李文鳳，蘭 平

植物小肽研究進展I：來源、鑒定和調控①

李文鳳1, 2，蘭 平2*

(1 南京林業(yè)大學南方現代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京林業(yè)大學生物與環(huán)境學院，南京 210037；2 土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學院南京土壤研究所)，南京 210008)

小肽通常指5~60個氨基酸長度的肽段。自1991年在番茄中首次報道植物小肽-系統(tǒng)素參與番茄病蟲害引起的傷害反應以來，已發(fā)現和報道了眾多的植物小肽，它們參與植物生長發(fā)育的調控、植物和微生物的互作以及對生物和非生物脅迫等逆境的響應。本文就近30 a來在植物小肽的來源、鑒定和調控方面的研究進展作初步總結，并討論存在的問題和未來的研究方向。

小肽；植物；來源；鑒定；調控

小肽(small peptide)，寬泛地是指在長度上少于100個氨基酸的蛋白[1]，但也有人定義為5 ~ 60個氨基酸長度[2]。小肽參與了細胞增殖[3-4]、根系發(fā)育[5-10]、花粉育性[11-14]、氣孔開關[15-16]、礦質元素的吸收和調控[9]、抵御病蟲害[17-19]等生長發(fā)育和環(huán)境適應等諸多過程。同傳統(tǒng)的植物激素一樣，小肽發(fā)揮作用的位置和其合成產生的最初細胞和組織可以相同也可以距離很遠，表明小肽可以作為長距離系統(tǒng)信號發(fā)揮作用。小肽發(fā)揮其生理功能的濃度很低，甚至在飛摩爾濃度(10–15mol/L)下也可發(fā)揮生物學功能。同傳統(tǒng)的植物激素不同的是，小肽本質上由氨基酸組成，外源施加不會對環(huán)境構成風險，而過多施加傳統(tǒng)激素如生長素的人工合成產物2,4-D會對環(huán)境構成風險；另外，幾乎所有植物都會產生植物激素，而小肽具有物種特異性和環(huán)境誘導性的特征。盡管如此，小肽作為激素或稱為信號分子，已經成為近年來的研究熱點[1]。本文主要針對近30 a來植物小肽的來源、鑒定和調控方面的研究進展作一個初步總結，同時就這些方面仍然存在的問題進行討論，為未來的研究提供參考。

1 植物小肽的來源

歷史上，有關小肽的研究已經獲得過多次諾貝爾獎。早在1900年代，在尋求糖尿病治療的過程中，有科學家提出小肽可以作為信號的設想。1921年班廷(Banting)和他的同事發(fā)現并純化了胰島素(insulin)，并因此榮膺1923年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。1926年，Sanger解析了胰島素的蛋白結構，發(fā)現其由長度分別為21和30個氨基酸的兩條小肽通過二硫鍵形成，并因此獲得1958年諾貝爾化學獎[20]。但直到1980年代，科學家才成功克隆了胰島素的編碼基因，發(fā)現胰島素的兩條小肽都由同一個基因編碼，經過翻譯后加工形成長度不同的兩條小肽[21]?；趯σ葝u素的深入研究，科學家提出了作為小肽激素必須滿足的3個條件：①小(<60個氨基酸)；②可以分泌；③影響生理學過程[20]。雖然隨著胰島素的發(fā)現，動物中小肽的研究得到蓬勃發(fā)展，但直到1991年，才在番茄中首次報道了植物源的第一個功能小肽——系統(tǒng)素(systemin)；成熟的系統(tǒng)素由18個氨基酸組成，由200個氨基酸長度的原系統(tǒng)素酶解加工而來；系統(tǒng)素參與調控了番茄對病蟲害引起的傷害反應[22-23]。

如圖1所示，小肽從來源上可以分成3類：①原前體蛋白加工而成；②由獨立的小ORF(蛋白閱讀框)直接翻譯而來；③由位于編碼正常大小蛋白的5’-端或3’-端非翻譯區(qū)(utr)上的小ORF編碼而來。

對于第一類小肽，一般從原分泌蛋白靠近羧基端(C端)酶解加工而來。這類蛋白的氨基端往往含有由16 ~ 30個氨基酸構成的信號肽，指引其進入到內質網和高爾基體中進行進一步加工，包括切除信號肽和多輪蛋白降解和/或翻譯后修飾，或分泌到胞外由胞外肽酶進一步降解切割，最終產生長度不等的活性肽。分泌型小肽一般長度為5 ~ 30個氨基酸，但如果是富含半胱氨酸的小肽，長度也可達60個氨基酸[2-24]。

圖1 小肽的三種來源

雖然第二和第三類小肽都是來自于短的ORF，但其本質不同。對于第二類小肽，其編碼基因是一個獨立完整的基因。如果該基因含有較長的啟動子和utr，那么該基因總長度可能比正常蛋白基因的長度還要長。例如，擬南芥小肽IMA1只有50個氨基酸，但其含有較長啟動子和utr，僅RNA就達470個堿基對，啟動子長度2 490個堿基對。通過氨基酸保守結構域比對發(fā)現擬南芥中共有8個IMA1類小肽基因[25]。由于這類小肽基因ORF較短，很難獲得T-DNA插入缺失突變體，同時加上功能冗余，極大地阻礙了對該類小肽的鑒定。擬南芥基因組中共含有這類小ORF(sORF) 606 285個，其中570 948個位于基因間[26]，這些基因間隔區(qū)的序列曾一度被認為是“垃圾DNA”。轉錄組數據分析也發(fā)現木棉中有12 852個sORF[27]。目前的研究表明，植物基因組中含有海量的小ORF，這也為研究小ORF的功能帶來了難度。是否這些預測的小ORF都可以轉錄？轉錄組發(fā)現的小ORF是否可以翻譯成小肽？還是絕大多數鑒定或預測的小ORF都是假陽性？由于小ORF序列短，通過T-DNA隨機插入技術而獲得相應突變體的成功率較低，也為從正向遺傳學來解答這些小ORF的功能帶來了挑戰(zhàn)。現今基因靶向編輯技術的發(fā)展則為揭示這一類小ORF及其蛋白產物(小肽)的生物學功能提供了契機。

第三類小肽也是來自于小的ORF，但和第二類不同的是，其編碼的小ORF不是獨立基因，而是位于一個正?；虻膗tr區(qū)。目前在植物中發(fā)現的主要是位于5’UTR起始密碼子上游的小ORF (uORF)，而位于3’ 端下游的小ORF(dORF)目前在植物中還基本未見報道。該小ORF的翻譯往往影響到其正常ORF的翻譯，在功能上起到翻譯調控作用，或者小ORF翻譯產生的小肽和其正常ORF翻譯產生的蛋白競爭同一個靶蛋白，對正常蛋白的生理功能起到調控作用。目前發(fā)現最短的uORF是由一個起始密碼子緊接著一個終止密碼子構成，這個uORF對下游主要蛋白的翻譯以及RNA的降解起到調控作用。例如，擬南芥硼轉運通道蛋白NIP5;1是低硼條件植株生長所必需的，但過多的硼會導致植物毒害，因此NIP5;1的表達量受到嚴格的調控。研究發(fā)現NIP5;1基因的5’UTR區(qū)一個由6個核苷酸構成的小ORF(AUG- UAA)參與了NIP5;1的調控：當硼過多時，蛋白翻譯機器核糖體停轉在AUG-STOP上，反復起始翻譯，抑制了NIP5;1自身的翻譯，同時導致NIP5;1RNA的降解，這樣uORF以硼濃度依賴的方式調控了NIP5;1的表達，最終調控胞內硼穩(wěn)態(tài)[28]。但是在高硼下，為什么上游uORF反復起始翻譯的效率急劇升高的分子機制目前還不是很明確。

2 小肽的鑒定

隨著系統(tǒng)素的成功鑒定，基于生物分析為指導的生化純化技術陸續(xù)鑒定到參與細胞增殖的小肽PSK[29]、富含羥脯氨酸的系統(tǒng)素類似物HypSys[30]以及維管系統(tǒng)干細胞命運調節(jié)小肽TDIF[31]等。從系統(tǒng)素在植物系統(tǒng)中首次報道以來的近30 a，陸續(xù)發(fā)現和報道參與植物生長發(fā)育和環(huán)境適應的多種小肽。但是相較于動物中鑒定到的小肽數量，植物中鑒定到的信號肽總體較少[32-34]，極大限制了小肽的開發(fā)應用。如圖2所示，植物小肽鑒定的主要方法有以下幾種，分別作一簡述。

圖2 植物小肽的鑒定技術

2.1 小肽鑒定的傳統(tǒng)生化和蛋白組學方法

由于小肽分子量小、含量低，給傳統(tǒng)的分離純化方法帶來了極大的挑戰(zhàn)。比如，植物中第一個小肽，番茄系統(tǒng)素的研究中，僅對其生物活性的測試就用了3萬多株番茄幼苗。運用傳統(tǒng)的生化分析純化技術，經過多步反向液相色譜和強陽離子交換液相色譜分析，最終從27 kg番茄葉片中獲得大約1 μg的活性肽，隨后通過氨基酸含量和序列分析，闡明了系統(tǒng)素的氨基酸組成(AVQSKPPSKRDPPKMQTD)和序列[23]。由此可見，雖然傳統(tǒng)的生化分析具有鑒定到成熟小肽及其氨基酸序列的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)的液相分離純化和生化分析來研究植物小肽技術難度大、耗時費力、成本高、通量低。

隨著高通量蛋白組學技術的發(fā)展，專門研究小肽的肽組學(peptidomics)技術已經應運而生，在動物組織中方興未艾，成功鑒定到了新型具有生物活性的小肽，并且該技術可以鑒定到小肽的翻譯后修飾，以及揭示蛋白降解途徑[35-38]。但是該技術在植物小肽的鑒定中遠沒有發(fā)揮作用，主要有以下幾個因素：①植物組織復雜，富含各種次級代謝產物和極低的植物信號肽濃度，給小肽的分離帶來了困難；②小肽小，可能不含有胰肽酶的切點，或者切出來的片段過小，超出了質譜檢測限；③新的蛋白質或肽段的質譜鑒定在很大程度上取決于對蛋白數據庫的檢索和比對，植物小肽數據庫的局限性是肽組學技術的瓶頸之一。直到2014年，隨著質譜儀器靈敏度的提高，Chen等[39]在植物中建立了新型肽組學技術，并應用該技術從番茄葉片中不僅成功鑒定到受傷害誘導的系統(tǒng)素，而且鑒定到14個新型的受傷害和茉莉酸甲酯誘導的、參與防御反應的信號肽；進一步對一個來自于病程相關蛋白1(PR-1b)C端的小肽CAPE1研究，發(fā)現外源添加ng級的該小肽就可以顯著誘導抗病反應，為將來作物保護的生物防治提供了基礎[39]。

雖然肽組學技術一次可以鑒定十幾到幾百個小肽，并且可以鑒定小肽翻譯后修飾，大大提高了鑒定的通量，但植物小肽含量低，又沒有完善的小肽數據庫，極大增加了假陽性率。為了降低假陽性率，往往需要更嚴謹的搜庫參數以及后續(xù)的驗證實驗，增加了工作量。另外，肽組學鑒定的小肽只能表明其存在，但無法判斷其有無活性，還需要生物學、分子遺傳學等實驗來證明其生物學功能，這進一步增加了工作量。而且，由于不知道小肽產生的原蛋白到底在何處降解，因此目前還沒有標準的小肽數據庫，如果用某一物種的整個蛋白數據庫來搜庫的話，極大地增加了搜庫時間和假陽性率，為了降低搜庫時間和假陽性率，往往需要建立一個由整個物種蛋白C端50個氨基酸構成的一個假定的小肽數據庫，并且產生一個由該庫生成的隨機庫，然后用小肽質譜數據同時搜索這兩個數據庫，根據搜庫分數和統(tǒng)計分析最后得到可能的小肽分子。盡管增加了搜庫的嚴謹度，但鑒定到的小肽數量也很有限[39]，同時肽組學技術對質譜儀的靈敏度和精確性都要求較高，因此，該技術在植物小肽信號分子鑒定中應用還需要進一步完善。

2.2 小肽鑒定的傳統(tǒng)遺傳學法

基于突變體表型篩選的傳統(tǒng)正向遺傳學對基因功能的研究功不可沒，但是對于小肽的鑒定效果并不理想，只鑒定到為數不多的小肽，主要是由于小肽及其前體來源廣、復雜程度高，并且存在功能冗余，極大限制了通過正向遺傳學的突變體表型研究來發(fā)現小肽和其生理功能的研究。1999年，在揭示擬南芥莖尖干細胞命運決定因子過程中，國外科學家通過正向遺傳學克隆了擬南芥編碼小肽CLV3(CLAVATA3)的基因[40]，該基因調控了莖尖干細胞的數目[40-42]，但成熟CLV3的功能結構還是通過生化分析和質譜技術才得以闡明[41-42]。2003年，另一個小肽基因()也是通過該方法得以鑒定，但是IDA小肽結構和序列仍然未知[43]。從2003年以后，擬南芥中再沒有通過經典遺傳學鑒定到小肽信號，表明具有明顯表型的、功能沒有冗余的小肽基因的突變體已經篩選完畢、不復存在[2]。前期，我們通過基因編輯缺失IMA1小肽及其同源基因IMA3都沒有發(fā)現任何表型，直到缺失擬南芥中包括IMA1在內的所有8個小肽基因才發(fā)現IMA參與了植物對鐵的吸收，表明IMA各個成員間存在一定的功能冗余，通過過表達各個成員來研究其功能可能比基因突變的效果更好[25]。

2.3 小肽鑒定的生物信息學分析

如上所述，不論傳統(tǒng)的生化分析、經典遺傳學，還是新近的肽組學技術，目前鑒定到的小肽數量都非常有限。擬南芥基因組分析揭示植物比動物含有10倍以上的可能的肽轉運蛋白和受體，推測植物應該比動物含有更多的小肽，但目前情況恰恰相反，動物中鑒定到的小肽數量遠遠大于植物中鑒定的數量，考慮到植物的復雜性、不可移動性和無時無刻需要適應外界環(huán)境，有理由相信植物中還有大量的小肽迄待挖掘。

隨著植物中鑒定到的小肽數量增加，對小肽自身和前體蛋白序列結構及其降解位點的分析，一些保守的序列特征已被揭示，加上越來越多的植物基因組被測序解析，轉錄組技術的發(fā)展，這些前期研究和組學技術為生物信息學從全基因組水平來鑒定已知小肽的同源物和預測新型小肽奠定了基礎。早在2001年，有研究報道從全基因組水平上對LCV3的同源物進行了生物信息學分析，鑒定到一組信號肽，統(tǒng)稱為CLE肽。CLE肽的C端擁有一個含有14個氨基酸的功能域——CLE功能域[44-45]。隨后，在鑒定DEVIL和ROTUNDIFOLIA4小肽基礎上，通過生物信息學的同源比對在擬南芥中和其他21個物種中鑒定DVL/RTFL的基因家族[46]。

除了同源比對，還可以預測新型的小肽。Hanada等[47]通過搜尋擬南芥基因組中所有介于30 ~ 100個密碼子(也就是編碼10 ~ 33個氨基酸長度的小肽)的小ORF，最后從基因間隔區(qū)找到7 901個小ORF。同樣的，通過查詢小于120個密碼子的小ORF，在大豆中預測到766個小ORF[48]。Yang等[27]通過分析小于200個密碼子的轉錄組學數據，在木棉中鑒定到1 282個小ORF，并且611個得到蛋白組學數據支持。

通過生物信息學分析結合其他技術手段，不僅可以有效鑒定小肽而且可以驗證小肽的生物學功能。Hara等[49]首先通過生物信息學分析，從擬南芥全基因組水平上篩選出氨基酸數目少于150個，預測為分泌蛋白的基因153個，然后通過過表達所有153個基因，鑒定到編碼小肽EPF1基因；過表達該基因顯著降低氣孔密度。Ohyama等[50]根據已知分泌小肽的原蛋白結構特征，結合生物信息學分析，篩選出那些結構相似的、預測為分泌蛋白的基因，然后再結合質譜分析，從而成功鑒定到C端編碼小肽1(CEP1)；該小肽參與了擬南芥?zhèn)雀l(fā)育。Matsuzaki等[51]結合生物信息學分析和生物學分析，成功鑒定了擬南芥根尖生長因子(RGF)家族的相關小肽，這些小肽可以成功挽救由于基因功能喪失導致的根尖缺失。近來，通過對單細胞轉錄組學數據的分析，成功鑒定到一些參與生殖過程的富含半胱氨酸的小肽信號[12-52]。

這些研究顯示在小肽鑒定中，基于生物信息學的篩選再結合其他技術手段的強大功能，其成功克服了由于基因功能冗余和豐度低對小肽鑒定帶來的障礙，同時也避免了傳統(tǒng)生化分析技術的繁瑣、耗時、技術要求高的缺點，是未來小肽鑒定和功能研究的發(fā)展方向。

3 小肽的調控

隨著對植物小肽研究的深入，不僅對小肽的來源和鑒定有了一定的理解，而且對小肽的調控也有了進一步的認識。植物小肽總體上可以分為兩大類：分泌型和非分泌型。非分泌型小肽主要在胞內起作用，少數情況下也可以被送到胞外，擔任細胞–細胞間的信號分子。如系統(tǒng)素雖然是非分泌型小肽，但隨著傷害發(fā)生，系統(tǒng)素從傷害細胞釋放出來，在質外體空間隨蒸騰流到達非傷害部位引起抗性反應[23]。分泌型小肽又可以進一步分為翻譯后修飾小肽和富含半胱氨酸小肽兩類。富含半胱氨酸小肽一般含有偶數個半胱氨酸殘基(典型的為6個或8個)，用于分子內二硫鍵的形成。形成分子內二硫鍵的小肽結構穩(wěn)定，不易被蛋白酶進一步降解。翻譯后修飾類小肽一般較富含半胱氨酸小肽小，在成為有活性的功能小肽之前，往往需要一系列的成熟過程。首先是長度調控，這類小肽一般少于20個氨基酸，典型長度一般在10個氨基酸左右，由蛋白酶多次降解加工而成。和動物及酵母相似，這類植物小肽由較大的前體蛋白降解而來。這些前體蛋白在N端含有分泌信號序列，蛋白翻譯后指導該類蛋白進入內質網和高爾基體，隨后在這些細胞器內，切除N端信號序列，完成第一步加工，然后蛋白酶在靠近C端發(fā)生多輪降解加工，產生特定長度的小肽[2]。在動物中，前體蛋白的切割一般發(fā)生在C端成對堿性氨基酸之間，如賴氨酸-賴氨酸、賴氨酸-精氨酸、精氨酸-賴氨酸及精氨酸-精氨酸之間，肽鍵的切割由subtilisin/kexin-like 原激素轉化酶完成[53-54]，切割完成后，末端堿性氨基酸由羧肽酶移除[53]。但研究發(fā)現植物小肽的加工過程和動物及酵母顯著不同，主要體現在3個方面：①靠近成熟小肽N端的前體蛋白并沒有發(fā)現成對的堿性氨基酸；②體外實驗發(fā)現植物蛋白酶可以切割CLV3前體蛋白單個精氨酸的N端，也有報道位于三葉草成熟小肽CLE36 N端上游兩個氨基酸處的甲硫氨酸和絲氨酸是前體蛋白的切割點；③擬南芥中的一個AtSBT1.1在體內負責PSK4的起始加工，但是切割位點是位于成熟小肽上游的亮氨酸和組氨酸之間。

這些研究表明起始加工位點和最后成熟小肽的邊界序列沒有特定的關系，植物小肽信號的蛋白降解加工是一系列復雜的生化過程：首先是蛋白酶內切產生初步小肽，隨后外切蛋白酶對小肽進一步修剪，如去除末端幾個氨基酸。發(fā)揮修剪作用的外切酶可能為含鋅的羧肽酶SOL1[55]。迄今，植物體內有哪些蛋白酶來切割哪些原蛋白，以及某個或某類蛋白酶又如何決定切割位點的分子機制還不清楚。有一種解釋是由于原蛋白翻譯后修飾，阻止了體內復雜的蛋白降解系統(tǒng)對原蛋白的隨機降解，只允許特定蛋白酶(類)可以接近特定位點，產生切割。蛋白內切酶產生的初級小肽又是如何面對如此豐富的蛋白外切酶的挑戰(zhàn)而保持一定長度的呢？一種解釋是成熟小肽末端的脯氨酸可能賦予初級小肽抵擋外切酶的降解，例如，CLE類小肽在第4、7和9位都含有保守的脯氨酸(圖3)。

圖3 CLE類小肽的氨基酸序列保守性

小肽除了長度調控外，分泌型小肽還通常含有翻譯后修飾，其中主要的翻譯后修飾有3類：①酪氨酸硫酸化(tyrosine sulfation)；②脯氨酸羥基化(proline hydroxylation)；③羥脯氨酸阿拉伯糖基化(hydroxy-proline arabinosylation)。分泌蛋白的酪氨酸硫酸化修飾動植物中都存在。植物中帶有該修飾的小肽有PSK[56]、PSY[57]和RGF[51]等，其中PSK是植物中第一個報道有修飾的小肽。介導該修飾的酶為TPST (tyrosylprotein sulfotransferase)，催化了硫酸根從3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸(3′-phosphoadenosine 5′-phos-pho-sulfate，PAPS)向酪氨酸苯環(huán)轉移[58]。

缺失基因的擬南芥地上部矮小、葉片白化、早衰，根部表現為根極短、根尖原基活性顯著下降，究其原因就是突變體喪失了對RGF小肽的硫酸化修飾，從而無法維持根尖干細胞的活性。這些研究表明小肽酪氨酸硫酸化的重要性。目前對于硫酸化修飾的具體分子機制還不是十分明確，但研究發(fā)現酪氨酸硫酸化的最基本要求是酪氨酸的N端必須連接一個天冬氨酸(也就是DYxxxxxx)，如果一個酪氨酸附近的酸性氨基酸越多，該酪氨酸硫酸化的可能性就極顯著地增加[58]。

除了PSK小肽家族，目前發(fā)現植物中幾乎所有修飾小肽都發(fā)生脯氨酸的羥基化修飾。脯氨酸羥基化由2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶家族(2-oxoglutarate- dependent dioxygenase)的脯氨酰-4-羥化酶(prolyl-4- hydroxylase)介導完成，需要2-酮戊二酸和氧氣為共同的底物[59]。脯氨酰-4-羥化酶是一個跨膜蛋白，亞細胞定位于內質網和高爾基體復合物中。擬南芥中總共有13個該酶的編碼基因，缺失該酶基因導致根毛極性生長喪失[60]。

一些小肽如PSY1、CLV3、CLE2、CLE9和CLE-RS2的羥脯氨酸進一步發(fā)生修飾，主要是羥基和阿拉伯糖反應形成O型阿拉伯糖鏈[61]。羥脯氨酸O-阿拉伯糖基轉移酶(hydroxyproline o-arabinosyl-transferase，HPAT)負責羥脯氨酸4位上β糖苷鍵的連接。最近發(fā)現擬南芥HPAT是一個跨膜蛋白，亞細胞定位于高爾基體上，屬于糖基轉移酶(glycosyl-transferase，GT)8號家族[62]。缺失擬南芥基因導致多種表型：下胚軸變長、細胞壁加厚受阻、早花、早衰。和雙突變體顯著影響花粉管生長，進而導致雄性不育。缺失豌豆和三葉草中擬南芥的同源基因和導致高度結瘤的表型，有力支持了CLE小肽的羥脯氨酸O型阿拉伯糖基化可以抑制根際微生物的過度結瘤[63]。綜上所述，小肽的糖基化修飾在植物生長發(fā)育和防御中起到多種多樣的作用。

4 問題與展望

小肽作為信號分子，正如傳統(tǒng)植物激素一樣，往往起到“四兩撥千斤”的作用。外源添加納克級甚至飛克級小肽，就可以提高番茄抵抗病蟲害的傷害，提高植物對氮的吸收，增加植物鐵含量。植物信號肽還參與了其他生物學過程如細胞增殖、根系干細胞維持、側根生長發(fā)育、根瘤形成等。本文初步總結了近30 a來植物小肽的來源、鑒定和調控，重點介紹了植物小肽分離鑒定的幾種方法，指出了每種方法的優(yōu)勢和局限性。雖然植物小肽的研究已經取得一些進展，但挑戰(zhàn)仍然巨大：①近10 a來，各種組學技術日新月異，尤其是近年來基因組和轉錄組學相關研究已從模式植物擬南芥、水稻等成功延伸到各種經濟作物甚至目前看起來沒什么經濟價值的植物。隨之而來的是越來越多的已知植物信號肽的同源物和新型小肽，特別是一些物種特異性和環(huán)境適應性的信號肽被進一步發(fā)掘和鑒定。如何高效地驗證如此海量小肽的生物學功能并在生產中充分利用如此豐富的小肽資源是未來研究的一個重要方向和巨大挑戰(zhàn)；②雖然植物源小肽越來越豐富，但在林木中，有關小肽的研究還鮮有報道。另外，正如前面所述，小肽小、濃度低，很難獲得T-DNA插入突變體，通過傳統(tǒng)遺傳學和生物化學方法來鑒定小肽不僅難度大，而且費時耗力。未來包括小肽在內的新基因的功能研究，可能都將采用“生物信息學預測–突變體表型–基因身份鑒定”這一套綜合的方法。總之，植物小肽是一個新興的、極具前景的研究領域，但是其數量多、來源和加工成熟機制復雜、生物學功能研究難度大，目前植物小肽研究技術手段還不夠成熟，給植物小肽的研究增加了難度，但同時也為植物小肽的研究提供了更大的契機。正如人類對土壤微生物的認知，有眾多的空白等待去填補。一旦突破，將小肽成功應用到生產中就可以減少農藥化肥等的施用量，起到減肥增效的效果，保護生態(tài)環(huán)境；同時可以提高果蔬的品質和林木的材質，為現代高質農業(yè)生產服務。

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Research Progress of Plant Signal Peptide: Origin, Identification and Regulation

LI Wenfeng1,2, LAN Ping2*

(1 Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, College of Biology and the Environment of Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Plant signal peptides are generally 5–60 amino acids in length, derived mainly from three origins. More and more signal peptides have been identified since the first plant signal peptide, systemin, was reported to be involved in the response of tomato to wounding caused by insect or pathogen attack in 1991. There is increasing evidences showing that plant signal peptides play diverse roles in growth, development and bio-/abiotic stress responses. In this review, we summarized the research progresses in plant signal peptides focusing on the aspects of the origin, identification and regulation, and discussed what remain to be addressed in the future.

Peptide; Plant; Origin; Identification; Regulation

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0200308)、國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB150501)和土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室2018年度開放課題(Y812000006)資助。

plan@issas.ac.cn)

李文鳳(1972—)，女，河北唐山人，博士，教授，主要從事植物營養(yǎng)分子生物學研究。E-mail:wfli@njfu.edu.cn

Q945.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.001