全 文 ：植物学通报 2006, 23 (5): 584~594
Chinese Bulletin of Botany
基金项目: 中国科学院植物研究所“百人计划”项目
* Author for correspondence. E-mail: cmliu@ibcas.ac.cn
高等植物中的多肽激素
李琛,宋秀芬,刘春明*
中国科学院植物研究所植物信号转导与代谢组学研究中心, 北京 100093
摘要 高等植物的第一个多肽激素(系统素)发现已经有10多年的历史。到目前为止, 被普遍认可的植物
多肽激素有4种: 系统素、PSK、CLV3和SCR, 分别参与了植物的防御反应、细胞的分裂、茎端生长点干
细胞数目维持和花粉-柱头的识别过程。这些小分子多肽化合物以配基的形式与细胞膜表面的受体激酶
相互作用, 从而实现细胞之间的信号交流。本文对这4种多肽激素及其相应受体的研究进展做了简要评
述, 并着重介绍当前研究比较热门的CLV3多肽, 最后对相关领域的发展前景进行探讨。
关键词 多肽激素, 受体激酶, 信号转导
Peptide Hormones in Higher Plants
Chen Li, Xiufen Song, Chunming Liu*
Center for Signal Transduction & Metabolomics, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100093 , China
Abstract Although the first peptide hormone (systemin) in plants has been discovered for more than ten
years, till now only four peptides have been accepted as peptide hormones. They are systemin, PSK, CLV3 and
SCR, involved in wounding response, cell division, stem cell maintenance in the shoot apical meristem, and the
interaction between pollen and stigma, respectively. These small peptides act as ligands to interact with
receptor kinases located on the surface of the cytoplasma membrane, triggering downstream signal transductions.
In this paper we outline the progresses made in this area, with emphasis on CLV3 peptides. We also provide
our prospective vision in this field.
Key words peptide hormones, receptor kinases, signal transduction
1 植物中的多肽信号分子
胰岛素作为动物中第一个被发现的多肽激
素在动物的生理调节过程中起重要的作用, 随后
的研究发现动物中存在众多的多肽激素, 这些多
肽类激素在信号转导方面起着非常重要的作
用。然而, 高等植物中的多肽激素研究仅有15
年的历史。系统素(systemin)作为植物中的第
一个多肽激素是由Pearce等人于1991年在番茄
中发现的(Pearce et al., 1991)。目前被普遍认
可的多肽激素有: 系统素、PSK、CLV3和
SCR。另外还有一些植物中发现的多肽分子如
ENOD40和RALF等由于其受体未知而功能尚
有争议 (Lindsey et al., 2002; Ryan et al., 2002;
Matsubayashi, 2003; Matsubayashi and
Sakagami, 2006)(表1)。与传统的5种非多肽激
综述 . 多肽
5852006 李琛 等: 高等植物中的多肽激素
素生长素(auxin)、 细胞分裂素(cytokinin)、赤
霉素(gibberellin)、乙烯(ethylene)、脱落酸
(abscisic acid)以及油菜素内酯(brassinolid)一样,
多肽激素参与植物生长、发育及抗逆等许多
生命过程, 特别是作为信号分子在细胞与细胞之
间的短距离的信息交流中起着关键作用。它
们以配基的形式与细胞膜表面的相应受体激酶
分子相互作用, 从而激活通路下游基因或启动相
关信号转导过程。
1.1 系统素
番茄的叶片在被昆虫咬伤之后能够传递信
号给非咬伤叶片 , 使之产生抗昆虫反应。
Pearce等(1991)从被昆虫攻击的番茄叶中发现了
高等植物中第一个多肽激素——系统素。在
叶片的受损部位和周边部位都可以检测到这种
18个氨基酸的多肽化合物(AVQSPPSKRD
PPKMQTD)。系统素作为系统性防御反应的
信号分子能够诱导受伤叶片和一定距离之内的
未受伤叶片产生蛋白酶抑制剂(p ro t e inase
inhibitors), 这些蛋白酶抑制剂在进入昆虫肠道
后, 能够直接影响到其消化系统的功能, 从而能
够抑制昆虫对植物的进一步侵害。
由于系统素在很低浓度下就可以诱导全身
的防御反应, 发现者相信系统素是依赖维管组织
表 1 植物中发现的有可能起激素作用的多肽及可能的受体
Table 1 Peptide ligands or putative peptide ligands and their receptors
多肽 序列 功能 转录后剪切和修饰 受体 来源
系统素 AVQSKPPSKRDPPK 受伤防御反应 由含 200个氨基酸的 SR160 番茄
MQTD 系统素前体剪切产生 番茄(LRR-RLK)
烟草系统素 I RGANLPPPSPASSP 由含 165个氨基酸的 烟草
PSKE 同一前体蛋白剪切和
糖基化产生
烟草系统素 II NRKPLSOOSOKPA
DGQRP
PSK Y(SO3H)IY(SO3H)TQ 细胞分裂 由含 89个氨基酸的前 PSKR 水稻,
体蛋白剪切, 硫化修饰 芦笋 (LRR-RLK) 芦笋
产生
CLAVATA3 RTVP(OH)SGP(OH) 干细胞的维持和 由含有 96个氨基酸的 CLV1 拟南芥
DPLHH 分化控制 前体蛋白剪切和羟基 拟南芥
化修饰产生 (LRR-RLK)/
CLV2
(LRR-RLP)
复合体
SCR(SP11) NLMKRCTRGFRK 自交不亲和 不存在转录后剪切在保 SRK(RLK) 油菜
LGKCTTLEEEKC 守的半胱氨酸残基上有
KTLYPRGQCTCS 二硫键连接修饰
DSKMNTHSCDCK
SC
ENOD40 MELCWLTTIHGS 根瘤侵染早期 单一编码框编码 蔗糖合成酶 苜蓿
MMVLEEAWRER 的识别 可与 ENOD
GVRGEGAHSSHSL 多肽相互作
T 用
RALF ATKKYISYGALQ 能诱发悬浮培养 由含有 115个氨基酸的 受体未定 烟草
KNSVPCSRRGASY 细胞的快速碱性 蛋白前体剪切产生
YNCKPGAQANP 化
YSRGCSAITRCRS
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在植物体内的转运 (Pearce et al., 1991; Narvaez-
Vasquez et al., 1995) 。然而, 此后对茉莉酸不
敏感突变体的研究表明茉莉酸或其它一些小分
子量化合物也许才是真正被运输的信号。它
们被长距离转运到植物非受损部位而诱发植物
的防御反应, 而系统素本身则可能是产生这种信
号的调节因子 (Li et al., 2002; Li et al., 2003)。利
用化学交联的方法人们从番茄中分离得到了系
统素的受体SR160, 蛋白质顺序分析表明SR160
是一个160 kD富含亮氨酸重复序列的类受体蛋
白激酶(leucine-rich repeats receptor-like protein
kinases, LRR-RLK)。该蛋白具有受体蛋白的基
本结构特征: 一个位于胞外的天线结构, 单一的
跨膜区和一个位于胞内的向下游传递信号的激
酶区。系统素与其受体之间的相互作用介导
了植物的系统性防御反应 (Scheer and Ryan,
1999, 2002)。十分有意思的是SR160与油菜素
内酯的受体BRI1相同, 这表明在番茄中SR160/
BRI1受体激酶可能起着双重作用 (Montoya et
al., 2002), 它可能通过形成不同的受体复合体来
分别介导系统素和BR的信号转导过程。
基因分离发现在番茄中系统素的mRNA
编码一个200个氨基酸的多肽, 人们相信它是系
统素的前体(prosystemin), 经剪切加工产生 18
个氨基酸的有功能的终产物系统素(McGurl et
al., 1992)(图1)。系统素在茄科其它植物中也有
发现 (Constabel et al., 1998), 有趣的是尽管烟草
和番茄同属亲缘关系很近的茄科植物, 但是在烟
草的基因组中找不到番茄系统素的同源基因。
后来当人们利用植物化学方法重新从烟草中分
离系统素居然得到了两个有功能的系统素 (烟
草系统素Ⅰ和Ⅱ)。和番茄系统素一样, 这两个
烟草系统素也是由 18个氨基酸组成。尽管在
多肽一级序列上这两个来自烟草的系统素有一
定的同源性, 但是与番茄系统素相比则没有任何
相似性(图 1)。烟草系统素Ⅰ和Ⅱ是由同一基
因编码的一个原初蛋白剪切而成 (Pearce et al.,
2001)(图1)。自然, 番茄的系统素只能在番茄中
有作用, 而烟草的系统素只能在烟草中起作用。
这一结果显示某些多肽激素可能与其受体协同
图 1 番茄和烟草中系统素与其前体的关系
番茄中有活性的18个氨基酸的系统素(黑体和方框)来自200个氨基酸的前体蛋白(prosystemin), 该前体蛋
白没有信号肽序列; 在烟草中发现的两个有活性的系统素由同一前体蛋白编码, 该前体蛋白有信号肽序列
(下划线), 烟草系统素Ⅰ来自近N端, 烟草系统素Ⅱ 来自近C端, 并且两者都经过羟基脯氨酸糖基化修饰。
Fig. 1 Systemin from tomato and tobacco, and their precursors
The 18-amino acid systemin from tomato is derived from a precursor with 200 amino acids (presystemin). The
precursor does not have a signal peptide. In tobacco, two active systemins have been identified, tobacco systemin
I and systemin II, which come from a single precursor protein with a signal peptide. Both peptides are modified
by glycosylations.
5872006 李琛 等: 高等植物中的多肽激素
进化。
1.2 Phytosulfokine (PSK)
植物悬浮培养细胞有密度效应。当培养
细胞被稀释到一定程度之后很难再进行分裂,
甚至在补充植物激素和营养物质之后也难以提
高其有丝分裂活性, 说明悬浮培养细胞存在一
种能够感受培养细胞密度的非激素因子。研
究人员采用辅助培养(nurse culture)的方法(即
把低密度的靶细胞靠近高密度辅助细胞一起培
养, 但是不直接接触)发现低密度的培养细胞能
够感受由高密度培养细胞释放到胞外的一个细
胞分裂促进因子。纯化分析后发现这种能够
促进有丝分裂的因子是一个经过硫化修饰的五
肽化合物, 即硫化色氨酸-异亮氨酸-硫化色氨
酸-苏氨酸-谷氨酰氨[Y(SO3H)-I-Y(SO3H)-T-Q]
(Matsubayashi et al., 1996), 因而被称为
phytosulfokine(PSK)。到目前为止PSK的中文
名字还没有, 也许译成植硫肽比较合适。分子
克隆结果表明PSK来自于一个N端含有分泌信
号的89个氨基酸的前体多肽 (Yang et al., 1999)
(图 2)。PSK的浓度在纳摩尔水平便能够促进
细胞的脱分化和分裂(Matsubayashi et al.,
1996)。利用35S和3H标记的方法, 人们观察到
PSK总是与悬浮培养细胞匀浆物中富含质膜的
组分有很强的结合能力。通过亲和柱层析的
方法纯化得到了两个大小不同但均能与PSK相
结合的蛋白组分, 分子量分别是120 kD和150
kD (Matsubayashi and Sakagami, 2000)。通过
分析发现它们是来自同一基因的转录产物但经
过不同的转录后加工的蛋白质, 其基本分子结构
形式与系统素的受体一样, 也是富含亮氨酸的受
体激酶蛋白(LRR-RLK; Matsubayashi et al., 2002)
(图2)。此外, 人们认为PSK与该受体激酶是以
配基－受体的方式发挥作用(Matsubayashi et
al., 2002)。
1.3 SCR/SP11
图 2 PSK及其前体和 PSK受体的结构示意图
A. PSK来自一个 89个氨基酸的前体多肽, 其N端含有分泌信号, PSK位于近C端; 剪切处理后经硫化修
饰产生有功能的只有 5个氨基酸的多肽激素; B. PSK的受体为 LRR-RLK, 一个 120 kD的受体激酶。图
中显示出信号肽、细胞外的 LRR、含有一个 36个氨基酸的称作“岛”的结构域、跨膜结构域和细
胞质激酶结构域。
Fig. 2 PSK and its precursor and receptor.
A. PSK is derived from a 89-amino acid protein precursor, with an N-terminal signal peptide. The PSK motif is
located at its C-terminus. The active PSK contains only 5 amino acids, which has a sulfuration modification. B.
The receptor of PSK is a LRR-RLK, a receptor kinase with molecular weight of 120kD. Figure B shows the
structure of PSKR, which has a signal peptide, a LRR, an island containing 36 amino acids, a transmembrane
domain and a kinase domain.
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很多植物特别是芸苔属植物中存在自交不
亲和(self-incompatibility, SI)现象, 即当一株植物
的花粉落到自身的柱头上时不能完成授粉过程,
这种防止自交的机制有利于保持物种遗传多样
性。经典遗传学的研究表明油菜的 SI位点在
一个群体中有多个等位基因, 编码产生不同的
SI位点产物。因此当花粉和柱头为同一基因
型时则会相互识别, 从而发生排斥 (Bateman,
1955)。
分子生物学的证据表明雌蕊中存在两个SI
位点蛋白: SLG和SRK, 他们都是在柱头表面乳
突中表达, SLG为糖基化蛋白, SRK是位于膜上
的受体蛋白激酶(Takayama et al., 1987)。在花
药中, SI位点编码一个只在绒毡层中表达的富
含半胱氨酸的胞外多肽—— S C R / S P 1 1
(Schopfer et al., 1999; Takayama et al., 2000)。
这个多肽的长度从74到77个氨基酸不等, 在群
体中有相当高的多态性, 并含有可能的信号肽切
点。SCR/SP11由绒毡层产生并被分泌到花粉
粒, 当花粉粒落到柱头上时, SCR/SP11就能够与
柱头上的受体复合体SLG/SRK相互作用(图3),
同时, 亲和反应实验证明化学合成的SCR/SP11
多肽能够直接同SLG/SRK受体复合物相互作用
(Takayama et al., 2001)(图3)。自交不亲和机制
在进化过程中独立地出现过数次, 因此其分子机
理也就非常不同, 如在某些茄科植物的自交不亲
和反应过程是通过核酸酶和 F-BOX蛋白实现
的, 说明这一类自交不亲和过程中是通过RNA
和蛋白质的降解调控来实现的(Sijacic et al.,
2004)。更加详细的结果可以查阅最近发表的
一篇综述文章(Takayama and Isogai , 2005)。
1.4 CLV3
CLAVATA3(CLV3)是研究较为清楚的一个
调控植物发育的多肽激素, 其终产物是一个含有
12 个氨基酸的多肽, 由一个96个氨基酸的含有
分泌肽的前体蛋白经过剪切加工而成, 直接参与
了植物茎端生长点中干细胞数目的控制。
CLV3多肽最初是通过研究一系列与茎生
长点大小相关的拟南芥突变体的过程中发现
的。在 20世纪 80年代英国剑桥大学的 Ian
Furner博士的实验室分离了第一组茎端生长点
变大的突变体(Leyser and Furner, 1992)。除了
生长点的变化以外, 这些突变体的花器官数目也
有不同程度的增加。由于其心皮数目增加(从
野生型的2个心皮增加到5个左右)导致其种荚
呈现棒球棍的形状, 故被命名为 c l a v a t a 1
(clv1)。此后人们又得到了另外两个生长点变
大的遗传位点, 并分别被定名为 C L V 2 和
CLV3。分子克隆结果显示 CLV1编码一个富
含亮氨酸重复顺序的受体激酶; CLV2编码一个
和CLV1类似的富含亮氨酸重复顺序类受体蛋
白, 但是它不具有胞内激酶区; CLV3编码一个
只有96个氨基酸的胞外小分子蛋白(Clark et al.,
1997; Jeong et al., 1999; Fletcher et al., 1999; Rojo
et al., 2002)。这3个编码蛋白均含有一个位于
N末端分泌肽, 说明它们要么是细胞膜表面蛋
白, 要么是胞外蛋白。CLV1能够自身磷酸化,
并且通过它的激酶结构域与一个胞内的蛋白质
图 3 芸苔属植物的自交不亲和产生的分子模型
在芸苔属植物中, 来自花粉的SCR/SP11配基与柱头
细胞膜上的受体复合物SRK/SLG相互作用来引发
自交不亲和反应。
Fig. 3 The molecular model of the self-incompatibility
in Brassica.
In Brassica, the SCR/SP11 peptide signal carried by
the pollen is recognized by the SRK receptors located
at the stigma, leading to a rejection of the pollen.
5892006 李琛 等: 高等植物中的多肽激素
磷酸酶 KAPP相互作用 (Clark et al., 1997)。
CLV1和CLV2均含有成对的半胱氨酸残基, 在
细胞内CLV1和CLV2通过一个共价二硫键连在
一起, 形成一个180 kD的位于细胞膜表面受体
的异二聚体(Trotochaud et al., 1999)。
与生长点大小相关的另外一个重要基因是
WUSCHEL(WUS)。突变体 wuschel(wus)的表
型与c/v相反, 其茎尖生长点在种子萌发后不久
便失去活力, 产生无生长点的小苗。分子克隆
结果显示WUS编码一个转录因子。
遗传和生物化学证据表明 CLV3通过与
CLV1/CVL2受体复合体相互作用(Trotochaud et
al., 1999), 从而将CLV3信号从一个细胞传递到
邻近的细胞, 通过一系列中间过程, 实现抑制
WUS基因表达的结果。有趣的是CLV复合体
与WUS形成了一个非常精确的反馈调节环, 控
制着茎端分生组织中干细胞的数目 (Schoof et
al., 2000; Brand et al., 2000 )。在这个调节环中,
WUS的作用是维持干细胞的未分化状态, 增加
茎生长点中干细胞的数目 (Schoof et al., 2000);
而CLV1/CLV2/CLV3复合体则产生一个促进干
细胞分化的信号, 从而限制茎端生长点中干细胞
的数目(图 4)。
CLV1主要在茎端分生组织(Shoot Apical
Meristem, SAM)的中央区域(central zone, CZ)表
达, CLV2似乎在植株的各个组织中均有表达,
而CLV3的表达则局限于生长点中央区的表层
(L1和L2), 在L3中只有少量的表达(Fletcher et
al., 1999)。尽管WUS的表达也是位于生长点的
中央区域, 但是集中于少数L3层的细胞(图5)。
图 4 CLV信号复合体与WUS转录因子构成的控制茎端生长点中干细胞数目的反馈调节环
CLV3原初蛋白被分泌到胞外, 经过一个剪切和羟基化修饰的过程, 产生一个可以迁移的含12个氨基酸的
多肽激素。CLV1为含亮氨酸重复区的受体激酶蛋白(LRR-RLK), CLV2为含亮氨酸重复区的类受体蛋白
(LRR-RLP)。它们通过二硫键形成异二聚体复合体。该复合体在接受CLV3多肽信号之后形成一个更
大分子量的受体复合体(450 kD), 包括一个磷酸酶(KAPP)和一个GTP酶(ROP)。该信号很可能是通过
MAP激酶传到核内, 来抑制WUS转录因子的表达。
Fig. 4 The CLV ligand-receptor complex and the WUS transcription factor form a feedback regulation loop to
control the number of stem cells in the shoot apical meristem.
The CLV3 product is secreted to the extracellular spaces. After processing and hydroxylation modification, an
active peptide with 12 amino acids was produced. CLV1 is a LRR-RLK, CLV2 is similar to CLV1, but without the
kinase domain (LRR-RLP). CLV1 and CLV2 form a receptor complex through a disulfide bridge. The complex gets
bigger (450 kD) after receiving the CLV3 peptide signal, which contains a KAPP and a Rho GTPase The CLV3
signal is probably transmitted to nuclei through a MAP kinase, to repress the WUS expression.
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这些表达WUS的细胞分裂缓慢, 在功能上与根
尖生长点中的静止中心非常相似, 因此被称之为
茎端生长点组织中心 (SAM organizing center)。
生物信息学分析发现CLV3中含有一个14
氨基酸的保守基序。到目前为止, 已经在拟南
芥、水稻、玉米和线虫等物种中发现了至少
有46个蛋白质含有这一基序, 人们将这一高度
保守区域命名为CLV3/ESR(CLE)基序, 且将带有
这一基序的基因家族命名为CLE家族(Cock and
McCormick, 2001)(图6)。此家族的另外一个重
要成员是表达于玉米胚胎附近的胚乳区域的一
个基因(Embryo Surrounding Region, ESR)
(Bonello et al., 2000) 。它像CLV3一样是被分
泌到细胞外的一个多肽(Bonello et al., 2000;
Sharma et al., 2003)。尽管到目前为止对ESR蛋
白的功能还不了解, 但人们相信这一蛋白很可能
参与了胚乳和胚胎之间的相互作用。
在拟南芥基因组中CLE 家族共有31个成
员, 他们都含有可能参与分泌的信号肽, 这使人
们有理由相信整个CLE家族所编码的蛋白或加
工后的小分子多肽有可能作为胞外的多肽激素
来发挥作用(Sharma et al., 2003; Strabala et al.,
2006)。
CLV与WUS之间形成一个反馈环来调节
干细胞的命运, 提供了稳定的机制确保SAM在
植物的整个生命过程持续地发挥作用, 不断产生
新的器官。近年来对于CLV3的相关研究取得
了相当多的进展。Fiers等(2005)根据 CLV3、
CLE19和CLE40的14个氨基酸的保守CLE基序
合成了相应多肽: CLV3p、CLE19p和CLE40p。
图 5 茎尖生长点的结构和相关基因的表达位置
CZ. 中央区; PZ. 旁侧区; CLV1表达于中央区的 L2
和L3层; CLV2在所有组织均有表达(未显示); CLV3
在中央区的 L1、L2和 L3均有表达; 而WUS只在
中央区的 L3层表达。
Fig. 5 The structure of the shoot apical meristem and
the expression domains of several critical genes.
CZ: central zone; PZ: periphery zone; CLV1 is ex-
pressed in the L2 and L3 layers in the central zone,
while the CLV3 is expressed in the L1, L2 and L3
layers of the same zone. WUS is expressed only in the
L3 layer of the central zone.
图 6 CLE家族部分成员的氨基酸序列比对(引自Fiers et al., 2005)
下划线的为信号肽序列, 框中为 14个氨基酸的 CLE基序。可以看出这一家族的不同成员除了在长度、
N端均带有分泌肽和C-端或近C端共享一个保守的 CLE基序以外, 其它区域并没有明显同源性。
Fig. 6 The CLE family members and alignment in their protein sequences (Fiers et al., 2005)
Sequences with a underline are signal sequences, the sequences with a frame are CLE motif. Note that these
peptides have very little similarity except the presence of a signal peptide and a conserved C-terminal CLE motif.
5912006 李琛 等: 高等植物中的多肽激素
他们发现这些小分子的多肽在体外施加时能够
模拟CLV3、CLE19和CLE40超表达的表型, 刺
激根生长点的分化, 引起根分生组织的消亡, 说
明这些在体外施加的多肽足以起到相应基因的
功能。在域交换(domain swap)实验中, 来自
CLV3的CLE基序与来自其它带有分泌肽的不
相关蛋白融合产生的杂种分子能够取代CLV3
的功能。有趣的是有的CLE成员依赖CLV1发
挥作用, 而另外一些则不依赖CLV1 (Ni and Clark,
2006)。 随后, Fiers等(2006)对CLV3进行了缺失
分析。他们构建了数个不同的片段缺失分子
构件, 分别将介于N端分泌肽和CLE基序之间
的片段(包括内含子)、C-端延伸区和CLE基序
去掉之后转化 clv3-2突变体, 结果表明只有含
有CLE域的构建能够互补clv3的突变表型, 而
去掉非保守的介于N端分泌肽和CLE基序之间
的片段或C-端延伸区并不影响其功能, 说明在
体内CLV3的CLE域不依赖其周边序列发挥作
用, 并启示我们CLV3在体内很可能有一个被剪
切加工成有活性的配基的过程。
最新的研究结果证实了这一假说。
Kondo等(2006) 利用飞行时间质谱仪(MALDI-
TOF MS)分析发现在CLV3过表达的愈伤组织
中存在有活性的CLV3多肽分子。该多肽仅由
CLE基序中的12个氨基酸组成(图6中CLE基
序的两端分别去掉一个氨基酸)。这个多肽在
两个脯氨酸残基(第4位和第7位)位置上均有羟
基修饰。他们的研究表明该羟基修饰对信号
转导不是必需的, 猜测他们可能在促进多肽的稳
定性上起作用。
CLV3及多个CLE家族成员的过量表达表
型与wus突变体的表型类似。Strabala等(2006)
通过遗传分析发现这些CLE家族成员的过表达
类型可分为4个有部分重叠的类别, 不同的家族
成员过表达表型相似。这表明 CLE家族成员
很可能是与其相对应的受体来相互作用 。
Muller等(2006)采用诱导表达的系统来观察
CLV3－WUS的动态调节过程, 他们发现提高
CLV3的表达量能够快速而持久的抑制WUS的
表达。利用不同的启动子来表达 CLV3, 使其
表达量增加或减少(33%-300%的野生型表达
量), 结果发现CLV3的表达量并不影响茎或花的
分生组织的大小, 表明干细胞的调整并不与
CLV3信号的水平成比例。当然不能排除有一
个差错保护机制来保证干细胞数目。
为进一步阐述CLV3－WUS的反馈调节动
态, Jonsson等(2005)利用动态共聚焦显微镜来
捕获基因定量变化的数据实时解析这一反馈调
控模型。该模型能动态的预测在去除CLV3信
号后WUS从OZ向外扩展的过程。早期的观
点认为CLE多肽仅具有促进SAM和RAM中干
细胞分化的功能, 但是最新的研究结果表明它们
同样可以抑制分化的过程。Ito等(2006)在百日
草的组培体系中发现了一种促导管分化的抑制
因子, 基因分离后表明它是一个 CLE家族成
员。他们进一步的研究表明拟南芥与其同源
的 CLE多肽具有抑制导管分化的活性。
2 前景
尽管植物的多肽激素发现时间不长, 但是
最近几年来这一领域发展非常迅速。系统素
和PSK的发现是采用生化的方法从大量的组织
细胞中纯化得到的, 而分子和遗传学方法的结合
可以得到编码多肽的基因, 如CLV3和SCR/SP11
就是通过遗传学和分子生物学相结合克隆到基
因的。植物中多肽激素的发现对传统的6种化
学激素进行了补充, 丰富了人们对植物激素调节
植物生长发育这一过程的认识。
2.1 尚未找到相应配基的孤独受体 (orphan
receptors)
拟南芥基因组全序列分析的完成使人们对
这个模式植物有了更深刻的认识。生物信息
学的分析发现在拟南芥的基因组中存在至少
174个LRR-RLK成员(The Arabidopsis Genome
Initiative, 2000)。目前发现的大部分受体均属
于这一家族, 这使我们有理由相信还有更多的配
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基存在, 需要我们进一步去发现。此外, 目前
研究最深的CLV3及其可能的受体CLV1/CLV2
之间的关系还未得到证实, CLV3与CLV1/CVL2
复合体的特异结合还没有被直接观察到。
2.2 剪切和修饰 (processing & modification)
多肽激素作为基因编码的多肽分子, 其原
初蛋白在转录和翻译之后到内质网和高尔基体
中进行进一步的加工和修饰, 如系统素、PSK
和SCR/SP11在转录后都有一个剪切或修饰的
过程。最新的研究也表明CLV3存在一个转录
后的剪切和修饰过程, 其功能成分是一个含有
12个氨基酸和双羟基的多肽。这些研究进展
使我们对多肽信号分子有了进一步了解, 也同样
提出了一些重要问题, 如剪切和修饰在细胞中发
生的位置; 其中参与的酶是什么, 该酶是怎么调
控这一过程的？剪切和修饰对各种多肽分子参
与信号途径有什么贡献？
2.3 生化方法的纯化以及结构 (identifica-
tion)
系统素和PSK的发现是采用生化方法从大
量的组织细胞中纯化得到的, 相反分子和遗传学
方法的结合可以得到编码多肽的基因, 如CLV3
和SCR/SP11基因就是通过遗传学和分子生物
学的方法克隆得到的。目前的分子生物学研
究还停留在从序列到功能的发展过程中, 真正对
结构和功能均有了解的蛋白质和多肽还很少。
多肽激素作为信号分子参与配基－受体反应, 其
结构对蛋白－蛋白的表面相互作用必然起着关
键的作用, 因此从结构和功能的关系上协同研究
可以为了解多肽激素的作用机制提供一些证
据。对受体复合体的结构研究和对配基-受
体分子作用的即时研究将是我们所面临的新的
挑战。毋庸置疑, 相关技术的发展将有助于我
们对这些多肽分子的作用机制有更深的理解。
2.4 信号通路 (signal pathway)
对于这些多肽激素所参与的调控过程还没
有得到完整的认识, 即使是目前研究最深入的
CLV3信号通路, 对其下游因子的了解也很不清
楚, 所以进一步开展这方面的研究将有助于我们
对多肽参与的过程有一个全面的认识, 帮助我们
将这些信号通路整合成信号网络(network)。
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