPK6組成的MAPK級(jí)聯(lián)。HAE和HSL2是IDA的受體，它們依賴于SERKs作為共受體來發(fā)揮功能。IDA可迅速觸發(fā)HAE和SERKs之間的相互作用和交互磷酸化。NEV (NEVERSHED)，一種ADP-核糖基化因子GTP酶激活蛋白，在篩選花脫落缺陷突變體中被鑒定。NEV定位于跨高爾基網(wǎng)絡(luò)和核內(nèi)體，可能調(diào)節(jié)囊泡運(yùn)輸。對(duì)nev抑制子的正向遺傳篩選鑒定了花器官脫落負(fù)向調(diào)節(jié)因子SOBIR1/EVR和RLCK-VII成員CST(CAST AWAY)。重要的是，CST分別與HAE、SOBIR1/EVR互作，提示CST連接RKs下游信號(hào)。
RLCKs在非生物脅迫中的作用
適應(yīng)包括高溫、低溫、干旱和鹽堿在內(nèi)的非生物脅迫對(duì)植物在惡劣環(huán)境中的生存至關(guān)重要。雖然RLKs在非生物脅迫中的作用不如在免疫、繁殖和發(fā)育方面的闡述的詳細(xì)，但在最近的遺傳學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了RLKs在植物應(yīng)對(duì)各種非生物脅迫中起著重要的作用。細(xì)胞表面定位的受體不太可能直接感知溫度、干旱或離子穩(wěn)態(tài)，【這句話過時(shí)了，19年發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜上的鹽受體，20年發(fā)現(xiàn)過氧化氫受體，都是同一個(gè)通訊作者】相反，RLKs可能會(huì)感知到由非生物脅迫產(chǎn)生的次級(jí)信號(hào)分子或感知參與調(diào)節(jié)改變氣孔形態(tài)或維管結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性反應(yīng)。例如，擬南芥LRR-RLK RPK1(RECEPTOR-LIKE KINASE1)參與ABA感知，參與ABA誘導(dǎo)的衰老，而LRR-RLK GHR1(GUARD CELL HYDROGEN PEROXIDERESISTANT1)參與ABA、過氧化氫誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。此外，一些富含半胱氨酸的RLKs (CRKs)也被認(rèn)為與ROS和產(chǎn)生和感知有關(guān)，CRKs是植物面對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)所必需的。
多種證據(jù)表明，RLCKs在植物適應(yīng)非生物脅迫中起著重要的作用。在376個(gè)水稻RLCKs中，有86個(gè)在冷、鹽和干旱條件下有差異表達(dá)。類似地，擬南芥RLCK CALMODULIN-BINDING RECEPTOR-LIKE CYTOPLASMIC KINASE1在冷、鹽、H2O2和ABA等多種脅迫條件下，被誘導(dǎo)表達(dá)。Esi47，擬南芥 PCRK1在小麥草中的同系物在鹽脅迫和ABA脅迫下被高度誘導(dǎo)。在水稻中，RLCK253被鑒定為SAP1(STRESS-ASSOCIATEDPROTEIN 1)的一種互作蛋白，SAP1是一種A20/AN1的鋅指域蛋白，具有非生物脅迫抗性。OsRLCK253在質(zhì)膜、核膜和細(xì)胞核與SAP1及其同源物SAP11相互作用。在擬南芥中，過表達(dá)OsRLCK253通過一種未知的機(jī)制增強(qiáng)了對(duì)鹽和干旱脅迫的耐受性。在干旱和正常水分條件下，水稻RLCK GUDK(GROWTH UNDER DROUGHT KINASE)對(duì)糧食產(chǎn)量至關(guān)重要。gudk突變體在鹽脅迫、滲透脅迫和ABA條件下表現(xiàn)出產(chǎn)量損失。體外試驗(yàn)表明，GUDK與OsAP37相互作用并使其磷酸化，OsAP37是一種與耐旱性有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。GsRLCK是野生大豆中的RLCK，受鹽、堿、干旱和ABA高誘導(dǎo)表達(dá)。在擬南芥過表達(dá)GsRLCK導(dǎo)致對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受性增強(qiáng)。
最近的一份報(bào)告顯示，CRPK1(COLD-RESPONSIVE PROTEIN KINASE1)與質(zhì)膜相關(guān)，負(fù)調(diào)控耐冷性。經(jīng)過冷處理后，CRPK1磷酸化14-3-3蛋白，后者轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，破壞CBFs(COLD-RESPONSIVE C-REPEAT-BINDING FACTORs)的穩(wěn)定性，這些因子是促進(jìn)耐冷性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。這一激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)表明，細(xì)胞表面受體可以直接或間接地感知低溫，然后通過CRPK1調(diào)節(jié)下游信號(hào)。
大多數(shù)報(bào)道的RLCKs如何調(diào)節(jié)非生物脅迫仍然未知，但擬南芥的ARCK1(ABA- AND OSMOTIC STRESS-INDUCIBLE RECEPTOR-LIKE CYTOPLASMIC KINASE1)與CRK36相互作用，調(diào)控對(duì)滲透和ABA脅迫的反應(yīng)。arck1突變體和CRK36 RNAi轉(zhuǎn)基因株系對(duì)滲透脅迫和ABA脅迫均表現(xiàn)出較低的耐受性。進(jìn)一步的研究表明，CRK36磷酸化ARCK1并調(diào)節(jié)下游的應(yīng)激反應(yīng)基因。其他脅迫調(diào)節(jié)的RLCKs是否與RLKs在適應(yīng)非生物脅迫中有類似的聯(lián)系還有待證實(shí)。
由RLCK介導(dǎo)的潛在信號(hào)調(diào)節(jié)機(jī)制
最近在RLCKs分析方面的進(jìn)展，特別是那些與免疫相關(guān)RKs的進(jìn)展，闡明了這類重要的信號(hào)蛋白調(diào)控跨膜信號(hào)的機(jī)制?，F(xiàn)在很明顯，RLCKs被募集到受體或共受體的激酶域，通過磷酸化來調(diào)節(jié)下游的成分。新的證據(jù)表明，RLCKs調(diào)控常見的信號(hào)節(jié)點(diǎn)，如ROS的產(chǎn)生和MAPK級(jí)聯(lián)，并且在激酶活性和穩(wěn)定性上受到復(fù)雜的調(diào)控。RLCK底物的鑒定和特征揭示了植物跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的生化基礎(chǔ)。
XLGs(EXTRA-LARGE GTP-BINDING PROTEINs):異源三聚體G蛋白的非經(jīng)典Gα亞基,包含N末端的一個(gè)擴(kuò)展。
PUB25和PUB26(PLANT U-BOX25):植物中一對(duì)密切相關(guān)的E3連接酶,催化蛋白質(zhì)泛素化.
RLCKs在受體復(fù)合物中的調(diào)節(jié)
現(xiàn)有證據(jù)表明，目前研究的大多數(shù)植物RLCKs在靜息狀態(tài)下與RKs相互作用。配體激活受體后，RLCKs被磷酸化并與RKs解離。BRI1-BSK/CDG1和FLS2-BIK1/PBL的相互作用都是如此。一個(gè)例外是RIPK和FER之間的相互作用，而這種作用是由RALF1誘導(dǎo)的，并使FER和RIPK之間能夠進(jìn)行交叉磷酸化，這表明RIPK在FER受體復(fù)合物的激活形式中發(fā)揮了作用。BIK1/PBLs和FLS2的聯(lián)系可能促進(jìn)了FLS2-BAK1受體復(fù)合物的磷酸化和激活，因?yàn)樗故玖薆IK1和BAK1在體外能互相磷酸化。
RKs或共受體的磷酸化對(duì)RLCK介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。例如，BAK1磷酸化BIK1的Tyr243和Tyr250位點(diǎn)，這些磷酸化位點(diǎn)是BIK1行使免疫功能所必需的。同樣，BRI1磷酸化BSK1的Ser230位點(diǎn)和CDG1的Ser44、Ser47和Ser234位點(diǎn)。至少CDG1中的磷酸化位點(diǎn)促進(jìn)了BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。這些結(jié)果表明從受體復(fù)合物到RLCKs的磷酸化是植物跨膜信號(hào)傳導(dǎo)的主要機(jī)制，而與動(dòng)物中c-Src激酶被招募到磷酸化RTKs發(fā)生變構(gòu)激活不一樣。
最近的研究表明，BIK1/PBLs是PTI信號(hào)的限速成分，在激活前和激活后都受到活性和穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)調(diào)控(圖2)。在擬南芥中通過酵母雙雜交篩選鑒定到EFR互作蛋白，PP2C38，是PTI的負(fù)調(diào)控因子。進(jìn)一步分析表明，PP2C38還與FLS2和BIK1相互作用，在靜息狀態(tài)下，PP2C38對(duì)BIK1脫磷酸化使BIK1處于非激活狀態(tài)。經(jīng)flg22或elf18處理后，PP2C38的Ser77位點(diǎn)被磷酸化，從BIK1中解離，激活BIK1在FLS2或EFR受體復(fù)合物。
此外，BIK1還受泛素-蛋白酶體途徑的調(diào)控。正向篩選bak1-5突變體的抑制子(BAK1的等位基因，在免疫信號(hào)中被嚴(yán)重破壞)鑒定到了CPK28 (CALCIUM-DEPENDENT PROTEIN KINASE28)負(fù)調(diào)節(jié)免疫，可能通過磷酸化促進(jìn)靜息狀態(tài)的BIK1依賴蛋白酶體途徑的降解,。cpk28突變體過度積累BIK1，并在flg22或elf18處理后表現(xiàn)出極度活躍的免疫反應(yīng)。一些研究表明,擬南芥異源三聚體G蛋白，包含兩個(gè)非經(jīng)典的Gα蛋白XLG2(EXTRA-LARGE GTP-BINDING PROTEIN2)和XLG3;一個(gè)Gβ蛋白質(zhì),AGB1;兩個(gè)Gγ蛋白質(zhì),AGG1and AGG2--被flg22或chitin激活后，正調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。最近的更多分析表明，這些G蛋白與FLS2-BIK1復(fù)合物相互作用，促進(jìn)靜息狀態(tài)下BIK1蛋白的積累，可能通過抑制蛋白酶體依賴途徑的降解。
最近的一項(xiàng)研究揭示了控制BIK1穩(wěn)態(tài)的詳細(xì)機(jī)制。BIK1是一對(duì)密切相關(guān)的植物泛素E3連接酶(PUB25和PUB26)的底物。PUB25和PUB26促進(jìn)非激活狀態(tài)BIK1的降解，而不是激活狀態(tài)BIK1的降解(激活狀態(tài)的BIK1激活環(huán)上被磷酸化)。重要的是，CPK28、上述提到的G蛋白、PUB25和PUB26共同形成一個(gè)調(diào)控模塊來控制BIK1的穩(wěn)態(tài)。在靜息狀態(tài)下，G蛋白可能通過空間位阻直接抑制PUB25和PUB26的E3連接酶活性，從而穩(wěn)定BIK1。感知到flg22后，CPK28通過一種未知的機(jī)制被進(jìn)一步激活，并磷酸化PUB25的Thr94，磷酸化PUB26的Thr95，從而增強(qiáng)了PUB25和PUB26的E3連接酶活性，加速了未激活的BIK1的降解。這耗盡了來自FLS2-BAK1的BIK1，可以防止活躍狀態(tài)的BIK1過度積累并阻止了HR反應(yīng)。然而，激活的BIK1是受PUB25和PUB26介導(dǎo)的泛素化降解機(jī)制所保護(hù)的，使其能磷酸化下游目標(biāo)。綜上所述，這些研究突出了一個(gè)以BIK1為中心的多層調(diào)控機(jī)制，用于嚴(yán)格和動(dòng)態(tài)地控制免疫信號(hào)的輸出。
免疫信號(hào)中的鈣離子流動(dòng)
RBOHs(RESPIRATORY BURST HOMOLOGs):與動(dòng)物NADPH氧化酶同源且密切相關(guān)的植物蛋白。
鈣離子是真核細(xì)胞眾多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)事件中重要的次級(jí)信使。PRRs模式識(shí)別觸發(fā)了鈣從質(zhì)外體到細(xì)胞質(zhì)的快速而短暫的內(nèi)流。藥理學(xué)研究已經(jīng)將這種鈣震蕩置于其他免疫信號(hào)事件的上游，包括CPK激活、ROS爆發(fā)和MAPK激活。胞質(zhì)鈣濃度升高可激活多個(gè)CPK，其中CPK4、CPK5、CPK6和CPK11是PTI中觸發(fā)防衛(wèi)基因表達(dá)所必需的。高階cpk突變體顯示flg22誘導(dǎo)的ROS爆發(fā)減少、防御基因表達(dá)和抵抗細(xì)菌侵染。盡管它們具有基本的重要性，但被MAMPs激活的鈣通道的識(shí)別仍然是難以捉摸的。
Li等人利用基于水通道蛋白的報(bào)告顯示，在bik1突變體中，由flg22引發(fā)的鈣震蕩中嚴(yán)重減少，并且破壞了flg22誘導(dǎo)的CPK5磷酸化。正向遺傳篩選發(fā)現(xiàn)了多個(gè)pbl1突變等位基因，這些突變體中由elicitors(包括flg22、elf18和Pep1，但不包括chitin)刺激的鈣震蕩嚴(yán)重受損。bik1 pbl1雙突變體由elicitors觸發(fā)的鈣震蕩進(jìn)一步減少，說明BIK1和PBL1在FLS2、EFR、PEPR1和PEPR2下游鈣通道的調(diào)控中起關(guān)鍵作用。我們很容易推測(cè)，BIK1和PBL1直接或間接地調(diào)節(jié)尚未被鑒定的鈣通道來協(xié)調(diào)免疫信號(hào)。當(dāng)幾丁質(zhì)作用于bik1 pbl1幼苗時(shí)，其正常的鈣電流為激活CERK1下游的鈣通道提供了一種可能性。
活性氧
ROS是另一類重要的信號(hào)分子，是在正常發(fā)育過程中以及面對(duì)不同的環(huán)境因素下產(chǎn)生的。在高等植物中，與動(dòng)物NADPH氧化酶同源的RBOHs家族在質(zhì)外體ROS的產(chǎn)生中起著至關(guān)重要的作用。其中，RBOHD是模式識(shí)別后產(chǎn)生質(zhì)外體 H2O2的主要亞型。RBOHD介導(dǎo)的ROS產(chǎn)生在氣孔防御、肌動(dòng)蛋白捆綁和細(xì)胞壁胼胝質(zhì)沉積中起著至關(guān)重要的作用。依賴于RBOH的ROS也作為主要的信號(hào)分子參與調(diào)控植物的生長發(fā)育。在初生根生長、根毛生長和花粉管完整性的調(diào)節(jié)過程中，多個(gè)RBOHs作用于FER、ANX1和ANX2的下游。這些發(fā)現(xiàn)提示依賴RBOH產(chǎn)生的ROS是多種生物過程中RK/RLK介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的共同節(jié)點(diǎn)。
早期的研究證實(shí)，通過RBOHC在新生根毛細(xì)胞中產(chǎn)生局部ROS對(duì)根毛發(fā)育至關(guān)重要。同樣，RBOHH和ROBHJ是花粉管頂端產(chǎn)生活性氧所必需的，并且能夠防止花粉過早破裂。目前已知根中的FER通過RhoGTPases調(diào)節(jié)RBOH依賴的ROS以控制根毛發(fā)育，而ANX1和ANX2通過作用于RBOHH和ROBHJ上游來控制花粉破裂。這可能與動(dòng)物RTKs下游的小GTPase Rac變構(gòu)激活NADPH氧化酶有關(guān)。最近的一份報(bào)告表明，ANX1和ANX2介導(dǎo)的ROS信號(hào)調(diào)節(jié)涉及RLCK MRI。組成性激活的MRIR240C不僅在anx1 anx2雙突中，而且在rbobH rbobJ雙突中也恢復(fù)了花粉破裂表型，這表明MRI在依賴RBOH的ROS的下游起調(diào)節(jié)花粉破裂的作用。與這一假設(shè)一致，MRI與OXI1(OXIDATIVE SIGNAL INDUCIBLE1)相互作用，OXI1是一種介導(dǎo)ROS信號(hào)的蛋白激酶。然而，功能缺失的mri突變體和表達(dá)MRIR240C的植物在根或花粉管中是否顯示ROS產(chǎn)生的改變?nèi)杂写龣z驗(yàn)。在根毛發(fā)育過程中，胞質(zhì)游離鈣的生成是根毛伸長的關(guān)鍵，根毛端細(xì)胞中RBOHC介導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生是胞質(zhì)鈣分布所必需的，這表明在根毛發(fā)育過程中ROS作用于鈣信號(hào)的上游。在根毛中MRI對(duì)于產(chǎn)生細(xì)胞質(zhì)鈣電流是否是必須的仍然是不知道。
在PRR介導(dǎo)的免疫信號(hào)中，依賴RBOH的ROS的調(diào)節(jié)得到了更好的研究。利用蛋白質(zhì)pull-down及結(jié)合質(zhì)譜分析，研究人員確定RBOHD是一種與BIK1、FLS2和EFR相互作用的蛋白。進(jìn)一步的生化分析表明，BIK1直接磷酸化RBOHD中的特定位點(diǎn)，而不依賴于細(xì)胞質(zhì)鈣離子和CPK5的增加，這種磷酸化作用是FLS2和EFR下游產(chǎn)生ROS和對(duì)丁香假單胞菌的氣孔免疫所必需的。重要的是，依賴于BIK1的RBOHD磷酸化位點(diǎn)是RBOHD激活所必需的，但不足以激活RBOHD，因?yàn)镽BOHD的N端受其它的一些因素調(diào)節(jié)，如鈣離子結(jié)合、磷脂酸結(jié)合，CPK5介導(dǎo)的磷酸化，而這些因素是RBOHD激活所必需的。因此，BIK1介導(dǎo)的RBOHD磷酸化被認(rèn)為是使RBOHD處于準(zhǔn)備狀態(tài)，而完全激活RBOHD則進(jìn)一步受到其他輸入信號(hào)的調(diào)控。
除了BIK1和PBL1，其他的RLCKs，包括PCRK1、PCRK2和BSK1，正向或負(fù)向調(diào)節(jié)flg22觸發(fā)的ROS產(chǎn)生。特別是BSK1似乎不具有激酶活性，這就提出了一個(gè)問題：它如何調(diào)節(jié)RBOHD活性。水稻中的OsRLCK57、OsRLCK107、OsRLCK118和OsRLCK176與OsCREK1互作來調(diào)節(jié)幾丁質(zhì)和肽聚糖誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生。OsBSR1又名OsRLCK278，是幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生和防御基因表達(dá)所必需的。最近的一份報(bào)告顯示，番茄RLCK-VIII的一個(gè)成員，PTO-INTERACTIN 1 (PTI1)，是flg22誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生所必需的并能對(duì)丁香假單胞菌產(chǎn)生抗性。這些結(jié)果表明，RLCK介導(dǎo)的RBOHs調(diào)控可能是單雙子葉植物中的保守機(jī)制。有趣的是，擬南芥PBL13通過直接與RBOHD相互作用負(fù)調(diào)控flg22誘導(dǎo)的ROS的爆發(fā)。PBL13是否磷酸化RBOHD不同位點(diǎn)，是否干擾BIK1介導(dǎo)的磷酸化，是否通過其他機(jī)制調(diào)節(jié)RBOHD活性仍有待闡明。
最近的一項(xiàng)研究表明,Gα蛋白XLG2可以直接與RBOHD互作。通過對(duì)flg22的感知，BIK1磷酸化XLG2的N端，而這一磷酸化作用是在不依賴于BIK1穩(wěn)定性的情況下產(chǎn)生適宜的ROS所必需的，這表明磷酸化的XLG2正向調(diào)節(jié)RBOHD。水稻RhoGTPase RAC1也促進(jìn)了RBOH介導(dǎo)的CERK1下游ROS的產(chǎn)生，因此，擬南芥中的XLG2和水稻中的RAC1對(duì)RBOHs的調(diào)節(jié)與根毛發(fā)育過程中ROP介導(dǎo)的RBOH的調(diào)控相似。
MAPK級(jí)聯(lián)
MAPK級(jí)聯(lián)代表動(dòng)植物中另一個(gè)信號(hào)跨膜信號(hào)關(guān)鍵模塊(圖3)。動(dòng)物中，磷酸化的RTKs間接招募一個(gè)類稱為SOS的鳥嘌呤核苷酸交換因子激活RAS-GTPases,而后者招募MAP3K Raf到質(zhì)膜上,這對(duì)Raf和MAPK級(jí)聯(lián)的激活是足夠的。動(dòng)物TLRs的免疫激活也激活MAPK級(jí)聯(lián)。TLR5的激活通過適配器蛋白MyD88來招募IRAKs。IRAKs進(jìn)一步招募E3連接酶TRAF6，催化聯(lián)系Lys63多泛素化作用于其目標(biāo)，包括TAB2和TAB3。TAB2和TAB3進(jìn)一步調(diào)節(jié)MAP3K蛋白-TAK1來激活JNK和p38 MAPK級(jí)聯(lián)從而控制轉(zhuǎn)錄重編程。然而，植物RKs對(duì)MAPK級(jí)聯(lián)的激活似乎更為直接。新的證據(jù)表明，植物RLCKs直接激活了RKs下游的MAP3Ks。
RLCK SSP是通過作用于YDA上游來激活MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)。最近的一項(xiàng)研究表明，SSP直接與YDA相互作用，這增加了SSP通過磷酸化激活YDA和MAPK級(jí)聯(lián)的可能性(圖3)。雖然ESF受體仍然未知，但最近的一項(xiàng)研究表明LRR-RLK ZYGOTIC ARREST1在體外直接與SSP相互作用。這一發(fā)現(xiàn)表明SSP聯(lián)系受體復(fù)合物到MAPK級(jí)聯(lián)，該復(fù)合物可能同時(shí)含有一種未知的受體和ZYGOTIC ARREST1。
感知不同的免疫原性模式激活兩個(gè)保守的MAPK級(jí)聯(lián)。一個(gè)級(jí)聯(lián)包括MAP3k-MEKK1、MAP2Ks-MKK1和MKK2，以及MAPK MPK4。另一個(gè)級(jí)聯(lián)包括未知的MAP3K, MAP2Ks-MKK4和MKK5，以及MAPKs-MPK3和MPK6。第二個(gè)級(jí)聯(lián)的MAP3K的身份仍然存在爭議。似乎需要RLCK-VII成員來激活MAPK(圖3)。在pcrk1 pcrk2雙突變體中，flg22誘導(dǎo)的MPK激活略有減少，而在bik1 pbl1雙突變體中，pep2誘導(dǎo)的MAPK激活略有減少。pcrk1 pcrk2和bik1 pbl1雙突變體的弱表型提示調(diào)控MAPK級(jí)聯(lián)中存在RLCK-VII成員的冗余。與這種可能一致的是，在擬南芥中過表達(dá)AvrAC(AvrAC可以抑制多種RLCKVII成員)顯著破壞flg22誘導(dǎo)的MPK3、MPK4和MPK6的激活。
水稻中OsRLCK185和OsRLCK176通過與OsCERK1相互作用介導(dǎo)幾丁質(zhì)和肽聚糖誘導(dǎo)的MAPK激活。OsRLCK185在擬南芥的同源基因PBL27正調(diào)控幾丁質(zhì)觸發(fā)的MAPK激活。最近的一項(xiàng)研究表明MAP3K--MAPKKK5是幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的MPK3和MPK6活化所特別需要的。據(jù)報(bào)道，CERK1磷酸化PBL27, PBL27在體外磷酸化MAPKKK5的C末端，這種磷酸化是否是由幾丁質(zhì)所誘導(dǎo)尚且不清楚。雖然這項(xiàng)研究提供了RLCK直接將PRR與MAPK級(jí)聯(lián)聯(lián)系起來的證據(jù)，但所報(bào)道的機(jī)制是否是一個(gè)特例，是否在植物對(duì)不同模式的響應(yīng)中具有廣泛的意義，仍有待證明。矛盾的是，PBL27和MAPKKK5在flg22誘導(dǎo)的MAPK的過程中都發(fā)揮了負(fù)面作用。最近，BSK1被報(bào)道與MAPKKK5相互作用并使其磷酸化Ser289位點(diǎn)來調(diào)節(jié)免疫。這種磷酸化如何激活MAPK級(jí)聯(lián)尚不清楚。
RLCK介導(dǎo)的信號(hào)特殊性
跨膜信號(hào)傳導(dǎo)的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何感知不同的胞外配體導(dǎo)致不同的胞質(zhì)信號(hào)輸出。信號(hào)輸出的特異性由RK的激酶結(jié)構(gòu)域決定。在大多數(shù)報(bào)道中，不同的RKs和RLKs主要使用不同的RLCKs來發(fā)揮作用(圖1)，這表明不同的RLCKs調(diào)節(jié)不同的下游靶點(diǎn)。
在某些情況下，一個(gè)RLCK能與不同的RKs結(jié)合以調(diào)節(jié)不同的細(xì)胞過程(圖4). BIK1與FLS2和BRI1相互作用。而FLS2-BIK1相互作用正向調(diào)節(jié)免疫，BRI1-BIK1相互作用負(fù)向調(diào)節(jié)BR介導(dǎo)的生長。有趣的是，BIK1也負(fù)調(diào)控根毛生長。這就提出了一種可能性，即BIK1還受到RALFs或其他信號(hào)分子的調(diào)控。除了BIK1, BSK1還與BRI1和FLS2相互作用。而BRI與BSKs的相互作用來調(diào)節(jié)生長，F(xiàn)LS2-BSK1的相互通正調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。MRI在ANX1和ANX2介導(dǎo)的花粉管完整性控制和FER介導(dǎo)的根毛生長調(diào)控中的作用是第三個(gè)例子，其中RLCK通過與不同的RLK復(fù)合物結(jié)合來調(diào)控不同的生物學(xué)過程。總之，這些結(jié)果表明RLCK的信號(hào)輸出是由上游的RK復(fù)合物決定的。
不同的RKs決定RLCK信號(hào)輸出的機(jī)理仍然未知。BR處理后，BIK1可以被BRI1磷酸化，其方式與flg22誘導(dǎo)的FLS2-BAK1復(fù)合物的磷酸化相似。但是，BR誘導(dǎo)的BIK1磷酸化并沒有引起免疫應(yīng)答，說明BIK1能夠辨析不同的信號(hào)輸入，產(chǎn)生不同的信號(hào)輸出。已經(jīng)證明，BR誘導(dǎo)的BIK1磷酸化是由BRI1賦予的，與BAK1無關(guān)，而flg22誘導(dǎo)的BIK1磷酸化則需要BAK1。因此，BIK1中不同的磷酸化模式可能導(dǎo)致不同的信號(hào)輸出(圖4)。另外，RK復(fù)合物中其他信號(hào)組分的成分可能在決定信號(hào)的特異性方面發(fā)揮作用。事實(shí)上，F(xiàn)LS2和BRI1定位于質(zhì)膜上不同的簇，這表明不同的受體復(fù)合物可能存在于不同的環(huán)境中有助于信號(hào)特異性。
結(jié)論和展望
RKs是植物適應(yīng)環(huán)境、繁殖、生長和發(fā)育的關(guān)鍵。雖然關(guān)于RKs如何感知其配體和下游細(xì)胞的變化已經(jīng)有了大量的了解，但直到最近，我們對(duì)細(xì)胞外信號(hào)如何從RKs傳導(dǎo)到下游信號(hào)元件的了解還不夠。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，采用RLCKs作為連接RKs與下游信號(hào)輸出的通用信令節(jié)點(diǎn)。RLCKs在調(diào)節(jié)免疫信號(hào)、有性繁殖、生長和發(fā)育方面起著重要作用，這一點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。越來越多的文獻(xiàn)也支持這樣的觀點(diǎn)，即RLCKs是RKs下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器，參與植物對(duì)非生物脅迫的適應(yīng)。由于RK復(fù)合物經(jīng)常共享相似的組織，例如采用SERKs和SOBIR1作為共受體，更多的RK通路有望涉及RLCKs作為信號(hào)元件。
目前的結(jié)果表明，感知到配體后，RKs磷酸化RLCKs來傳遞信號(hào)，并且RLCKs進(jìn)一步磷酸化了主要的信號(hào)元件。PTI的研究表明，RLCKs的下游有復(fù)雜的信號(hào)通路分支?，F(xiàn)有證據(jù)表明，RLCKs調(diào)節(jié)多個(gè)信號(hào)節(jié)點(diǎn)，包括MAPK級(jí)聯(lián)，NADPH氧化酶，鈣離子通道，和異三聚體G蛋白來協(xié)調(diào)各種免疫反應(yīng)。此外，這些節(jié)點(diǎn)相互連接，如ROS和鈣信號(hào)的相互調(diào)節(jié)所示。未來的研究有必要闡明RLCKs如何調(diào)節(jié)植物的生長、發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)。
我們對(duì)依賴RLCK傳遞信號(hào)的認(rèn)識(shí)還存在許多空白。RLCKs功能分析的一個(gè)主要局限是它們功能的冗余性，如免疫中的BIK1/PBLs和BR信號(hào)中的BSKs?？赡苄枰獙?duì)高階RLCK突變體、功能獲得突變體或過表達(dá)研究進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建和分析，才能揭示它們的生物學(xué)功能。另一個(gè)挑戰(zhàn)是RLCK底物的鑒定，在這方面遺傳方法已經(jīng)取得了有限的成功。隨著蛋白質(zhì)互作組和磷酸化蛋白組學(xué)研究的進(jìn)展，我們應(yīng)該能夠解開這些重要激酶的底物的全貌，更好地理解植物的跨膜信號(hào)。
總結(jié)要點(diǎn)
1.RKs參與的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是調(diào)控植物體內(nèi)多種生物過程的重要途徑，RLCKs是RK介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵組成部分。對(duì)RLCKs的分析為解析RKs調(diào)控這些過程的機(jī)制提供了見解。
2.在感知到外界信號(hào)后RLCKs被RKs和共受體直接激活。此外，RLCKs的活性和穩(wěn)定性還受到與受體復(fù)合物相關(guān)的蛋白(包括蛋白磷酸酶，E3連接酶、CPKs和異三聚體G蛋白)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。
3.對(duì)免疫信號(hào)的分析表明，RLCKs磷酸化下游分支的多種底物如NADPH氧化酶、異三聚體G蛋白、蛋白磷酸酶和MAPKKKs。
4.RLCK可以在不同的生物學(xué)過程中發(fā)揮作用，其特異性取決于與RLCK相聯(lián)系的RK復(fù)合物。
5.RLCK在免疫上的研究的進(jìn)展可能有助于我們理解其調(diào)節(jié)植物的生長、發(fā)育和非生物脅迫的機(jī)制。
后記
我發(fā)現(xiàn)寫的太長的文章，自己都不一定有耐心看，下次要精簡點(diǎn)，但經(jīng)典的綜述還是要細(xì)細(xì)研讀。
