植物PRR 免疫受體功能研究進展

葉紅 王玉昆

（廣東省粵北食藥資源利用與保護重點實驗室 韶關學院生物與農業學院，韶關 512005）

植物在長期的生存過程中一直在與來自環境中的各種不利因素進行斗爭，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，其可在全球范圍內造成極其嚴重的經濟、社會和生態后果［1］。感染植物的病原體是多種多樣的，包括細菌、真菌、卵菌、線蟲和食草動物等［2］。但目前地球上的植物依然呈現出欣欣向榮的景象，這主要得益于植物擁有一套非常復雜的免疫系統。植物免疫系統在與病原體的長期斗爭中得到協同進化，最終達到并維持在一個相對穩定的狀態，保護植物抵御絕大多數的病害侵襲［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/病原體相關分子模式（microbe/pathogen?associated molecular patterns, M/PAMP）觸發免疫反應（PAMP?triggered immunity, PTI），效應子觸發敏感性（effector?triggered susceptibility, ETS）和效應子觸發免疫（effector?triggered immunity, ETI）組成的四步免疫應答機制。該模型涵蓋了植物不同的免疫系統并闡明了PTI 和ETI 如何在功能和進化上與效應子產生作用。

存在于細胞表面和細胞內的各類免疫受體是植物感知病原體侵染時釋放的各種信號的結構基礎。模式識別受體（pattern recognition receptors, PRRs）定位于細胞表面，屬于植物第一層免疫防御體系。核苷酸結合域和富亮氨酸重復序列受體（nucleotide?binding domain and leucine?rich repeat containing receptors, NLRs）存在于細胞內，屬于植物第二層免疫防御體系。PRRs 可感知MAMP、PAMP 和宿主產生的損傷相關分子模式（damage?associated molecular patterns, DAMP）。當感知到處于質外體（apoplasm）的分子模式時，PRRs 則激活PTI。研究表明，PRR信號參與了細胞質Ca2+和質外體活性氧（reactive oxygen species, ROS）爆發、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）級聯反應、防御激素網絡以及廣泛的轉錄、翻譯和代謝重編程等免疫反應［2,5］。

病原體進化出多種機制來抑制或者逃避PTI。通過分泌效應蛋白（effectors），這些效應蛋白可以直接或間接地操縱、攻擊PTI 信號途徑的關鍵組分，從而增強效應蛋白激活的感病性（ETS）［5］。相應地，植物進化出了NLRs 介導的胞內防御體系，通過感知侵入胞內的效應物，啟動具有特異性的免疫反應ETI，從而將效應蛋白引起的病害扼殺［6］。依據上述的“Zigzag”理論模型，PRRs 與NLRs 具有明顯的聯系，二者介導的免疫反應信號通路有相互重疊的部分但又具有一定的區別［2］。關于NLRs 介導的免疫反應機制已有較好的總結［7-8］，此處不再贅述。本文以PRRs 介導的免疫反應為重點，結合近年來人們在PRR 功能研究方面取得的研究成果，對PRR及其參與調控植物對生物和非生物免疫應答機制進行綜述。

1 PRRs 類型及特征

PRRs 是植物先天性免疫防線的受體。由先天性免疫產生的基礎抗性是植物抵御大多數病原體侵襲的根本原因。絕大多數PRRs 定位于植物細胞膜上，是一類由宿主編碼的蛋白質［9］。目前普遍認為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）。多數植物的PRRs 屬于RLKs。RLK 蛋白含有一個胞外結構域，作為MAMP或DAMP 的結合位點，其次含有一個單跨膜結構域和一個細胞質蛋白激酶結構域，能在細胞內信號轉導中起作用［12］。許多RLKs 能夠響應生物脅迫，也有些被證明對植物發育是不可缺少的［2］。RLP 蛋白結構與RLK 相似但有一定區別。RLP 蛋白缺少細胞質激酶結構域，取而代之的是一個很短的細胞質結構域，且不具備信號傳導能力，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［13］。

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

RLKs 和RLPs 通過胞外結構域與配體結合并將信號傳遞到細胞內。PRRs 攜帶多種類型的胞外結構域，如富含亮氨酸重復序列（leucine?rich repeats,LRRs）、凝集素（lectins）和lysin?motifs（LysMs）［14］。通過對350 種植物的PRRs 數量進行研究發現，PRRs 的分布具有一定的物種特異性，其數量在不同物種中有明顯差異，其中包含LRR 結構域的LRR?RLKs 和LRR?RLPs 是植物中最大的RLK 和RLP 基因家族。LRR?RLKs 可進一步分為20 個亞組，每個亞組參與不同的生物學過程［15］。LRR?RLPs 基因家族成員數量在不同植物中也存在明顯差異。

2 PRRs 與MAMPs 的識別

作為細胞表面受體，PRRs 能夠識別來源于真菌、細菌、卵菌、寄生植物和食草動物的分子模式，也有一些PRRs 可以識別自身的一些分子，如DAMPs和植物內源性肽［3］。多數PRRs 與其共受體結合激活下游免疫反應，也有一些PRRs 不直接參與識別，而是作為共受體和免疫信號的負調節子發揮作用［2］。得益于結構生物學技術，植物中一些受體和MAMPs的結構得到精確解析，相關的結果推動了植物免疫受體與配體結合機制的研究。

2.1 PRRs與真菌源MAMPs的識別

目前，真菌源MAMPs 主要有幾丁質（chitin）、乙烯誘導木聚糖酶（ethylene?inducing xylanase, EIX）、內多聚半乳糖醛酸酶（endopolygalacturonases, PGs）等［3］。幾丁質是真菌細胞壁主要組成成分，為真菌所特有，其由N?乙酰基葡萄糖聚合而成。幾丁質及其片段（幾丁質低聚糖或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引發各種防御反應，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制［16］。多年來，人們一直在努力鑒定不同植物的膜組分中幾丁質低聚物的高親和力結合位點。第一個幾丁質結合蛋白CEBiP（chitin elicitor?binding protein）從水稻（Oryza sativa）懸浮細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）中被發現與幾丁質誘導的免疫反應有關。CERK1 被認為是主要的幾丁質受體，它由具有三串聯LsyM 的細胞外結構域、跨膜結構域、近膜結構域和細胞內絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域組成，其突變體不發生幾丁質誘發的PTI 反應［18］。晶體結構研究表明幾丁質低聚物（1,4?b?glcnac 的聚合物）能與CERK1 二聚體的LysM結構域結合。在幾丁質低聚物中，四聚體和五聚體直接以高親和度結合LysM 結構域，但卻很少或沒有激活免疫反應，而七聚體和八聚體雖表現出最高的免疫活性，但與CERK1 的親和力較低。高聚幾丁質可以同時結合兩個或多個CERK1 分子，而CERK1分子的聚集誘導其胞質激酶結構域的轉磷酸化，進而導致下游級聯信號激活［16,19］。

CERK1 與高聚幾丁質的親和力較低，含有LysM 結構域的受體LYK5（lysin motif receptor kinase 5）與高聚幾丁質的親和力要高得多。幾丁質與LYK5 的結合對于LYK5 和CERK1 的異二聚化是必不可少的，是啟動幾丁質觸發的免疫反應所必需的，說明LYK5 是擬南芥的主要幾丁質受體［20-21］。LYK4是另一種參與幾丁質信號傳導的LysM?RLK，它也與LYK5 和CERK1 相互作用，并且對幾丁質低聚物具有一定的結合親和力［21-22］。LYK5 和AtLYK4 的胞內激酶結構域均無活性，因此，二者需要與CERK1結合并利用CERK1 的胞內激酶活性來進行幾丁質信號轉導。這些結果說明，CERK1 是幾丁質信號轉導的共受體，而不是直接受體［16］。葡萄糖的乙酰化修飾影響幾丁質激發子的活性。殼聚糖是完全去乙酰化的幾丁質，在植物中引起相當弱的防御反應，而活性乙酰化殼聚糖低聚物需要聚合4-6 個N ?乙酰氨基葡萄糖［23-24］。許多真菌病原體在進入宿主時，通過幾丁質去乙酰化來逃避宿主免疫系統的感知。去乙酰化的幾丁質可能與CERK1 具有一定的結合親和力，因為去乙酰化幾丁質處理能夠阻礙細胞中CERK1?LYK5 受體復合體對殼寡聚物的識別［25］。

水稻CERK1 能夠識別幾丁質，但不能結合幾丁質，而細胞膜糖蛋白CEBiP 能夠以高親和力結合幾丁質［17,26］。CEBiP 是植物中第一個被發現的幾丁質受體，其結構中含有3 個串聯LysM 結構域和一個短的跨膜結構域，但缺少發揮信號轉導的胞內結構域［17,27］。大量研究表明，在識別和結合幾丁質后，CEBiP 二聚體招募CERK1 形成免疫復合體，進一步導致CERK1 同二聚化，隨后CERK1 被磷酸化并激活免疫反應［27-28］。此外，另外兩個含有LysM 結構域的RLPs，即LYP4（lysin motif?containing protein 4）和LYP6，能夠以中等親和力結合可溶性幾丁質和不溶性蟹殼幾丁質，且二者為防御應答所必需［29］。

除了幾丁質， 植物PRRs 還能識別其他真菌源MAMPs 從而觸發免疫反應。在擬南芥中，RBPG1（RESPONSIVENESS TO BOTRYTIS POLYGALACTURONASES 1， 屬于LRR?RLP） 能夠識別多種活性和非活性PGs，并通過與SOBIR1（SUPPRESSOR OF BIR1）互作激活免疫反應［30-31］。在番茄（Lycopersicon esculentum）中，Eix1 和Eix2屬于LRR?RLP，二者均能結合EIX，但只有Eix2 能介導免疫反應。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［32-33］。

2.2 PRRs與細菌源MAMPs的識別

細菌源MAMPs 包括鞭毛蛋白肽（flagellin peptide）、ax21、轉錄延伸因子（elongation factor Tu,EF?Tu）、肽聚糖（peptidoglycans, PGNs）、結瘤因子（nod factors）和脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）等［3］。細菌鞭毛蛋白肽有多種類型，例如丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）來源的N 端含22 個氨基酸殘基的flg22，大腸桿菌（Escherichia coli）來源的含有15 個氨基酸殘基的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。蛋白結構分析表明，FLS2 螺旋結構內表面的保守位點和非保守位點分別識別flg22 的C?末端和N?末端片段并進行結合，而共受體BAK1 除了與FLS2 直接結合，還通過識別FLS2 結合的flg22 的C 末端與FLS2 形成復合體，進而激活下游免疫反應［39］。在番茄中，FLS2 僅識別flg15，而FLS3 卻識別flgII?28［37-38］。這些結果表明植物對同一類型MAMPs 進化出多個PRRs，有效地增強對同一病原物的識別和防御。有些細菌為了逃避宿主免疫受體的識別從而將鞭毛蛋白肽進行了糖基化修飾，并高度聚集形成復雜的結構來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）并促進糖基化鞭毛蛋白的水解和釋放，進而激發免疫反應［40-41］。

在鞭毛蛋白受體基因FLS2突變的植物中，flg22處理沒有引發免疫反應，但用細菌粗提取物處理后植物依然具有免疫能力，表明細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別EF?Tu 的N端前18 個乙酰化氨基酸殘基組成的短肽elf18，并完全激活免疫反應［42］。進一步研究發現，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 復雜的蛋白結構中，但植物是如何使elf18 從復雜蛋白結構中暴露出來進行識別，有待進一步研究［43］。

水稻受體激酶Xa21 是最早在植物中克隆的受體激酶之一，它能使水稻對引起白葉枯病的病原菌X. oryzaepvoryzae（Xoo）產生抗性。Xa21基因在很長一段時間內被認為是1 個抗性基因，但現在被證明是一種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 介導的免疫反應［44］。

肽聚糖（PGNs）是植物中具有免疫刺激活性的細菌細胞壁的主要成分，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識別。LYM1 和LYM3 缺少胞內結構域，需要和CERK1 組成協同體系介導下游免疫反應，但CERK1不能直接識別PGNs，而LYM1 和LYM3 也不能識別幾丁質［45-48］。在水稻中，LYM3 的同源蛋白LYP4和LYP6 不僅可以識別PGNs，也可以識別幾丁質［19］。這些結果說明不同植物中PRRs 的功能有差異，且其擁有的免疫識別系統具有物種差異性。

此外，結瘤因子作為主要的根瘤信號分子，能夠促使豆類發育新的植物器官根瘤。在豆科植物百脈根（Lotus japonicus）中，擁有LysM 結構域的受體蛋白NFR1（nod factor receptor 1）和NFR5 通過識別根瘤菌分泌的結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胞壁的主要成分，由脂質A、核心寡糖和O?抗原組成。雖然人們早就知道LPS 可以激活植物的免疫反應，但目前還沒有發現LPS 的受體。研究人員通過篩選對LPS 反應有缺陷的擬南芥突變體發現，G 型凝集素RLK LORE（lipooligosaccharide?specific reduced elicitation）是LPS 引發免疫反應的必須因子。然而，最近的一項研究表明，在植物免疫過程中LORE 識別的配體為中鏈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LORE 外結構域具有結合親和力，表明它是LORE 的配體［53］。

2.3 PRRs與卵菌源MAMPs的識別

盡管當前對破壞性卵菌病原，如馬鈴薯晚疫病病菌（Phytophthora infestans），進行了深入的研究，但人們對植物中識別卵菌源MAMPs 受體的認識依然有限。卵菌源MAMPs主要包括卵菌細胞壁成分β-1,3?和β-1,6?葡聚糖，葡聚糖-殼聚糖和纖維素結合激發子凝集素等。此外，轉谷氨酰胺酶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切葡聚糖酶XEG1，也被認為是卵菌源MAMPs［3,54］。壞死和乙烯誘導肽（necrosis and ethylene?inducing peptide 1, Nep1）樣蛋白（Nep1?like proteins, NLPs）廣泛存在于卵菌、真菌和細菌中。大多數NLPs 在雙子葉植物中作為細胞毒素誘導壞死和乙烯（ethylene,ET）產生，其序列中相對保守的20-24 個氨基酸位點， 即nlp20 和nlp24， 為相應的MAMPs［55-56］。nlp20 在十字花科植物中觸發非壞死的防御反應。擬南芥中LRR?RLP 型受體 RLP23 為nlp20 受體，該受體與SOBIR1 和BAK1 形成受體復合體激活免疫反應［57］。近期的相關研究報道了本氏煙草中LRR?RLP型受體RXEG1 的晶體結構。該受體可識別來自大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）的XEG1。蛋白結構分析顯示，XEG1 的特異識別主要由位于RXEG1 氨基端和羧基端環出區介導。這兩個環結合到XEG1 的活性位點凹槽上，抑制其酶活性，從而抑制煙草中疫霉菌感染。此外，XEG1 的結合促進了RXEG1 與LRR 型共受體BAK1 的結合，從而引發RXEG1 介導的免疫反應［58］。

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

2.4 PRRs與DAMPs的識別

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

目前，幾種內源性肽也被視為DAMPs，其在昆蟲啃食或抵抗病原體過程中由前體加工產生或由損傷細胞釋放［71］。在番茄中，18 氨基酸肽系統素觸發茉莉酸依賴的免疫信號，使植物產生食草動物抗性［72］。富羥基脯氨酸系統素（hydroxyproline?rich systemins, HypSys）是一種含18 個氨基酸的糖基化肽，也在茄科植物中介導了食草動物的防御［73］。在擬南芥中，RLK7（receptor?like kinase 7）以依賴于BAK1 的方式識別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 信號傳導中調節不同的配體-受體復合物。FER（FERONIA）受體能夠識別RALF 肽［75］。

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

3 PRRs 介導的PTI 下游信號

通過PRRs 對不同模式的感知，植物才能啟動PTI。PTI 反應的輸出由一些細胞的和生理的信號直接反映（圖2）。這些信號包括質膜離子通量的變化，胞質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，以及后續的ET 和水楊酸（salicylic acid, SA）等植物激素產生、氣孔關閉、胼胝質沉積、轉錄和代謝重編程等［71］。

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

3.1 PTI中的質膜離子通量變化

在識別MAMPs 后，胞內Ca2+濃度短時間內快速上升，為植物PTI 激活后的典型特征。對于不同MAMPs 的刺激，胞內Ca2+濃度和持續時間均有所差異，從而調控不同的下游信號途徑［81-83］。細胞內Ca2+濃度升高依賴于Ca2+?ATPases 和Ca2+轉運蛋白的主動運輸以及Ca2+通道的被動運輸。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 識別引起的胞質Ca2+爆發。此外，CNGC19 通過依賴Pep 受體PEPR 的方式參與擬南芥的先天免疫反應［84］。擬南芥中另一種Ca2+通道OSCA1.3 在免疫過程中控制氣孔關閉。在感知到MAMP 時，OSCA1.3 被BIK1 快速磷酸化［85］。Ca2+轉運也需要能量依賴性Ca2+泵，如內質網型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 介導的胞內Ca2+的轉運［86-88］。

除Ca2+的通量變化，H+內流和K+、Cl-外流也是植物PTI 的早期反應之一。這些反應產生迅速，使植物細胞外堿化和細胞膜去極化［3,89-90］。H+?ATPases（AHAs）在靜息細胞中介導H+從細胞質流出從而建立細胞膜電位，但模式誘導的AHA 失活允許H+沿電化學梯度流入胞內，同時Cl-和K+外排，導致細胞外堿化［90-91］。在擬南芥中，當PTI 發生時，AHA 的活性受特定位點的磷酸化和去磷酸化調控［92-93］。FER 對AHA 的磷酸化導致其失活從而造成細胞外堿化［92］。相反，PTI 中的AHA 激活能夠阻止細胞外堿化并使氣孔關閉［94-95］。

3.2 PTI中的ROS爆發

ROS 作為信號分子，其爆發是植物PTI 相應的重要標志［3］。模式誘導的胞外ROS 的產生需要細胞膜定位的NADPH 氧化酶RBOHD（respiratory burst oxidase homolog）和過氧化物酶PRX33（peroxidase 33） 及PRX34［96-99］。PRX33 和PRX34 受細胞分裂素受體ARR2 的調控, 促進SA 或MAMP 介導的ROS 爆發［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 上的作用位點不同。BIK1 不僅能夠促使胞質Ca2+爆發，也能促進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BIK1的穩定和積累［101-105］。這些發現表明Ca2+、ROS 和BIK1 之間存在一個正反饋的信號放大機制，從而增強PTI［3］。值得注意的是，CPK28 通過磷酸化BIK1導致其蛋白降解，且有研究發現PBL13（AvrPphB SUSCEPTIBLE1?LIKE 13）通過與RBOHD 的互作來負調控ROS 的積累，表明在PTI 中ROS 的水平受到精細調控［106-107］。在水稻中，磷酸化的RacGEF1（Rac GDP/GTP exchange factor 1）激活并與Rac1 共同發揮作用，通過與RBOHB 的直接互作誘導ROS 的產生，從而介導真菌的抗性［108-111］。

3.3 PTI中的MAPK信號轉導

MAPK 級聯信號轉導是PTI 響應的早期反應之一。植物通過MAPK 信號途徑中一系列順序磷酸化，將受體或受體復合體的磷酸化信號傳遞至特定底物，從而調控特定抗性基因表達，使植物獲得免疫抗性［3］。在擬南芥中，幾丁質誘導CERK1 磷酸化PBL27，進而PBL27 磷酸化MAPKKK5，由此表明，LYK5/LYK4?CERK1 幾丁質受體復合物，與由MAPKKK5?MKK4/MKK5?MPK3/MPK6 組 成 的MAPK 級聯存在直接聯系［112-113］。目前研究認為，擬南芥中主要存在MEKK3/MEKK5?MKK4/MKK5?MPK3/MPK6 和MEKK1?MKK1/MKK2?MPK4 兩條信號途徑［3］。MPK3/MPK6 磷酸化的1? 氨基環丙烷?1?羧酸合成酶2（ACS2）和ACS6 促進了植物對flg22 應答時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）轉錄因子和VQ 蛋白（VQ?motif?containing proteins, VQPs）［115-120］。 細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RNA 聚合酶IIc 末端結構域的磷酸化，直接介導了防御相關基因的轉錄激活［121］。MPK3/MPK6 和MPK4 通過磷酸化mRNA 結合蛋白TZF9 和PAT1 來調控細胞質加工體中mRNA 的質量［122-123］。MPK3 對PTI 負調控因子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 誘導的MPK4 磷酸化轉錄抑制因子ASR 導致防御相關基因的抑制［125］。MAPKKK5 功能喪失導致MPK3/MPK6 在CERK1?PBL27 磷酸化傳遞（phospho?relay）中的激活，增強了flg22 誘導的MPK3/MPK6激活［113］。MAPKKK7 能夠與FLS2 結合，并通過未知途徑減弱flg22 誘導的防御［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MAPK 以不同的模式激活［127］。進一步的研究表 明，RLCK185?MAPKKK18/24?MKK4?MPK3/6 和RacGEF1?Rac1 是水稻中的兩條介導CERK1 依賴的幾丁質信號［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胞膜和不同亞細胞膜結構的流動性、完整性和功能的改變，從而產生DAMPs。盡管精確的感知機制仍然不明確，但脅迫信號通常能夠引起與PTI 類似反應，從而使植物減輕非生物脅迫的破壞性影響［2］。

鹽脅迫是植物生長發育面臨的重大挑戰之一。在高鹽度條件下，植物細胞壁往往發生軟化和重塑，其完整結構遭到破壞［2］。RLKs 能夠感受細胞壁的完整性，并在細胞壁遭到破壞時引發類PTI 防御［128］。類受體激酶THE1（THESEUS1）能夠和MIK2/LRR?KISS 及FEI2 互作對擬南芥根的生長和耐鹽性進行調控［129-130］。FER 能夠抑制ABA 信號和鹽脅迫下對離子毒性的耐受性［131］。此外，FER 在鹽脅迫誘導的細胞壁軟化恢復中也發揮重要作用［2］。

鹽脅迫誘導的損傷傳感和信號傳導涉及Pep?PEPR 通路。Peps 是前體蛋白PROPEP 的一部分，被認為是一種損傷信號，能夠結合并激活胞外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胞外，從而被PEPR1/PEPR2 識別并結合［2,132］。在擬南芥中，過表達鹽脅迫響應基因PROPEP3及Pep3 處理都可以引發擬南芥對鹽脅迫的抗性，且二者都是通過受體蛋白PEPR1 發揮作用［133］。進一步的研究表明，過表達PEPR1和PEPR2的植株對鹽脅迫的耐受性增強，表明在沒有外源Pep 處理的情況下，內源性PEPR途徑也能參與調控植物對鹽脅迫的耐受性［134］。

幾丁質受體CERK1 的表達受到鹽脅迫誘導。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NaCl 誘導的Ca2+依賴的胞內信號。該結果表明，CERK1 可能參與鹽脅迫損傷感知和信號傳導［135］。

5 PRR 受體鑒定進展

上述各個發現較早的PRR 受體的功能，經過大量研究均取得了較大進展（表1）。研究人員在新的PRR 受體鑒定方面一直進行著不懈的努力。近年來，植物中新的PRR 受體的鑒定研究也取得了一些進展。

表1 植物模式識別受體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。近期研究發現擬南芥RLP 蛋白RLP53 與PTI 有關。rlp53突變體對致病菌（包括真菌、卵菌和細菌）的易感性增強。RLP53 組成性地與SOBIR1 結合，并以病原體誘導的方式與共受體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RLP53 在質膜中的積累［136］。

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

6 總結與展望

綜合上述研究結果不難發現，研究者們在MAMPs/DAMPs 的細胞外受體識別和相應的免疫信號調節過程，以及PRRs 具體功能方面均取得了實質性進展。同時可以明確的是，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別中不可或缺，而且在脅迫損傷引起的PTI 中也發揮極為重要的作用。相比各種病原菌引發的PTI 機制研究，對植物如何適應有益或共生微生物，同時保持對致病微生物免疫力的機制仍然知之甚少。未來，應在植物識別有益和共生微生物并如何共存方面進行大力研究。同時，應進一步明確PTI 信號途徑的核心調控因子的作用，闡明不同PRRs 介導的PTI的共性環節和差異性環節。有些PRRs 在植物中以多成員的家族形式出現，從數量上看，存在一定的冗余性。但目前僅對個別成員進行了研究，其他成員的具體功能及是否存在功能上的冗余有待進一步研究。目前，組學研究技術已經取得了長足的進步，未來應充分利用組學分析獲得植物更多的PRRs 受體信息并進行鑒定，同時也要對免疫反應發生時胞內基因簇的變化進行探究，進一步豐富PTI 下游信號調控網絡。迄今，植物受體識別的結構基礎研究不是十分透徹，其相應的結合機制有待進一步研究。未來可借助結構生物學手段，進一步解析受體及配體的結構，明確受體識別的生物學機制。此外，面對日益惡化的生存環境，由脅迫引起的植物免疫應答機制也應該進行充分研究，這對深入理解植物適應環境并與環境因子互作的機制有重要意義。因此，未來應更加注重PRR 受體在抗病農作物種植資源創制方面的實際應用，借助基因工程手段進行抗病、抗逆相關品種的創制和選育，這對于植物適應環境和人類解決食物來源問題具有重大意義。