水稻富亮氨酸重复类受体蛋白激酶OsRPK1响应外源生长素的作用研究
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植物类受体蛋白激酶（receptor-like protein kinase，RLKs）是一类包含胞外结构域（extracellular domain）、单次跨膜域（signle-pass transmembran domain）和胞内激酶域（cytoplasmic protein kinase domain）的蛋白分子[1]。在植物中类受体蛋白激酶家族非常庞大，拟南芥中至少有610个成员，水稻中几乎是拟南芥的2倍，其中胞外富亮氨酸重复类受体蛋白激酶（leucine-rich repeat receptor like protein kinase，LRR-RLKs）是植物类受体蛋白激酶家族中数量最大的亚族，该亚族在拟南芥中发现了239个成员，水稻中有309个成员，并在植物生长发育、激素信号转导以及抗逆胁迫中发挥重要作用[2]。在植物长期进化过程中LRR-RLKs的胞内激酶域保守性较高，而胞外LRRs具有特异性，如LRRs基序的数量、长度及位置存在差异性，这可能是赋予LRR-RLKs识别不同胞外信号或配体，通过跨膜域将信号传递至胞内，引起细胞的生理生化反应。
鉴定LRR-RLKs胞外LRRs识别的配体对于充分理解该类激酶的生物学功能具有重要的意义，但目前为止，只有少数植物LRR-RLKs的配体是明确的。现已发现的这些配体包括内源或外源的肽类和小分子激素，LRR-RLKs通过胞外LRRs识别配体，继而调节植物的生长发育、免疫等，更好地适应体内外环境的变化[3-4]。如水稻受体蛋白激酶基因Xa21是白叶枯病广谱抗性基因，胞外23个LRRs识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）的病程识别蛋白，诱导Xa21胞内激酶自磷酸化，产生一系列细胞反应，提高水稻对白叶枯病的抗性[5-6]。油菜素内酯（brassinosteroid，BR）受体BRI1（brassinosteroid-insensitive 1）胞外的LRRs能形成岛状结构，该结构对识别BR具有重要的作用。BAK1（BRI-associated kinase 1）也是一个LRR型受体蛋白激酶，膜外含有亮氨酸拉链、5个LRRs和1个富含脯氨酸的结构域，大量试验已证明BAK1与BRI1形成异源二聚体，作为BRI1受体伴侣参与BR信号转导[7-9]，所以BR是BRI1的配体。FLS2是植物抗菌免疫至关重要的LRR-RLKs，胞外含有28个LRRs能够识别配体细菌鞭毛蛋白（flagellin） N端保守的22个氨基酸（Flg22），使植物产生防卫反应[10-11]。CLV3是一个调控拟南芥茎顶端分生区发育的多肽配体，能够与受体CLV1（胞外富含LRRs的受体蛋白激酶）、CLV2（胞外含有LRRs，但胞内不含激酶域）、RPK2（receptor-like protein kinase 2）[12-13]结合完成信号传递。最近我国科学家揭示了一类含有磺酸化修饰的13个氨基酸的小肽激素RGF是根分生组织生长因子，其受体是5个位于膜上的LRR-RLKs RGFRs，RGFRs识别RGF肽激素信号调控根干细胞，维持根的正常生长发育、形态建成以及向重力生长[14]。为了更广泛地了解这类受体蛋白激酶，寻找这类蛋白激酶胞外LRR结合的配体还有大量工作需要完成。
生长素是调控植物生长发育重要的植物激素[15]，现研究最多的生长素受体是运输抑制剂响应蛋白（transport inhibitor resisrant 1，TIR1）和生长素结合蛋白（auxin binding protein，ABP1）。1997年Ruegger等发现了TIR1[16]，随后被证明确定为生长素受体蛋白[17-18]，但TIR1主要介导胞内的生长素信号转导。ABP1可能参与胞外的细胞信号转导，在过去几十年中一直作为候选的生长素受体受到关注，最近研究在拟南芥中发现2个新的abp1突变体不显示任何明显的发育缺陷、生长素相关的生理反应以及影响生长素相关的基因表达，认为ABP1并不是拟南芥生长发育和生长素信号途径所必需的[19]，所以识别外源生长素的受体至今仍未发现。LRR-RLKs的胞外LRR基序能够识别外源植物激素油菜素内酯BR、胞内分泌性蛋白或肽类激素等，从而参与植物的生长发育和抗逆性。本研究前期利用蛋白质组学方法从水稻根部鉴定出一个新的具有激酶活性的富亮氨酸重复类受体蛋白激酶OsRPK1，主要受外源生长素2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）和IAA（吲哚乙酸）诱导表达，并且OsRPK1能影响部分生长素极性运输相关基因[20]和部分生长素信号转导途径基因表达（数据未发布），而不影响生长素合成重要基因OsYUCCA1表达。为了进一步阐明OsRPK1参与外源生长素的作用机制，首先利用OsRPK1过表达与抑制表达转基因水稻观察对外源生长素敏感性以及侧根、不定根生长的影响;其次异源表达OsRPK1胞外LRRs，在体外分析OsRPK1的LRRs是否识别及结合生长素，为进一步研究OsRPK1的可能配体以及参与的信号转导机制提供参考。
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