植物PRR 免疫受體功能研究進(jìn)展

葉紅 王玉昆

（廣東省粵北食藥資源利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 韶關(guān)學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院，韶關(guān) 512005）

植物在長(zhǎng)期的生存過(guò)程中一直在與來(lái)自環(huán)境中的各種不利因素進(jìn)行斗爭(zhēng)，病害就是這些不利因素中的重要一員。植物病害的危害不言而喻，其可在全球范圍內(nèi)造成極其嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)后果［1］。感染植物的病原體是多種多樣的，包括細(xì)菌、真菌、卵菌、線蟲(chóng)和食草動(dòng)物等［2］。但目前地球上的植物依然呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象，這主要得益于植物擁有一套非常復(fù)雜的免疫系統(tǒng)。植物免疫系統(tǒng)在與病原體的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中得到協(xié)同進(jìn)化，最終達(dá)到并維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，保護(hù)植物抵御絕大多數(shù)的病害侵襲［3］。

2006 年，Jones 和Dangl［4］提出了植物免疫的“Zigzag”理論模型。該模型建立由微生物/病原體相關(guān)分子模式（microbe/pathogen?associated molecular patterns, M/PAMP）觸發(fā)免疫反應(yīng)（PAMP?triggered immunity, PTI），效應(yīng)子觸發(fā)敏感性（effector?triggered susceptibility, ETS）和效應(yīng)子觸發(fā)免疫（effector?triggered immunity, ETI）組成的四步免疫應(yīng)答機(jī)制。該模型涵蓋了植物不同的免疫系統(tǒng)并闡明了PTI 和ETI 如何在功能和進(jìn)化上與效應(yīng)子產(chǎn)生作用。

存在于細(xì)胞表面和細(xì)胞內(nèi)的各類免疫受體是植物感知病原體侵染時(shí)釋放的各種信號(hào)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors, PRRs）定位于細(xì)胞表面，屬于植物第一層免疫防御體系。核苷酸結(jié)合域和富亮氨酸重復(fù)序列受體（nucleotide?binding domain and leucine?rich repeat containing receptors, NLRs）存在于細(xì)胞內(nèi)，屬于植物第二層免疫防御體系。PRRs 可感知MAMP、PAMP 和宿主產(chǎn)生的損傷相關(guān)分子模式（damage?associated molecular patterns, DAMP）。當(dāng)感知到處于質(zhì)外體（apoplasm）的分子模式時(shí)，PRRs 則激活PTI。研究表明，PRR信號(hào)參與了細(xì)胞質(zhì)Ca2+和質(zhì)外體活性氧（reactive oxygen species, ROS）爆發(fā)、Ca2+依賴性蛋白激酶（Ca2+?dependent protein kinases, CDPKs）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase, MAPK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)、防御激素網(wǎng)絡(luò)以及廣泛的轉(zhuǎn)錄、翻譯和代謝重編程等免疫反應(yīng)［2,5］。

病原體進(jìn)化出多種機(jī)制來(lái)抑制或者逃避PTI。通過(guò)分泌效應(yīng)蛋白（effectors），這些效應(yīng)蛋白可以直接或間接地操縱、攻擊PTI 信號(hào)途徑的關(guān)鍵組分，從而增強(qiáng)效應(yīng)蛋白激活的感病性（ETS）［5］。相應(yīng)地，植物進(jìn)化出了NLRs 介導(dǎo)的胞內(nèi)防御體系，通過(guò)感知侵入胞內(nèi)的效應(yīng)物，啟動(dòng)具有特異性的免疫反應(yīng)ETI，從而將效應(yīng)蛋白引起的病害扼殺［6］。依據(jù)上述的“Zigzag”理論模型，PRRs 與NLRs 具有明顯的聯(lián)系，二者介導(dǎo)的免疫反應(yīng)信號(hào)通路有相互重疊的部分但又具有一定的區(qū)別［2］。關(guān)于NLRs 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)機(jī)制已有較好的總結(jié)［7-8］，此處不再贅述。本文以PRRs 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)為重點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)人們?cè)赑RR 功能研究方面取得的研究成果，對(duì)PRR及其參與調(diào)控植物對(duì)生物和非生物免疫應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 PRRs 類型及特征

PRRs 是植物先天性免疫防線的受體。由先天性免疫產(chǎn)生的基礎(chǔ)抗性是植物抵御大多數(shù)病原體侵襲的根本原因。絕大多數(shù)PRRs 定位于植物細(xì)胞膜上，是一類由宿主編碼的蛋白質(zhì)［9］。目前普遍認(rèn)為PRRs主要分為類受體蛋白（receptor?like proteins, RLPs）和類受體蛋白激酶（receptor?like protein kinases,RLKs）兩大類［10-11］（圖1）。多數(shù)植物的PRRs 屬于RLKs。RLK 蛋白含有一個(gè)胞外結(jié)構(gòu)域，作為MAMP或DAMP 的結(jié)合位點(diǎn)，其次含有一個(gè)單跨膜結(jié)構(gòu)域和一個(gè)細(xì)胞質(zhì)蛋白激酶結(jié)構(gòu)域，能在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起作用［12］。許多RLKs 能夠響應(yīng)生物脅迫，也有些被證明對(duì)植物發(fā)育是不可缺少的［2］。RLP 蛋白結(jié)構(gòu)與RLK 相似但有一定區(qū)別。RLP 蛋白缺少細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域，取而代之的是一個(gè)很短的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域，且不具備信號(hào)傳導(dǎo)能力，故RLP 蛋白通常需要與RLK 或其他膜蛋白（共受體，coreceptors）相互作用才能在膜上傳遞信號(hào)［13］。

圖1 植物中主要PRR 受體及共受體結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structures of main pattern recognition receptors and coreceptors in plants

RLKs 和RLPs 通過(guò)胞外結(jié)構(gòu)域與配體結(jié)合并將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。PRRs 攜帶多種類型的胞外結(jié)構(gòu)域，如富含亮氨酸重復(fù)序列（leucine?rich repeats,LRRs）、凝集素（lectins）和lysin?motifs（LysMs）［14］。通過(guò)對(duì)350 種植物的PRRs 數(shù)量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，PRRs 的分布具有一定的物種特異性，其數(shù)量在不同物種中有明顯差異，其中包含LRR 結(jié)構(gòu)域的LRR?RLKs 和LRR?RLPs 是植物中最大的RLK 和RLP 基因家族。LRR?RLKs 可進(jìn)一步分為20 個(gè)亞組，每個(gè)亞組參與不同的生物學(xué)過(guò)程［15］。LRR?RLPs 基因家族成員數(shù)量在不同植物中也存在明顯差異。

2 PRRs 與MAMPs 的識(shí)別

作為細(xì)胞表面受體，PRRs 能夠識(shí)別來(lái)源于真菌、細(xì)菌、卵菌、寄生植物和食草動(dòng)物的分子模式，也有一些PRRs 可以識(shí)別自身的一些分子，如DAMPs和植物內(nèi)源性肽［3］。多數(shù)PRRs 與其共受體結(jié)合激活下游免疫反應(yīng)，也有一些PRRs 不直接參與識(shí)別，而是作為共受體和免疫信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)子發(fā)揮作用［2］。得益于結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)，植物中一些受體和MAMPs的結(jié)構(gòu)得到精確解析，相關(guān)的結(jié)果推動(dòng)了植物免疫受體與配體結(jié)合機(jī)制的研究。

2.1 PRRs與真菌源MAMPs的識(shí)別

目前，真菌源MAMPs 主要有幾丁質(zhì)（chitin）、乙烯誘導(dǎo)木聚糖酶（ethylene?inducing xylanase, EIX）、內(nèi)多聚半乳糖醛酸酶（endopolygalacturonases, PGs）等［3］。幾丁質(zhì)是真菌細(xì)胞壁主要組成成分，為真菌所特有，其由N?乙酰基葡萄糖聚合而成。幾丁質(zhì)及其片段（幾丁質(zhì)低聚糖或N?乙酰殼寡糖）是典型的真菌MAMP，在單子葉植物和雙子葉植物中都會(huì)引發(fā)各種防御反應(yīng)，這表明在廣泛的植物物種中存在感知這些低聚糖的保守機(jī)制［16］。多年來(lái)，人們一直在努力鑒定不同植物的膜組分中幾丁質(zhì)低聚物的高親和力結(jié)合位點(diǎn)。第一個(gè)幾丁質(zhì)結(jié)合蛋白CEBiP（chitin elicitor?binding protein）從水稻（Oryza sativa）懸浮細(xì)胞中利用親和層析法得到［17］。研究最清晰的LysM?PRRs 是CERK1（chitin elicitor receptor kinase 1），最初在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中被發(fā)現(xiàn)與幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)有關(guān)。CERK1 被認(rèn)為是主要的幾丁質(zhì)受體，它由具有三串聯(lián)LsyM 的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域、近膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域組成，其突變體不發(fā)生幾丁質(zhì)誘發(fā)的PTI 反應(yīng)［18］。晶體結(jié)構(gòu)研究表明幾丁質(zhì)低聚物（1,4?b?glcnac 的聚合物）能與CERK1 二聚體的LysM結(jié)構(gòu)域結(jié)合。在幾丁質(zhì)低聚物中，四聚體和五聚體直接以高親和度結(jié)合LysM 結(jié)構(gòu)域，但卻很少或沒(méi)有激活免疫反應(yīng)，而七聚體和八聚體雖表現(xiàn)出最高的免疫活性，但與CERK1 的親和力較低。高聚幾丁質(zhì)可以同時(shí)結(jié)合兩個(gè)或多個(gè)CERK1 分子，而CERK1分子的聚集誘導(dǎo)其胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)磷酸化，進(jìn)而導(dǎo)致下游級(jí)聯(lián)信號(hào)激活［16,19］。

CERK1 與高聚幾丁質(zhì)的親和力較低，含有LysM 結(jié)構(gòu)域的受體LYK5（lysin motif receptor kinase 5）與高聚幾丁質(zhì)的親和力要高得多。幾丁質(zhì)與LYK5 的結(jié)合對(duì)于LYK5 和CERK1 的異二聚化是必不可少的，是啟動(dòng)幾丁質(zhì)觸發(fā)的免疫反應(yīng)所必需的，說(shuō)明LYK5 是擬南芥的主要幾丁質(zhì)受體［20-21］。LYK4是另一種參與幾丁質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)的LysM?RLK，它也與LYK5 和CERK1 相互作用，并且對(duì)幾丁質(zhì)低聚物具有一定的結(jié)合親和力［21-22］。LYK5 和AtLYK4 的胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域均無(wú)活性，因此，二者需要與CERK1結(jié)合并利用CERK1 的胞內(nèi)激酶活性來(lái)進(jìn)行幾丁質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。這些結(jié)果說(shuō)明，CERK1 是幾丁質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的共受體，而不是直接受體［16］。葡萄糖的乙酰化修飾影響幾丁質(zhì)激發(fā)子的活性。殼聚糖是完全去乙酰化的幾丁質(zhì)，在植物中引起相當(dāng)弱的防御反應(yīng)，而活性乙酰化殼聚糖低聚物需要聚合4-6 個(gè)N ?乙酰氨基葡萄糖［23-24］。許多真菌病原體在進(jìn)入宿主時(shí)，通過(guò)幾丁質(zhì)去乙酰化來(lái)逃避宿主免疫系統(tǒng)的感知。去乙酰化的幾丁質(zhì)可能與CERK1 具有一定的結(jié)合親和力，因?yàn)槿ヒ阴；瘞锥≠|(zhì)處理能夠阻礙細(xì)胞中CERK1?LYK5 受體復(fù)合體對(duì)殼寡聚物的識(shí)別［25］。

水稻CERK1 能夠識(shí)別幾丁質(zhì)，但不能結(jié)合幾丁質(zhì)，而細(xì)胞膜糖蛋白CEBiP 能夠以高親和力結(jié)合幾丁質(zhì)［17,26］。CEBiP 是植物中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的幾丁質(zhì)受體，其結(jié)構(gòu)中含有3 個(gè)串聯(lián)LysM 結(jié)構(gòu)域和一個(gè)短的跨膜結(jié)構(gòu)域，但缺少發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域［17,27］。大量研究表明，在識(shí)別和結(jié)合幾丁質(zhì)后，CEBiP 二聚體招募CERK1 形成免疫復(fù)合體，進(jìn)一步導(dǎo)致CERK1 同二聚化，隨后CERK1 被磷酸化并激活免疫反應(yīng)［27-28］。此外，另外兩個(gè)含有LysM 結(jié)構(gòu)域的RLPs，即LYP4（lysin motif?containing protein 4）和LYP6，能夠以中等親和力結(jié)合可溶性幾丁質(zhì)和不溶性蟹殼幾丁質(zhì)，且二者為防御應(yīng)答所必需［29］。

除了幾丁質(zhì)， 植物PRRs 還能識(shí)別其他真菌源MAMPs 從而觸發(fā)免疫反應(yīng)。在擬南芥中，RBPG1（RESPONSIVENESS TO BOTRYTIS POLYGALACTURONASES 1， 屬于LRR?RLP） 能夠識(shí)別多種活性和非活性PGs，并通過(guò)與SOBIR1（SUPPRESSOR OF BIR1）互作激活免疫反應(yīng)［30-31］。在番茄（Lycopersicon esculentum）中，Eix1 和Eix2屬于LRR?RLP，二者均能結(jié)合EIX，但只有Eix2 能介導(dǎo)免疫反應(yīng)。Eix1 是Eix2 的誘餌受體，其需要與BAK1（BRI1?ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1）互作激活免疫反應(yīng)［32-33］。

2.2 PRRs與細(xì)菌源MAMPs的識(shí)別

細(xì)菌源MAMPs 包括鞭毛蛋白肽（flagellin peptide）、ax21、轉(zhuǎn)錄延伸因子（elongation factor Tu,EF?Tu）、肽聚糖（peptidoglycans, PGNs）、結(jié)瘤因子（nod factors）和脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）等［3］。細(xì)菌鞭毛蛋白肽有多種類型，例如丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）來(lái)源的N 端含22 個(gè)氨基酸殘基的flg22，大腸桿菌（Escherichia coli）來(lái)源的含有15 個(gè)氨基酸殘基的flg15 以及flgII?28［34-38］。擬南芥FLS2（FLAGELLIN?SENSITIVE 2）是植物中研究較為透徹的LRR?RLK 類PRR。蛋白結(jié)構(gòu)分析表明，F(xiàn)LS2 螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的保守位點(diǎn)和非保守位點(diǎn)分別識(shí)別flg22 的C?末端和N?末端片段并進(jìn)行結(jié)合，而共受體BAK1 除了與FLS2 直接結(jié)合，還通過(guò)識(shí)別FLS2 結(jié)合的flg22 的C 末端與FLS2 形成復(fù)合體，進(jìn)而激活下游免疫反應(yīng)［39］。在番茄中，F(xiàn)LS2 僅識(shí)別flg15，而FLS3 卻識(shí)別flgII?28［37-38］。這些結(jié)果表明植物對(duì)同一類型MAMPs 進(jìn)化出多個(gè)PRRs，有效地增強(qiáng)對(duì)同一病原物的識(shí)別和防御。有些細(xì)菌為了逃避宿主免疫受體的識(shí)別從而將鞭毛蛋白肽進(jìn)行了糖基化修飾，并高度聚集形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)避免鞭毛蛋白肽直接暴露。本氏煙草（Nicotiana benthamiana）能合成分泌型β-半乳糖苷酶BGAL1（β-galactosidase 1）并促進(jìn)糖基化鞭毛蛋白的水解和釋放，進(jìn)而激發(fā)免疫反應(yīng)［40-41］。

在鞭毛蛋白受體基因FLS2突變的植物中，flg22處理沒(méi)有引發(fā)免疫反應(yīng)，但用細(xì)菌粗提取物處理后植物依然具有免疫能力，表明細(xì)菌提取物中含有不同于鞭毛蛋白的MAMP。隨后的研究證明EF?Tu（elf18/elf26 epitope）就是此類MAMP。EF?Tu 在所有細(xì)菌中都是高度保守的，且在大腸桿菌中其N 端被乙酰化修飾。擬南芥能特異性地識(shí)別EF?Tu 的N端前18 個(gè)乙酰化氨基酸殘基組成的短肽elf18，并完全激活免疫反應(yīng)［42］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，LRR?RLK型蛋白ERF（EF?Tu receptor）是elf18 的受體［43］。同flg22 類似，elf18 也被包裹在EF?Tu 復(fù)雜的蛋白結(jié)構(gòu)中，但植物是如何使elf18 從復(fù)雜蛋白結(jié)構(gòu)中暴露出來(lái)進(jìn)行識(shí)別，有待進(jìn)一步研究［43］。

水稻受體激酶Xa21 是最早在植物中克隆的受體激酶之一，它能使水稻對(duì)引起白葉枯病的病原菌X. oryzaepvoryzae（Xoo）產(chǎn)生抗性。Xa21基因在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是1 個(gè)抗性基因，但現(xiàn)在被證明是一種LRR?RLK 型PRR，該受體的配體是由Xoo分泌的硫酸化肽ax21，能夠激活Xa21 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)［44］。

肽聚糖（PGNs）是植物中具有免疫刺激活性的細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，由交替的β-1,4 糖苷鍵連接的N?乙酰葡糖胺（GlcNAc）和N?乙酰胞壁酸（MurNAc）殘基組成。在擬南芥中，PGNs 起PAMP的作用，由LysM?RLP 型受體蛋白LYM1 和LYM3識(shí)別。LYM1 和LYM3 缺少胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，需要和CERK1 組成協(xié)同體系介導(dǎo)下游免疫反應(yīng)，但CERK1不能直接識(shí)別PGNs，而LYM1 和LYM3 也不能識(shí)別幾丁質(zhì)［45-48］。在水稻中，LYM3 的同源蛋白LYP4和LYP6 不僅可以識(shí)別PGNs，也可以識(shí)別幾丁質(zhì)［19］。這些結(jié)果說(shuō)明不同植物中PRRs 的功能有差異，且其擁有的免疫識(shí)別系統(tǒng)具有物種差異性。

此外，結(jié)瘤因子作為主要的根瘤信號(hào)分子，能夠促使豆類發(fā)育新的植物器官根瘤。在豆科植物百脈根（Lotus japonicus）中，擁有LysM 結(jié)構(gòu)域的受體蛋白NFR1（nod factor receptor 1）和NFR5 通過(guò)識(shí)別根瘤菌分泌的結(jié)瘤因子使豆科植物與根瘤菌互惠共生［49-52］。

脂多糖是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分，由脂質(zhì)A、核心寡糖和O?抗原組成。雖然人們?cè)缇椭繪PS 可以激活植物的免疫反應(yīng)，但目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)LPS 的受體。研究人員通過(guò)篩選對(duì)LPS 反應(yīng)有缺陷的擬南芥突變體發(fā)現(xiàn)，G 型凝集素RLK LORE（lipooligosaccharide?specific reduced elicitation）是LPS 引發(fā)免疫反應(yīng)的必須因子。然而，最近的一項(xiàng)研究表明，在植物免疫過(guò)程中LORE 識(shí)別的配體為中鏈3?羥基脂肪酸（medium?chain 3?hydroxy fatty acids, mc?3?OH?FAs），而不是LPS。游離3?OH?C10:0 對(duì)LORE 外結(jié)構(gòu)域具有結(jié)合親和力，表明它是LORE 的配體［53］。

2.3 PRRs與卵菌源MAMPs的識(shí)別

盡管當(dāng)前對(duì)破壞性卵菌病原，如馬鈴薯晚疫病病菌（Phytophthora infestans），進(jìn)行了深入的研究，但人們對(duì)植物中識(shí)別卵菌源MAMPs 受體的認(rèn)識(shí)依然有限。卵菌源MAMPs主要包括卵菌細(xì)胞壁成分β-1,3?和β-1,6?葡聚糖，葡聚糖-殼聚糖和纖維素結(jié)合激發(fā)子凝集素等。此外，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶GP42、疫霉菌絲體中的二十碳多烯酸和疫霉木葡聚糖特異性內(nèi)切葡聚糖酶XEG1，也被認(rèn)為是卵菌源MAMPs［3,54］。壞死和乙烯誘導(dǎo)肽（necrosis and ethylene?inducing peptide 1, Nep1）樣蛋白（Nep1?like proteins, NLPs）廣泛存在于卵菌、真菌和細(xì)菌中。大多數(shù)NLPs 在雙子葉植物中作為細(xì)胞毒素誘導(dǎo)壞死和乙烯（ethylene,ET）產(chǎn)生，其序列中相對(duì)保守的20-24 個(gè)氨基酸位點(diǎn)， 即nlp20 和nlp24， 為相應(yīng)的MAMPs［55-56］。nlp20 在十字花科植物中觸發(fā)非壞死的防御反應(yīng)。擬南芥中LRR?RLP 型受體 RLP23 為nlp20 受體，該受體與SOBIR1 和BAK1 形成受體復(fù)合體激活免疫反應(yīng)［57］。近期的相關(guān)研究報(bào)道了本氏煙草中LRR?RLP型受體RXEG1 的晶體結(jié)構(gòu)。該受體可識(shí)別來(lái)自大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）的XEG1。蛋白結(jié)構(gòu)分析顯示，XEG1 的特異識(shí)別主要由位于RXEG1 氨基端和羧基端環(huán)出區(qū)介導(dǎo)。這兩個(gè)環(huán)結(jié)合到XEG1 的活性位點(diǎn)凹槽上，抑制其酶活性，從而抑制煙草中疫霉菌感染。此外，XEG1 的結(jié)合促進(jìn)了RXEG1 與LRR 型共受體BAK1 的結(jié)合，從而引發(fā)RXEG1 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)［58］。

卵菌病原菌分泌的激發(fā)素可誘導(dǎo)煙草壞死和病原菌抗性。在野生馬鈴薯（wild potato）中，LRR?RLP85（ELR）能夠廣泛識(shí)別一系列卵菌源激發(fā)素，如P. infestans分泌的INF1，但ELR 與激發(fā)素的結(jié)合尚缺乏直接證據(jù)［59］。ELR 能夠與BAK1/SERK3 結(jié)合，從而在栽培馬鈴薯（cultivated potato）中激活對(duì)P. infestans的抗性。在本氏煙草中，BAK1/SERK3 和SOBIR1 都是激發(fā)素觸發(fā)細(xì)胞死亡所必需的，表明ELR?BAK1?SOBIR1 復(fù)合物在激發(fā)素感知和信號(hào)傳導(dǎo)中具有重要作用［60］。

2.4 PRRs與DAMPs的識(shí)別

DAMPs 是植物受到生物或非生物脅迫后產(chǎn)生損傷而產(chǎn)生的自身性分子模式。對(duì)DAMPs 的識(shí)別能夠增強(qiáng)MAMPs 觸發(fā)的免疫反應(yīng)，從而更加高效地實(shí)現(xiàn)植物對(duì)病原菌的防御［3,61］。高遷移率族蛋白（high?mobility group box protein, HMGB）對(duì)植物和動(dòng)物均具有免疫原性。在擬南芥中，HMGB3 在組織細(xì)胞受感染損傷時(shí)釋放，引發(fā)類PTI 反應(yīng)，但其相應(yīng)的受體仍然不明確［62-63］。細(xì)胞外ATP（eATP）也能觸發(fā)植物免疫反應(yīng)。在擬南芥中，L 型凝集素類受體激酶 DORN1/LecRK?I.9 識(shí)別在損傷或病原體攻擊時(shí)釋放的eATP 從而誘導(dǎo)類PTI 反應(yīng)［64-65］。寡聚半乳糖醛酸（oligogalacturonides, OGs）是植物細(xì)胞壁果膠片段，在植物受到真菌或昆蟲(chóng)啃食后經(jīng)植物多聚半乳糖醛酸水解而來(lái)。OGs 由與細(xì)胞壁緊密相連的受體WAK1（CELL WALL?ASSOCIATED KINASE 1）和WAKL（WAK?like）識(shí)別［66-69］。研究發(fā)現(xiàn)PEPRs 也參與了OG 的感知和下游信號(hào)的激活［70］。此外，角質(zhì)單體和纖維素衍生低聚物（如纖維二糖）也具有免疫原性，但其相應(yīng)的受體尚未確定［71］。

目前，幾種內(nèi)源性肽也被視為DAMPs，其在昆蟲(chóng)啃食或抵抗病原體過(guò)程中由前體加工產(chǎn)生或由損傷細(xì)胞釋放［71］。在番茄中，18 氨基酸肽系統(tǒng)素觸發(fā)茉莉酸依賴的免疫信號(hào)，使植物產(chǎn)生食草動(dòng)物抗性［72］。富羥基脯氨酸系統(tǒng)素（hydroxyproline?rich systemins, HypSys）是一種含18 個(gè)氨基酸的糖基化肽，也在茄科植物中介導(dǎo)了食草動(dòng)物的防御［73］。在擬南芥中，RLK7（receptor?like kinase 7）以依賴于BAK1 的方式識(shí)別PIP1 和PIP2 從而激活免疫防御［74］。RALF（RAPID ALKALINIZATION FACTOR）肽也是一種DAMP，包括免疫刺激和免疫抑制類型，能在PTI 信號(hào)傳導(dǎo)中調(diào)節(jié)不同的配體-受體復(fù)合物。FER（FERONIA）受體能夠識(shí)別RALF 肽［75］。

植物激發(fā)子肽（plant elicitor peptide, Peps）是植物中研究較為詳細(xì)的DAMPs。擬南芥中含有8 種不同的Peps（Pep1-Pep8）。Pep1-Pep8 的激發(fā)活性位點(diǎn)位于其前體蛋白PROPEP 的C 端，能夠被LRR?RLK 型受體PEPR1/PEPR2 識(shí)別，但需招募共受體蛋白BAK1 激活免疫反應(yīng)［76-79］。此外，玉米中含有5 種Peps。Pep1 調(diào)控玉米抗病原菌防御反應(yīng)，引起JA 和ET 的合成和防御標(biāo)記（如PR 蛋白和苯并惡嗪類植物抗菌素）的積累［80］。

3 PRRs 介導(dǎo)的PTI 下游信號(hào)

通過(guò)PRRs 對(duì)不同模式的感知，植物才能啟動(dòng)PTI。PTI 反應(yīng)的輸出由一些細(xì)胞的和生理的信號(hào)直接反映（圖2）。這些信號(hào)包括質(zhì)膜離子通量的變化，胞質(zhì)Ca2+濃度增加、胞外ROS 水平的增加、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase,MAPK）激活，以及后續(xù)的ET 和水楊酸（salicylic acid, SA）等植物激素產(chǎn)生、氣孔關(guān)閉、胼胝質(zhì)沉積、轉(zhuǎn)錄和代謝重編程等［71］。

圖2 植物PTI 調(diào)控機(jī)制概覽Fig. 2 An overview of pattern-triggered immunity（PTI）in plants

3.1 PTI中的質(zhì)膜離子通量變化

在識(shí)別MAMPs 后，胞內(nèi)Ca2+濃度短時(shí)間內(nèi)快速上升，為植物PTI 激活后的典型特征。對(duì)于不同MAMPs 的刺激，胞內(nèi)Ca2+濃度和持續(xù)時(shí)間均有所差異，從而調(diào)控不同的下游信號(hào)途徑［81-83］。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高依賴于Ca2+?ATPases 和Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的主動(dòng)運(yùn)輸以及Ca2+通道的被動(dòng)運(yùn)輸。Ca2+通道蛋白CNGC2（cyclic nucleotide gated channel 2）、CNGC4 和CNGC9 被證明分別參與了擬南芥和水稻中MAMPs 識(shí)別引起的胞質(zhì)Ca2+爆發(fā)。此外，CNGC19 通過(guò)依賴Pep 受體PEPR 的方式參與擬南芥的先天免疫反應(yīng)［84］。擬南芥中另一種Ca2+通道OSCA1.3 在免疫過(guò)程中控制氣孔關(guān)閉。在感知到MAMP 時(shí)，OSCA1.3 被BIK1 快速磷酸化［85］。Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)也需要能量依賴性Ca2+泵，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型Ca2+?ATPase（ECAs） 和自我抑制型Ca2+?ATPase（ACAs）。 在擬南芥中，ACA4、ACA8、ACA10、ACA11、ACA12 和ACA13 參與PTI 介導(dǎo)的胞內(nèi)Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)［86-88］。

除Ca2+的通量變化，H+內(nèi)流和K+、Cl-外流也是植物PTI 的早期反應(yīng)之一。這些反應(yīng)產(chǎn)生迅速，使植物細(xì)胞外堿化和細(xì)胞膜去極化［3,89-90］。H+?ATPases（AHAs）在靜息細(xì)胞中介導(dǎo)H+從細(xì)胞質(zhì)流出從而建立細(xì)胞膜電位，但模式誘導(dǎo)的AHA 失活允許H+沿電化學(xué)梯度流入胞內(nèi)，同時(shí)Cl-和K+外排，導(dǎo)致細(xì)胞外堿化［90-91］。在擬南芥中，當(dāng)PTI 發(fā)生時(shí)，AHA 的活性受特定位點(diǎn)的磷酸化和去磷酸化調(diào)控［92-93］。FER 對(duì)AHA 的磷酸化導(dǎo)致其失活從而造成細(xì)胞外堿化［92］。相反，PTI 中的AHA 激活能夠阻止細(xì)胞外堿化并使氣孔關(guān)閉［94-95］。

3.2 PTI中的ROS爆發(fā)

ROS 作為信號(hào)分子，其爆發(fā)是植物PTI 相應(yīng)的重要標(biāo)志［3］。模式誘導(dǎo)的胞外ROS 的產(chǎn)生需要細(xì)胞膜定位的NADPH 氧化酶RBOHD（respiratory burst oxidase homolog）和過(guò)氧化物酶PRX33（peroxidase 33） 及PRX34［96-99］。PRX33 和PRX34 受細(xì)胞分裂素受體ARR2 的調(diào)控, 促進(jìn)SA 或MAMP 介導(dǎo)的ROS 爆發(fā)［100］。RBOHD 一方面受到Ca2+依賴蛋白（Ca2+?dependent protein kinases, CDPKs）CPK5、CPK6、CPK11 和CPK4 的磷酸化修飾而激活，另一方面，也能由BIK1（botrytis?induced kinase 1）的磷酸化修飾而激活，且兩種激活方式在RBOHD 上的作用位點(diǎn)不同。BIK1 不僅能夠促使胞質(zhì)Ca2+爆發(fā)，也能促進(jìn)RBOHD 與G 蛋白三聚體XLG2?AGB1?AGG1/AGG2 互作，從而確保RBOHD 激活。G 蛋白三聚體XLG2?AGB1?AGG1/AGG2 能夠介導(dǎo)BIK1的穩(wěn)定和積累［101-105］。這些發(fā)現(xiàn)表明Ca2+、ROS 和BIK1 之間存在一個(gè)正反饋的信號(hào)放大機(jī)制，從而增強(qiáng)PTI［3］。值得注意的是，CPK28 通過(guò)磷酸化BIK1導(dǎo)致其蛋白降解，且有研究發(fā)現(xiàn)PBL13（AvrPphB SUSCEPTIBLE1?LIKE 13）通過(guò)與RBOHD 的互作來(lái)負(fù)調(diào)控ROS 的積累，表明在PTI 中ROS 的水平受到精細(xì)調(diào)控［106-107］。在水稻中，磷酸化的RacGEF1（Rac GDP/GTP exchange factor 1）激活并與Rac1 共同發(fā)揮作用，通過(guò)與RBOHB 的直接互作誘導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生，從而介導(dǎo)真菌的抗性［108-111］。

3.3 PTI中的MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

MAPK 級(jí)聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是PTI 響應(yīng)的早期反應(yīng)之一。植物通過(guò)MAPK 信號(hào)途徑中一系列順序磷酸化，將受體或受體復(fù)合體的磷酸化信號(hào)傳遞至特定底物，從而調(diào)控特定抗性基因表達(dá)，使植物獲得免疫抗性［3］。在擬南芥中，幾丁質(zhì)誘導(dǎo)CERK1 磷酸化PBL27，進(jìn)而PBL27 磷酸化MAPKKK5，由此表明，LYK5/LYK4?CERK1 幾丁質(zhì)受體復(fù)合物，與由MAPKKK5?MKK4/MKK5?MPK3/MPK6 組 成 的MAPK 級(jí)聯(lián)存在直接聯(lián)系［112-113］。目前研究認(rèn)為，擬南芥中主要存在MEKK3/MEKK5?MKK4/MKK5?MPK3/MPK6 和MEKK1?MKK1/MKK2?MPK4 兩條信號(hào)途徑［3］。MPK3/MPK6 磷酸化的1? 氨基環(huán)丙烷?1?羧酸合成酶2（ACS2）和ACS6 促進(jìn)了植物對(duì)flg22 應(yīng)答時(shí)ET 的合成［114］。MPK3/MPK6 在PTI中也能磷酸化一些諸如BES1（BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1?ETHYL METHANESULFONATE?SUPPRESSOR 1）、ERF104（ethylene response factor 104）、WRKY33、VIP1（VirE2?INTERACTING PROTEIN1）轉(zhuǎn)錄因子和VQ 蛋白（VQ?motif?containing proteins, VQPs）［115-120］。 細(xì)胞周期蛋白依賴性激 酶Cs（cyclin?dependent kinase Cs, CDKCs） 的MPK3/MPK6 磷酸化，以及隨后CDKC 對(duì)RNA 聚合酶IIc 末端結(jié)構(gòu)域的磷酸化，直接介導(dǎo)了防御相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄激活［121］。MPK3/MPK6 和MPK4 通過(guò)磷酸化mRNA 結(jié)合蛋白TZF9 和PAT1 來(lái)調(diào)控細(xì)胞質(zhì)加工體中mRNA 的質(zhì)量［122-123］。MPK3 對(duì)PTI 負(fù)調(diào)控因子PUB22（plant U?box（PUB）type E3 ligase 22）的磷酸化抑制了PUB22 自泛素化和降解［124］。flg22 誘導(dǎo)的MPK4 磷酸化轉(zhuǎn)錄抑制因子ASR 導(dǎo)致防御相關(guān)基因的抑制［125］。MAPKKK5 功能喪失導(dǎo)致MPK3/MPK6 在CERK1?PBL27 磷酸化傳遞（phospho?relay）中的激活，增強(qiáng)了flg22 誘導(dǎo)的MPK3/MPK6激活［113］。MAPKKK7 能夠與FLS2 結(jié)合，并通過(guò)未知途徑減弱flg22 誘導(dǎo)的防御［126］。此外，銅綠假單胞菌和綠膿桿菌分泌蛋白酶PrpL 和ArgC，分別誘導(dǎo)MAPK 以不同的模式激活［127］。進(jìn)一步的研究表 明，RLCK185?MAPKKK18/24?MKK4?MPK3/6 和RacGEF1?Rac1 是水稻中的兩條介導(dǎo)CERK1 依賴的幾丁質(zhì)信號(hào)［70,126-127］。

4 PRRs 在植物抗鹽脅迫中的作用

不同的非生物脅迫通常引起植物細(xì)胞膜和不同亞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性、完整性和功能的改變，從而產(chǎn)生DAMPs。盡管精確的感知機(jī)制仍然不明確，但脅迫信號(hào)通常能夠引起與PTI 類似反應(yīng)，從而使植物減輕非生物脅迫的破壞性影響［2］。

鹽脅迫是植物生長(zhǎng)發(fā)育面臨的重大挑戰(zhàn)之一。在高鹽度條件下，植物細(xì)胞壁往往發(fā)生軟化和重塑，其完整結(jié)構(gòu)遭到破壞［2］。RLKs 能夠感受細(xì)胞壁的完整性，并在細(xì)胞壁遭到破壞時(shí)引發(fā)類PTI 防御［128］。類受體激酶THE1（THESEUS1）能夠和MIK2/LRR?KISS 及FEI2 互作對(duì)擬南芥根的生長(zhǎng)和耐鹽性進(jìn)行調(diào)控［129-130］。FER 能夠抑制ABA 信號(hào)和鹽脅迫下對(duì)離子毒性的耐受性［131］。此外，F(xiàn)ER 在鹽脅迫誘導(dǎo)的細(xì)胞壁軟化恢復(fù)中也發(fā)揮重要作用［2］。

鹽脅迫誘導(dǎo)的損傷傳感和信號(hào)傳導(dǎo)涉及Pep?PEPR 通路。Peps 是前體蛋白PROPEP 的一部分，被認(rèn)為是一種損傷信號(hào)，能夠結(jié)合并激活胞外Pep受體蛋白PEPRs，從而激活類PTI。PROPEP 在受到生物和非生物脅迫后釋放到細(xì)胞外，從而被PEPR1/PEPR2 識(shí)別并結(jié)合［2,132］。在擬南芥中，過(guò)表達(dá)鹽脅迫響應(yīng)基因PROPEP3及Pep3 處理都可以引發(fā)擬南芥對(duì)鹽脅迫的抗性，且二者都是通過(guò)受體蛋白PEPR1 發(fā)揮作用［133］。進(jìn)一步的研究表明，過(guò)表達(dá)PEPR1和PEPR2的植株對(duì)鹽脅迫的耐受性增強(qiáng)，表明在沒(méi)有外源Pep 處理的情況下，內(nèi)源性PEPR途徑也能參與調(diào)控植物對(duì)鹽脅迫的耐受性［134］。

幾丁質(zhì)受體CERK1 的表達(dá)受到鹽脅迫誘導(dǎo)。cerk1突變體的耐鹽性降低，其比野生型更容易受到NaCl 的影響。在NaCl 處理后，cerk1突變體的胞質(zhì)Ca2+濃度增加，且CERK1 能夠與Ca2+通道蛋白ANN1（ANNEXIN 1）相互作用，共同介導(dǎo)NaCl 誘導(dǎo)的Ca2+依賴的胞內(nèi)信號(hào)。該結(jié)果表明，CERK1 可能參與鹽脅迫損傷感知和信號(hào)傳導(dǎo)［135］。

5 PRR 受體鑒定進(jìn)展

上述各個(gè)發(fā)現(xiàn)較早的PRR 受體的功能，經(jīng)過(guò)大量研究均取得了較大進(jìn)展（表1）。研究人員在新的PRR 受體鑒定方面一直進(jìn)行著不懈的努力。近年來(lái)，植物中新的PRR 受體的鑒定研究也取得了一些進(jìn)展。

表1 植物模式識(shí)別受體Table 1 Plant pattern recognition receptors

植物PRRs 包括許多RLPs，但許多RLPs 的功能依然不明確。近期研究發(fā)現(xiàn)擬南芥RLP 蛋白R(shí)LP53 與PTI 有關(guān)。rlp53突變體對(duì)致病菌（包括真菌、卵菌和細(xì)菌）的易感性增強(qiáng)。RLP53 組成性地與SOBIR1 結(jié)合，并以病原體誘導(dǎo)的方式與共受體BAK1 相互作用。此外，糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定蛋白LLG1（LORELEI?LIKE GPI?ANCHORED PROTEIN1）與RLP53 相互作用，并介導(dǎo)RLP53 在質(zhì)膜中的積累［136］。

在番茄中，MRK1（multiple resistance?associated kinase 1）編碼一種新的LRR?RLK 型受體蛋白，其表達(dá)受溫度脅迫和病原體攻擊顯著誘導(dǎo)。敲除MRK1降低了植株對(duì)冷脅迫和熱脅迫的耐受性，并導(dǎo)致CBF1（C?repeat binding factor 1）和HsfA1a（heat shock transcription factor a?1a）的表達(dá)抑制［137］。

6 總結(jié)與展望

綜合上述研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，研究者們?cè)贛AMPs/DAMPs 的細(xì)胞外受體識(shí)別和相應(yīng)的免疫信號(hào)調(diào)節(jié)過(guò)程，以及PRRs 具體功能方面均取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。同時(shí)可以明確的是，一系列具有不同特征和功能的PRRs 及共受體在特異性的免疫識(shí)別中不可或缺，而且在脅迫損傷引起的PTI 中也發(fā)揮極為重要的作用。相比各種病原菌引發(fā)的PTI 機(jī)制研究，對(duì)植物如何適應(yīng)有益或共生微生物，同時(shí)保持對(duì)致病微生物免疫力的機(jī)制仍然知之甚少。未來(lái)，應(yīng)在植物識(shí)別有益和共生微生物并如何共存方面進(jìn)行大力研究。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步明確PTI 信號(hào)途徑的核心調(diào)控因子的作用，闡明不同PRRs 介導(dǎo)的PTI的共性環(huán)節(jié)和差異性環(huán)節(jié)。有些PRRs 在植物中以多成員的家族形式出現(xiàn)，從數(shù)量上看，存在一定的冗余性。但目前僅對(duì)個(gè)別成員進(jìn)行了研究，其他成員的具體功能及是否存在功能上的冗余有待進(jìn)一步研究。目前，組學(xué)研究技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，未來(lái)應(yīng)充分利用組學(xué)分析獲得植物更多的PRRs 受體信息并進(jìn)行鑒定，同時(shí)也要對(duì)免疫反應(yīng)發(fā)生時(shí)胞內(nèi)基因簇的變化進(jìn)行探究，進(jìn)一步豐富PTI 下游信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。迄今，植物受體識(shí)別的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究不是十分透徹，其相應(yīng)的結(jié)合機(jī)制有待進(jìn)一步研究。未來(lái)可借助結(jié)構(gòu)生物學(xué)手段，進(jìn)一步解析受體及配體的結(jié)構(gòu)，明確受體識(shí)別的生物學(xué)機(jī)制。此外，面對(duì)日益惡化的生存環(huán)境，由脅迫引起的植物免疫應(yīng)答機(jī)制也應(yīng)該進(jìn)行充分研究，這對(duì)深入理解植物適應(yīng)環(huán)境并與環(huán)境因子互作的機(jī)制有重要意義。因此，未來(lái)應(yīng)更加注重PRR 受體在抗病農(nóng)作物種植資源創(chuàng)制方面的實(shí)際應(yīng)用，借助基因工程手段進(jìn)行抗病、抗逆相關(guān)品種的創(chuàng)制和選育，這對(duì)于植物適應(yīng)環(huán)境和人類解決食物來(lái)源問(wèn)題具有重大意義。