Dev Cell 封面论文 | 植物如何感应干旱？赵杨研究组揭示钙信号解码机制，同步发布核心激酶活性检测方案

封面插图展示了植物如何响应由干旱环境等引起的渗透胁迫。拟人化的拟南芥小苗所扎根的龟裂土地及头顶的太阳象征胁迫环境，胁迫刺激（闪电符号）触发瞬时的Ca²⁺信号（绿色小球），这些信号由钙依赖蛋白激酶CPKs（绿色水滴）解码。激活的CPKs会磷酸化（紫色小球）并激活SnRK2蛋白激酶（红色水滴），从而激活渗透胁迫的下游应答（封面图像由论文第一作者李庆忠设计）。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心 赵杨研究 组在Developmental Cell发表了题为Calcium-dependent protein kinases CPK3/4/6/11 and 27 respond to osmotic stress and activate SnRK2s in Arabidopsis的封面文章。 该研究鉴定了渗透胁迫下Ca 2+ 信号的解码元件CPK3/4/6/11/27，解析了Ca 2+ -CPKs-SnRK2s的 信号级 联通路 。 杂志同期发表了德国科学院院士Rainer Hedrich和国际著名植物学家Die t mar Geiger 教授撰写的 Preview文章 ，题目为A kinase cascade drives fast calcium-induced osmotic stress response in plants， 评述 了 该 研究的 学术意义与影响力。 5月29日， 赵杨研究 组在STAR Protocols发表方法文章“Protocol for detecting SnRK2 kinase activity in plants by immunoblotting, in-gel assay, band shift, and immunoprecipitation”，总结了胁迫信号核心激酶SnRK2的活性检测方法。

干旱、盐胁迫以及低温等导致植物受到高渗胁迫，严重危害粮食生产安全。渗透信号是一种“复合信号”，其感应和传导机制较为复杂，其中瞬时激发的 Ca 2+ 信号和快速激活的 SnRK2 激酶是两种重要的早期应答(JIPB, 2024)。然而，渗透胁迫下 Ca 2+ 信号的解码及其对核心激酶 SnRK2 的调控尚不清楚，其研究难点在于渗透胁迫下 Ca 2+ 信号解码元件的鉴定。

在本研究中，研究人员提出CPK3/4/6/11/27激酶解码 Ca 2+ 信号，并 介 导 SnRK2 激活的渗透早期信号模型。首先渗透胁迫诱导植物胞质自由 Ca 2+ 浓度快速升高； CPK3/4/6/11/27 通过 C 端 EF 手形 结构域与 Ca 2+ 的结合引起的蛋白构象变化，激活自身激酶活性，实现渗透胁迫下 Ca 2+ 信号的感知和解码；之后 CPK3/4/6/11/27 与 SnRK2 互作，并通过磷酸化修饰激活 SnRK2 激酶，实现渗透早期信号的传递，调控胁迫应答。

赵杨研究 组近期研究提出渗透信号激活SnRK2激酶的两步激活机制，并提出不同亚组 SnRK2响应渗透“复合信号”中不同的分解信号，且 介导不同 的生物学过程 （Dev Cell，2025；Sci Adv，2025；EMBO J，2024） 。 其中创制的pSnRK2抗体可特异性识别多个物种中激活态SnRK2，已成为渗透和ABA相关信号研究的重要工具，支持了RAF、CPK、CARK1等激酶以及TOPP磷酸酶的多项研究工作 ， 有力推动了 植物胁迫应答及 相关 交叉方向研究 进展。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后李庆忠和兰州大学胡涛教授为该论文共同第一作者，赵杨研究员为通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、上海市科学技术委员会和中国科学院分子植物科学卓越创新中心逆境生物学研究中心的资助。

Preview观点 ：

基于该研究成果， Preview 文章 总结了植物对 干旱和渗透胁迫 的应答机制，认为植物胁迫应答具有 Ca 2+ 信号 介 导的快速响应和ABA信号 介 导的慢速响应，其中 CPK3/4/6/11/27和SnRK2激酶的级联传导 介 导渗透胁迫应答的快速响应。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.12.036

Preview链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2025.04.019

方法论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666166725002485