网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

科学通报 | 福建农林大学王恒波/中国热带农业科学院阙友雄联合综述植物WAK激酶的功能及分子机制研究进展

0
分享至

近日,福建农林大学农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室王恒波副研究员联合中国热带农业科学院热带作物生物育种全国重点实验室阙友雄研究员团队,在《科学通报》发表了题为“植物WAK激酶的功能及分子机制研究进展”的综述文章,系统揭示了植物细胞壁的“哨兵”——WAK/WAKL激酶作为解码逆境信号、连接胞外刺激与胞内应答的分子机制。

该文系统梳理了植物WAK家族的最新研究进展,从结构特征与分类、表达模式及介导的生物学功能,全面阐述该家族在植物应答生物胁迫(病原菌侵染)和非生物胁迫(金属离子、温度和盐)中的核心作用。文章还重点聚焦WAK/WAKL成员在植物-真菌性病害互作中的分子调控机制,深入探讨了其如何通过识别病原信号、激活下游免疫网络,协调植物的胁迫响应与生长发育过程。

植物固着生长的特性使其必须应对病原菌侵染、金属离子毒害、盐害等多种逆境胁迫。类受体激酶是植物感知环境信号的关键蛋白家族,对适应环境变化至关重要。其中,细胞壁关联类受体激酶(Cell wall-associated kinase or wall-associated kinase like, WAK/WAKL)因其独特的胞外域能与细胞壁中的果胶形成共价结合,锚定于细胞壁-质膜界面,成为连接胞外信号与胞内响应的关键枢纽。

WAK蛋白的典型结构包含胞外域、跨膜域和胞内激酶域,其胞外域还具有表皮生长因子样(Epidermal growth factor-like, EGF)和钙结合表皮生长因子(EGF-calcium binding domain, EGF-Ca2+)结构域(图1)。这些特殊结构使WAK能够通过共价键与细胞壁中的果胶多糖形成稳定复合体,从而作为连接细胞壁与细胞内部的关键桥梁,直接感知细胞外微环境中的逆境信号,并通过启动磷酸化级联反应将胞外刺激转化为胞内信号,调控植物的逆境响应与跨膜信号转导。而WAKL成员在结构上呈现明显变异,常缺少或重复某些结构域,如信号肽、EGF结构域、EGF-Ca2+、跨膜域、半乳糖醛酸结构域等,这可能是导致二者功能分化的结构基础。


图1 WAK和WAKL蛋白结构模式图

通过系统发育分析,该综述将拟南芥和水稻的WAK家族成员重新划分为4个亚组。有趣的是,不同亚组的成员分布在单子叶和双子叶植物中存在明显差异:亚组I和IV均为水稻(单子叶植物)成员,而亚组II和III则主要包含拟南芥(双子叶植物)成员。其中亚组III数量最少,仅包含拟南芥5个串联重复的AtWAKs基因及水稻2个成员。这一发现为理解单子叶与双子叶植物WAK家族的功能分化提供了重要线索。该综述系统梳理了目前WAK/WAKL家族在不同植物不同组织和激素胁迫下的表达特征。该家族成员既保留核心功能(如对于SA与JA信号响应、在花器官的特异性表达),又演化出物种适应性特征(如玉米ZmWAK参与木质部发育,水稻OsWAKs可以调控花器官形成)。这种功能多样性可能源于其蛋白结构域的差异演化、启动子区顺式作用元件的特异性调控,及与不同信号分子形成的复杂互作网络。

文章重点总结了单子叶和双子叶植物WAK/WAKL家族成员响应真菌性病原侵染的研究成果。该家族通过直接或间接识别病原、激活MAPK等信号通路、调控防御基因表达、介导活性氧爆发及影响激素含量等多种分子机制,共同构成复杂的植物免疫调控网络(图2)。得注意的是,同一家族内存在功能分化,部分成员正向调控植株抗病能力,而另一些成员则可能介导感病性或负向调控抗病反应。例如:小麦TaWAK(Snn1)能够与坏死营养型病原菌产生的SnTox1蛋白互作,通过激活程序性细胞死亡为病原菌提供营养,从而导致感病表型。相比之下,WAK家族成员在细菌性与病毒性病害方面的研究相对较少,仍有待深入探索。该综述还系统讨论WAK家族的表达模式及其在调控生长发育、响应非生物胁迫中的分子机制。目前,部分成员的关键互作蛋白(如油菜素内酯受体OsBRI1、转录因子TaDST)已被鉴定,其参与生长发育与胁迫应答的分子基础已得到初步解析。


图2植物WAK和WAKL介导的抗真菌和细菌性病害模式图

以上工作很大程度上拓展了我们对植物WAK的系统认识,但未来研究依然面对诸多挑战。目前,相较于庞大的家族成员数量,功能明确的WAK/WAKL基因仍占少数,且研究成果多集中于玉米、小麦、水稻等禾本科植物,其在更为广泛的作物中的功能多样性及调控网络仍亟待深入探索。此外,WAK和WAKL亚家族成员在胞外结构域上存在显著差异,其在功能与作用机制上的共性与特异性仍有待解析。作为整合与协同不同胁迫与发育信号通路的枢纽,WAK/WAKL的角色和还有待进一步挖掘等。未来研究应综合借鉴其他类受体激酶的研究方法与技术方法,结合生物信息学、结构生物学、基因组学、蛋白组学等多学科交叉手段,系统解析WAK/WAKL家族成员在逆境信号传递及生长发育调控中的分子网络与互作机制,为作物抗性改良提供关键候选基因资源与精准遗传改良靶位点。

福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/生命科学学院吴怡为第一作者,热带作物生物育种全国重点实验室/中国热带农业科学院/热带生物技术研究所/甘蔗研究中心主任阙友雄研究员、福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心王恒波副研究员为该论文的共同通讯作者。以上工作得到国家自然科学基金项目(32272156)、国家现代农业(糖料)产业技术体系建设专项(CARS-17)和国家级大学生创新创业训练计划项目(202510389035)资助。

文章信息

吴怡,刘熠铭,张雅琼,等.植物WAK激酶的功能及分子机制研究进展. 科学通报, 2026.

《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊,致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。

  • 旬刊,每10天出版1期;

  • 栏目:进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等;

  • 中国科学院文献情报中心分区表综合性大类1区TOP期刊;

  • 中国科技期刊卓越行动计划领军期刊;

  • 《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊,同时被EI、ESCI和Scopus等收录;

  • 期刊官网:http://csb.scichina.com.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
女子用酒店免费矿泉水给2岁宝宝泡奶 事后发现瓶底竟有带锈迹的针孔!

女子用酒店免费矿泉水给2岁宝宝泡奶 事后发现瓶底竟有带锈迹的针孔!

闪电新闻
2026-10-21 17:30:04
前巴萨主席候选人弗雷夏:皇马的问题就是巴萨,巴萨明显更强

前巴萨主席候选人弗雷夏:皇马的问题就是巴萨,巴萨明显更强

懂球帝
2026-10-22 18:18:28
养老金巨大争议!足额缴费指数不到1,没缴费工龄指数却达到1.8

养老金巨大争议!足额缴费指数不到1,没缴费工龄指数却达到1.8

白米饭怎么吃
2026-07-29 09:54:39
10月22日亚锦赛决赛大战!国乒12人20场对决,日乒是夺冠最大对手

10月22日亚锦赛决赛大战!国乒12人20场对决,日乒是夺冠最大对手

而长终
2026-10-22 16:24:52
A股:大家要做好心理预期,若无意外,21年的行情或将再一次重演?

A股:大家要做好心理预期,若无意外,21年的行情或将再一次重演?

财经大拿
2026-10-22 06:05:10
香菜成为焦点!调查发现:经常吃香菜的人,一段时间后或有5变化

香菜成为焦点!调查发现:经常吃香菜的人,一段时间后或有5变化

医学原创故事会
2026-10-14 19:30:11
舒淇家宴炸出半个华语圈:褪去星光,老友闲谈最动人

舒淇家宴炸出半个华语圈:褪去星光,老友闲谈最动人

做一个合格的吃瓜群众
2026-10-20 11:30:08
杨超越在工厂打工时候的照片曝光!网友炸了:这妥妥的厂花啊!

杨超越在工厂打工时候的照片曝光!网友炸了:这妥妥的厂花啊!

黎兜兜
2026-08-25 22:25:21
越南高层至今想不通:中国28天横扫越北,为何兵临河内却主动撤军?

越南高层至今想不通:中国28天横扫越北,为何兵临河内却主动撤军?

纪史行者
2026-10-22 00:20:03
车间实拍流出!特斯拉Roadster高压氮气罐引争议,网友:这要炸了,不死也得死啊

车间实拍流出!特斯拉Roadster高压氮气罐引争议,网友:这要炸了,不死也得死啊

火山詩话
2026-10-20 17:01:23
将来谁会毁灭日本?将来能够毁灭日本的,不是英国,不是美国,也不是中国,而是躲无可躲的火山爆发和地震。

将来谁会毁灭日本?将来能够毁灭日本的,不是英国,不是美国,也不是中国,而是躲无可躲的火山爆发和地震。

回京历史梦
2026-10-22 09:10:31
河南74岁农民大叔手写招牌走红:卖半辈子卤肉,练50载书法,把烟火日子过成了诗,“生活与梦想,一个都没落下”

河南74岁农民大叔手写招牌走红:卖半辈子卤肉,练50载书法,把烟火日子过成了诗,“生活与梦想,一个都没落下”

极目新闻
2026-10-22 11:06:10
这很科学:89%的人幻想过同时和多人发生性行为,算精神出轨吗?

这很科学:89%的人幻想过同时和多人发生性行为,算精神出轨吗?

宇宙时空
2026-05-26 18:20:10
伦敦人开始骑 "电驴" 上班了!1000 英镑一辆,来自中国

伦敦人开始骑 "电驴" 上班了!1000 英镑一辆,来自中国

西楼知趣杂谈
2026-10-16 15:09:06
细思极恐!83岁老太发现家里住着15个陌生人,儿子赶回来后汗毛倒竖:他们竟都在墙上!

细思极恐!83岁老太发现家里住着15个陌生人,儿子赶回来后汗毛倒竖:他们竟都在墙上!

徐德文科学频道
2026-10-22 00:19:27
女演员真的别瞎去整容!看《醉梦》里刘诗诗和黄小蕾同框,俩人的状态差距一眼就看穿

女演员真的别瞎去整容!看《醉梦》里刘诗诗和黄小蕾同框,俩人的状态差距一眼就看穿

动物奇奇怪怪
2026-10-21 13:03:39
乌姆蒂蒂:这已经不是我们三年前见过的维尼修斯了

乌姆蒂蒂:这已经不是我们三年前见过的维尼修斯了

懂球帝
2026-10-22 17:14:12
赢了所有比赛,却可能留不下?林诗栋被调侃去德国,饭圈才是推手

赢了所有比赛,却可能留不下?林诗栋被调侃去德国,饭圈才是推手

曹老师评球
2026-09-28 20:38:42
有些人是如何在一天内毁掉自己的一生的?网友:都是命啊

有些人是如何在一天内毁掉自己的一生的?网友:都是命啊

康富贵碎碎念
2026-07-21 13:13:11
芭莎预热修罗场:白鹿开场、杨幂压轴,85/90/95 三代花同台,高定还要自费卷?

芭莎预热修罗场:白鹿开场、杨幂压轴,85/90/95 三代花同台,高定还要自费卷?

8号风曝
2026-10-21 16:40:10
2026-10-22 18:36:49
科学通报 incentive-icons
科学通报
科学通报微信公众号
1542文章数 2028关注度
往期回顾 全部

科技要闻

腾讯云谷歌紧急行动!互联网安全出大事

头条要闻

国乒男团晋级决赛:张本智和0比11惨败 松岛辉空遭零封

头条要闻

国乒男团晋级决赛:张本智和0比11惨败 松岛辉空遭零封

体育要闻

卢卡:伦德伯格,欢迎来到NBA

娱乐要闻

芭莎盛典,张小斐因救场实现口碑暴涨

财经要闻

数据中心建设延期潮 谁受伤、谁受益?

汽车要闻

有七座/续航提升 领克900L曝光还可选双色车身+大饼轮毂

态度原创

教育
时尚
旅游
数码
军事航空

教育要闻

孩子三观比成绩更重要,这5句话建议家长常说

“廓形穿衣法”太火了!这5个法则松弛又好看

旅游要闻

丹霞林海演绎五彩斑斓的秋

数码要闻

1800+元 极摩客推新款迷你主机:用上已停产的Intel奔腾双核CPU

军事要闻

泽连斯基"愿以领土换和平协议" 普京表态

无障碍浏览 进入关怀版