Plant Cell ：CRK2调控拟南芥活性氧（ROS）产生的机制

来源：BioArt植物

植物经常感受周围环境刺激，植物细胞能接收到邻近细胞和远处组织给予的信号并作出相应的反应，许多细胞在受到各种环境刺激后的早期阶段一般都会产生活性氧（ROS），这一过程由多种基因参与调控 【1】。保守的NADPH氧化酶(NOX)家族在感受细胞外信号刺激时能够迅速产生ROS【2】。NADPH氧化酶类在植物体内产生ROS是通过依赖RLK（Receptor-like protein kinase）信号网络。植物中大部分RLK都富含半胱氨酸，即为CRKs（Cysteine-rich RLKs）。已有研究发现CRKs与ROS信号和细胞死亡相关，是植物发育、生物胁迫和非生物胁迫反应的重要信号元件【3】。

近日，法国芬兰赫尔辛基大学生物和环境科学学院Michael Wrzaczek团队在The Plant Cell上发表了题为CRK2 and C-terminal Phosphorylation of NADPH Oxidase RBOHD Regulate Reactive Oxygen Species Production in Arabidopsis的研究论文，揭示了CRK2调控活性氧产生及其在植物免疫信号中的作用机制。

CRK2（CYSTEINE-RICH RLK2）是在研究拟南芥的应激反应和发育中发现的一个N端具有信号肽的CRK 【3】，其存在于拟南芥NADPH氧化酶RBOHD (RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOG D) 中。先前的研究发现，与野生型相比，crk2突变体植株株形较小，植株的鲜重和干重显著降低，结合互补实验结果证明CRK2对拟南芥的植物生长和免疫至关重要。在crk2突变体中flg22引发的ROS生成的量减少，深入研究发现，CRK2是拟南芥对Pto DC3000（Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000）进行免疫应答、调节细胞外ROS产生、气孔关闭、Ca2+内流、MAPK激活和早期胼胝质沉积的重要元件。因此，CRK2是调节植物的先天免疫反应。

进一步研究发现，CRK2能够与RBOHD直接相互作用并调控ROS生成。CRK2可以磷酸化RBOHD的N端和C端区域，CRK2磷酸化RBOHD的C端区域的靶向位点是S611, S703和S862，CRK2通过S703和S862的磷酸化作用调控RBOHD。该研究还发现，RBOHD的 S703磷酸化是植物免疫反应的一个重要调控元件。此外，系统发育分析表明，RBOHD的 C端磷酸化位点在整个植物谱系和动植物间都是保守的。

MAMP触发RBOHD激活的原理模型图

结合先前的研究成果，最终提出了MAMP触发RBOHD激活的原理，如图所示，MAMP被MAMP受体复合物识别，RBOHD 的N末端被BIK1和SIK1磷酸化，诱导产生ROS。RBOHD产生的ROS引起Ca2+流入细胞质中，Ca2+结合到RBOHD的N端和CPKs 从而激活RBOHD。CRK2也能够通过其C端的S703的磷酸化位点参与RBOHD的激活。CRK2还可以通过CALS抑制MAPK激活和胼胝体沉积。

综上所述，CRK2对拟南芥的生长和免疫至关重要，CRK2通过磷酸化RBOHD的C端调控其活性，进而调控ROS的产生。

参考文献

1. Waszczak, C., Carmody, M., and Kangasjarvi, J. (2018). Reactive oxygen species in plant signaling. Annu Rev 849 Plant Biol 69, 209-236；

2. Kimura, S., Waszczak, C., Hunter, K., and Wrzaczek, M. (2017). Bound by fate: The role of reactive oxygen species in receptor-like kinase signaling. Plant Cell 29, 638-654；

3.Bourdais, G., Burdiak, P., Gauthier, A., Nitsch, L., Salojarvi, J., Rayapuram, C., Idanheimo, N., Hunter, K., Kimura, S., Merilo, E., et al. (2015). Large-scale phenomics identifies primary and fine-tuning roles for CRKs in responses related to oxidative stress. PLOS Genetics 11, e1005373。

文章链接：

http://www.plantcell.org/content/plantcell/early/2020/02/07/tpc.19.00525.full.pdf