陕西
Karrikins（KARs）是一类源自植物燃烧烟雾的丁烯内酯类信号分子，能够模拟植物体内尚未被鉴定的内源激素——KAI2配体（KL），广泛调控种子萌发、幼苗光形态建成、根毛发育、干旱耐受性以及与丛枝菌根真菌的共生互作等关键生长发育过程。
KAR/KL信号通路的核心由α/β水解酶受体KAI2、F-box蛋白 MAX2以及转录抑制因子SMAX1/SMXL2组成。激活态 KAI2 招募 SCFMAX2泛素连接酶复合体，介导SMAX1/SMXL2的蛋白酶体降解，进而启动下游转录响应。尽管信号激活机制已较为清晰，但植物如何精准控制KAR/KL信号的强度与持续时间、维持信号稳态，仍有待深入解析。
近日，美国加州大学河滨分校David C. Nelson团队在PNAS发表题为Negative feedback regulation ofkarrikinsignaling in Arabidopsis thaliana by an antagonistic paralog ofkarrikinreceptors的研究论文，揭示了KAI2的古老旁系同源蛋白DLK2通过水解KAI2配体（KL）介导负反馈调控的全新机制，与已知的KUF1调控通路功能互补，共同维持植物KAR/KL信号的稳态平衡。
DLK2（D14-LIKE2）是KAI2与独脚金内酯受体D14的古老旁系同源物，其转录水平受KAR/KL 信号强烈诱导，但其生理功能长期悬而未决，研究团队首先提出DLK2可能参与KAR/KL信号负反馈调控，且其功能被已知的负调控因子KUF1的效应所掩盖的假设。通过构建双突变体进行系统遗传分析发现，单突变体dlk2仅表现出微弱的KAR响应增强，如下胚轴轻度缩短、根毛长度增加，对全基因组转录水平的影响极小；而kuf1dlk2双突变体的组成型KAR/KL 响应显著强于kuf1单突变体，下胚轴长度接近信号完全激活的smax1smxl2双突变体，根毛发育与KAR响应基因的表达幅度也大幅提升。上位性分析进一步证实，kuf1 dlk2的所有表型均完全依赖于KAI2和MAX2，说明DLK2与KUF1均作用于KAI2-SCFMAX2信号复合体的上游，二者通过不同分子途径共同构成KAR/KL信号的负反馈调控网络。
DLK2与KAI2、D14同属α/β水解酶家族，保留了保守的Ser-His-Asp催化三联体，但负责与MAX2互作的关键表面氨基酸发生了大量非保守替换，提示其可能丧失了信号转导能力，但保留了酶催化活性，研究团队由此提出两种可能的作用模型：一种是水解模型，即DLK2 作为水解酶直接降解KL配体，减少KAI2的激活量；另一种是隔离模型，即DLK2通过结合 KAI2或SMAX1，阻碍信号复合体的组装与激活。为验证两种假说，研究人员开展了一系列分子与生化实验。在亚细胞定位实验中，鉴于SMAX1、MAX2等核心信号组分均定位于细胞核，若DLK2通过隔离SMAX1发挥功能则必须在细胞核内共定位才能发挥作用，研究人员分别构建了核定位（NLS）与核排除（NES）的DLK2融合蛋白，发现两种形式的DLK2均能有效促进SMAX1蛋白积累，并回补kuf1突变体的短下胚轴表型，这表明DLK2的功能不依赖于与核内信号组分的共定位，从空间层面不支持隔离模型。在酶活实验中，研究人员利用荧光探针底物YLG（甲基丁烯内酯）与dYLG（去甲基丁烯内酯，结构更接近内源KL）进行体外水解实验，发现拟南芥DLK2能够特异性水解dYLG，且该活性严格依赖催化三联体的Ser102位点，来自油菜、番茄、水稻的DLK2同源蛋白也表现出相同的底物偏好性，说明这一酶活功能在被子植物中高度保守。在蛋白互作实验中，通过荧光素酶互补实验发现，DLK2的共表达不影响KAI2与SMAX1/SMXL2之间的配体依赖性相互作用，直接排除了 “隔离KAI2或SMAX1从而阻断信号传递” 的作用模式。综合以上证据，DLK2 是一种专门的KL降解酶，通过分解内源KL配体降低KAI2的激活水平，从而实现对KAR/KL信号的负反馈调控。
该研究也为植物α/β水解酶家族的功能演化提供了新的范例。KAI2 基因发生复制后，其中一个拷贝通过积累突变失去了与 MAX2 互作的信号转导能力，但保留了配体水解活性，进而演化出负反馈调控功能，成为功能上与 KAI2 拮抗的旁系同源物。值得关注的是，地钱（Marchantia polymorpha）中的KAI2同源蛋白MpKAI2B也表现出类似DLK2的特性——受KAR信号转录调控、能够稳定SMAX1 蛋白，提示这种 “受体→水解酶”的亚功能化演化路径在陆地植物中起源很早，是信号通路稳态调控的一种普遍进化策略。
综上所述，该研究鉴定了KAR/KL信号通路中第二条保守的负反馈调控机制，揭示了DLK2作为 “配体清除酶”的全新功能，完善了我们对植物信号稳态调控网络的理解。此外，由于kuf1 dlk2双突变体同时缺失两条KL降解通路，体内KL含量显著升高，这为领域内分离鉴定内源KL（植物激素研究中长期悬而未决的关键问题）提供了理想的遗传材料。未来，针对DLK2的遗传操作有望用于调控作物的 KAR/KL信号强度，在提高作物抗逆性、促进菌根共生、优化作物生长构型等方面展现重要应用潜力。
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2525145123
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