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1、植物多肽类化合物激素研究进展何向东 刘长福 邵名仕 柏青玉 宋亚超摘要 本文对多种多肽激素及其相应研究进展做了简要评述。到目前为止，从高等植物的第一个多肽激素(系统素)发现已经有l8多年的历史。多肽化合物以配基受体的形式与细胞膜表面的受体激酶相互作用，从而实现细胞之间的信号交流。本文着重介绍当前研究比较热门的生物活性多肽，最后对相关领域的发展前景进行探讨。关键词 多肽激素，植物，天然生物活性肽，生物活性，多肽Review and Progresses in Studies of Peptide Hormones in PlantsXiangdong He,Changfu Liu,Mingshi
2、 Shao, Qingyu Bai,Yachao SongZhengzhou MASTER Science & Technology Development Co.,LtdZhengzhou 450002，ChinaAbstract In this paper we outline the review and progresses made in this area.It is more than eighteen years ,although the first peptide hormone(systemin)in plants has been discovered . These
3、peptides act as ligands to interact with receptor kinases located on the surface of the cytoplasma embrane，triggering downstream signal transductionsIn this paper we outline the progresses with emphasis on Natural Biological Activity PeptidesThen we also provide our prospective vision in this fieldK
4、ey words peptide hormones，plants，natural bio-active peptides, biological activity, peptides1 前言多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质。伴随着分子生物学、生物化学技术的飞速发展，多肽的研究取得惊人的、划时代的进展，人们发现存在于生物的多肽已有数万种，并且发现所有的细胞都能合成多肽，同时，几乎所有的细胞都受多肽调节，涉及激素、神经、细胞生长、生长、生殖等各个领域。由此可见，多肽一定会在高效、低残留、有机、绿色生态农业发挥越来越重要的作用。根据使用方向和生物活性，多肽大致分为植物活性多肽和动物活性多
5、肽。植物中的多肽激素研究仅有18年的历史。系统素(systemin)作为植物中的第一个多肽激素是由Pearce等人于1991年在番茄中发现的(Pearce et a1，1991)。近几年的研究表明，多肽激素(信号分子)在调节植物的生长、发育、生殖以及对外界环境的响应中有极其重要的调节作用，而且这些多肽激素的合成和作用与动物和酵母的多肽激素极其类似。目前已经被何向东，生于1971，毕业于郑州大学，现供职于河南省科学院，从事农化新产品的研发。电子信箱（电话）：。普遍认可的多肽激素有：系统素、PSK、CLV3和SCR。另外还有一些植物中发现的多肽分子如ENOD40和RALF等由于其受体未知而功能尚有
6、争议(Lindsey et a1，2002；Ryan et a1，2002；M atsubayashi，2003；M atsubayashi andSakagami，2006)。传统的植物中存在的5种化学激素：生长素-油菜素内酯(auxin-brassinolid) 、细胞分裂素(cytokinin)、赤霉素(gibberellin)、乙烯(ethylene)、脱落酸(abscisic acid) 。近来大量的生化和遗传研究表明，与传统的植物激素一样，多肽激素不仅存在植物中,而且同样参与了植物的生长和发育等不同方面的调控，而且参与植物生长、发育及抗逆等许多生命过程，特别是作为信号分子在细胞与细
7、胞之间的短距离的信息交流中起着关键作用。它们以配基受体的形式与细胞膜表面的相应受体激酶分子相互作用，从而激活通路下游基因或启动相关信号转导过程。2 目前公认的天然植物内源多肽激素植物中的信号分子基于配基受体的细胞间相互作用模式，目前公认的、研究的稍微清楚些机理的、单一型的植物多肽激素包括4种：系统素(Systemin)、植物硫肽素(Phytosulfokine)、SCRSP11和CLV3。2.1 系统素(Systemin)番茄的叶片在被昆虫咬伤之后能够传递信号给非咬伤叶片，使之产生抗昆虫反应。Pearce等(1991)从被昆虫攻击的番茄叶中发现了高等植物中第一个多肽激素系统素。系统素作为系统性
8、防御反应的信号分子能够诱导受伤叶片和一定距离之内的未受伤叶片产生蛋白酶抑制剂(proteinaseinhibitors)，这些蛋白酶抑制剂在进入昆虫肠道后，能够直接影响到其消化系统的功能，从而能够抑制昆虫对植物的进一步侵害。基因分离发现在番茄中系统素的mRNA编码一个200个氨基酸的多肽，人们相信它是系统素的前体(prosystemin)，经剪切加工产生18个氨基酸的有功能的终产物系统素(McGurl et a1，1992)。系统素在茄科其它植物中也有发现(Constabel et a1，1998)。2.2 植物硫肽激素（Phytosulfokine-PSK)悬浮培养的植物细胞增殖严格依赖于细
9、胞的密度，低密度的培养只能在条件培养基(Conditional medium)上进行。利用看护培养(nulsecultures)技术，即将目的细胞团靠近但不接触高密度的看护细胞，研究人员成功地实现了低密度细胞的增殖。直到植物硫肽激素基因(PSK)的发现，才使得看护培养的分子原理得以解释。研究人员采用辅助培养(nurseculture)的方法发现低密度的培养细胞能够感受由高密度培养细胞释放到胞外的个细胞分裂促进因子。纯化分析后发现这种能够促进有丝分裂的因子是个经过硫化修饰的五肽化合物，即硫化色氨酸-异亮氨酸-硫化色氨酸-苏氨酸-谷氨酰氨【Y(SO3H)-I-Y(SO3H)-T-Q】(Matsub
10、ayashi et a1，1996)，因而被称为phytosulfokine(PSK)。到目前为止PSK的中文名字还没有，也许译成植硫肽激素比较合适。2.3 SCR SPll在植物两性生殖中，很多开花植物具有自交不亲和系统(self-incompatibility，SI)，也是避免近亲繁殖最为重要的策略之一。分子生物学的证据表明雌蕊中存在两个SI位点蛋白：SLG和SRK，他们都是在柱头表面乳突中表达，SLG为糖基化蛋白，SRK是位于膜上的受体蛋白激酶(Takayama et a1,1987)。在花药中，SI位点编码一个只在绒毡层中表达的富含半胱氨酸的胞外多肽SCRSPll(Schopfer e
11、t a1，1999；Takayama et a1，2000)。SCRSP11由绒毡层产生并被分泌到花粉粒，当花粉粒落到柱头上时，SCRSP11就能够与柱头上的受体复合体SLGSRK相互作用。2.4 CLV3（CLAVATA3）2O世纪8O年代英国剑桥大学的Ian Fumerl博士的实验室分离了第一组茎端生长点变大的突变体(Leyser and Fumer，1992)。除了生长点的变化以外，这些突变体的花器官数目也有不同程度的增加。由于其心皮数目增加(从野生型的2个心皮增加到5个左右)导致其种荚呈现棒球棍的形状，故被命名为clavatal：(clv1)。此后人们又得到了另外两个生长点变大的遗传位
12、点，并分别被定名为CLV2和CLV3。与生长点大小相关的另外一个重要基因是WUSCHEL(WUS)。WUS的作用是维持干细胞的未分化状态，增加茎生长点中干细胞的数目(Schoofeta1，2000)；CLV1CLV2CLV3复合体则产生个促进干细胞分化的信号，从而限制茎端生长点中干细胞的数目。生物信息学分析发现CLV3中含有一个14氨基酸的保守基序。到目前为止，已经在拟南芥、水稻、玉米和线虫等物种中发现了至少有46个蛋白质含有这一基序。3 天然生物活性肽天然植物外源多肽激素植物专家研究发现，天然生物活性肽在植物发育中的信号传导作用，在提高作物产量，增强免疫力，提高肥料利用率，改善品质等方面都起
13、到了重要作用。生物活性肽指的是一类分子量小于6,000，具有多种生物学功能的多肽。分子结构复杂程度不一，从简单的二肽到环形大分子多肽。天然生物活性肽来源可分为四大类：1、由生物体的内分泌细胞分泌的肽类：2、乳源性生物活性肽；3、从生物体或微生物中提取的活性肽；4、特定的蛋白质经蛋白酶水解而产生的具有选择性的天然生物活性肽类。研究认为，天然生物活性肽具有以下特点：1、天然性和安全可靠性；2、具有多种营养成分和生物活性；3、无毒副作用；4、无遗留毒害，可完全降解和吸收；5、真正的“环保型”植物多肽激素。3.1天然生物活性肽在改善农作物品质方面的应用研究 外源多肽天然生物活性肽在植物体生长发育过程中
14、能起到重要的调控作用，作物使用多肽类物质，能够改善作物品质。研究表明施用多肽的杨梅、桃、李、樱桃都比未施用的得到明显改善，可溶性固形物分别增加9.6%、6.4%、2.4%、12.9%；田间试验表明小麦品质改善明显，千粒重、湿面筋、容重、粗蛋白等分别提高0.44g、6.87%、7g/L、2.22%；玉米吐丝提早24d，生育期提前，穗秃尖减少；棉花提前25d开花，成铃数增加11.0%14.4%；水稻花生等多种作物都有显著提高。3.2天然生物活性肽在农作物生产中节肥增产效应的研究多肽在农作物栽培中节约肥料、提高肥料的利用率等起到了显著的效果，其作用机理是与多肽的结构的有很大关系，在其肽链上有羧基，链
15、周围有很多络合基团，与金属离子有很强的鳌合作用，能与养分结合并能把养分卡在环内，把养分富集起来给植物利用，从而提高肥料利用率，同时提高作物产量。肥料中通过添加多肽可以提高植物对氮的吸收率50%以上、磷的吸收率提高20%以上、钾的吸收率提高10%以上。节约肥料提高肥料的利用率方法分类利用率提高百分比 %NP2O5K2O微量多肽56.626.818.625.0-40.0人工聚合单肽30.220.0313.1415.06脲酶抑制类6.79000包膜肥料5.03-9.1411.22-17.528.35-11.263.53.3天然生物活性肽在农作物抗病虫害方面的研究 在农业生产中，农作物的病虫害防治是一项关键的技术环节，如果不加以防范会影响到其产量和品质。在防治过程中，用药量不足，病虫害防治没效果，过分的依赖农药又会造成农药超标、污染品质等。因此要用“预防为主，综合治理”的植保方针指导病虫害防治。 生物多肽能够提高农作物的免疫能力，提高抗逆性，在综合治理过程中起到重要作用。Saches等（1986研究表明，）在植物病原菌互作系统中已发现许多蛋白和多肽类激发因子。植物在环境胁迫条件下，可以通过调节不同基因表达生产出一系列的“胁迫蛋白”以适应各种不良环境。并能增加叶片中蛋白酶抑制剂的合成，从而防御了昆虫食害；多肽有促进细胞活性，加速植物伤口愈合的
