植物小分子信号肽(small signaling peptides,SSPs)是一类蛋白长度小于 120 个氨基酸的小肽,作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用.植物中含有千余种SSPs,多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能,参与植物与环境之间的互作.挖掘鉴定植物SSPs功能基因,解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制,对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义.植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类.介绍了四类植物SSPs的结构、特征;阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程,以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制;重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制.最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题,还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望,旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径.

复杂多变的自然环境使植物进化出许多适应策略,其中由局部胁迫引起的系统响应广泛存在,精细调节植物的生长发育和环境适应能力.植物系统响应的诱导因素首先引起植物从局部到全株范围的信号转导,这类信号称为系统信号.当受到外界刺激时,植物首先在受刺激细胞内触发化学信号分子的变化,如茉莉酸和水杨酸甲酯等在浓度和信号强度方面发生变化;进而,伴随着一系列复杂的信号转换,多种信号组分共同完成系统响应的激活.植物激素、小分子肽和RNA等被认为是缓慢系统信号通路中的关键组分,而目前也有大量研究阐释了由活性氧、钙信号和电信号相互偶联组成的快速系统信号通路.植物系统信号对其生存和繁衍至关重要,其精确的转导机制仍值得深入研究.该文综述了植物响应环境的系统信号转导研究进展,对关键的系统信号组分及其转导机制进行了总结,同时对植物系统信号传递的研究方向进行了展望.

通过人工合成植物小分子信号肽CIF (Casparian strip integrity factor)核心序列,并用其处理拟南芥根和叶,探讨CIF对拟南芥中矿质元素吸收和积累的影响.结果 表明:根施0.1μmol·L-1的CIF可以显著促进根中镁、钙、锰、铁、锌、铜和硼等矿质元素的积累;叶施CIF可显著提高根中镁、钙、锰、铁、锌和铜等元素的含量,而对拟南芥叶中矿质元素含量影响较小.CIF可以显著诱导根中镁、钙、锰、铁、锌、铜和硼等元素的吸收转运体基因表达上调.说明植物根和叶均可吸收利用CIF,CIF亦具有作为植物生长调节剂的应用潜力.

ERA(Eecherichia coli Ras-like protein)蛋白是与已知异三聚体G蛋白和小分子G蛋白不同的一种新的GTP结合蛋白.为了在木本植物中开展其同源基因ERG(ERA-like GTPase)克隆和功能验证的相关研究,该文首次在西番莲新品种'平塘1号'中采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术克隆鉴定1个ERG基因.结果表明:西番莲PeERG基因cDNA全长为1518 bp,包括1260 bp的开放阅读框、38 bp的5′-端非翻译区和220 bp的3′-端非翻译区,该基因编码蛋白由420个氨基酸残基组成,其二级结构含有丰富的α-螺旋和延伸链.PeERG蛋白不含跨膜区域,也不存在信号肽酶切位点,既在其N端有典型的GTPase保守结构域(GTPase domain)又在其C端有独特的RNA结合结构域(KH domain).系统进化树分析表明,西番莲PeERG蛋白和水稻OsERG1、拟南芥AtERG1、大肠杆菌ERA位于同一进化分枝.实时定量PCR检测揭示PeERG基因在西番莲根、茎、叶、花、果中均有表达,叶中表达最高;同时该基因响应低温胁迫信号,其表达呈动态变化模式.该研究首次鉴定和描述了木本植物西番莲的ERG基因,为深入挖掘西番莲特异基因资源提供参考,也有助于进一步探究ERG基因在植物中的生物学功能及其作用机制.

植物信号肽的研究主要集中在小分子肽.小分子肽作为胞间通讯的关键成分,主要参与信号干扰、反应途径、显示抗菌活性,并以配体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.小分子肽是重要的胞间信号感应分子,在植物的不同器官组织、发育阶段主要参与调节植物的生长发育过程和应答生物和非生物胁迫的应激反应,以协调和整合细胞功能.该文全面概述了植物小分子肽的发现、结构特点、分类系统及其功能研究进展,并重点对近年来国内外有关翻译后修饰小肽CLE(CLAVATA3/ESR)家族和富含半胱氨酸肽RALF(快速碱化因子)家族的研究进展进行综述,为植物小分子肽的深入研究提供基础信息,并为今后的研究方向提供参考.