近日，中国热带农业科学院热带生物技术研究所/三亚研究院联合湖南大学生物学院在植物MPK6/3组成型磷酸化水平及其介导的种子发育调控机制研究方面取得重要进展。研究揭示了凝集素类受体激酶LecRK-VIII.2组成型调控双子叶植物（拟南芥）和单子叶植物（水稻）中丝裂原活化蛋白激酶MPK6/3磷酸化水平稳态，影响种子发育、产量性状和稻米品质等重要农艺性状的分子机制，为作物分子设计育种及高产优质改良提供了一个全新的潜在靶标。

丝裂原活化蛋白激酶级联（MAPK cascade）是真核生物进化中高度保守且功能极其重要的信号模块。它们在受体/信号感受器下游发挥作用，协调细胞反应，以实现植物的正常生长发育、免疫反应以及对非生物逆境的应答。该信号途径由保守的三级级联反应(MAPKKK-MAPKK-MAPK)组成，MPK6/3是第三级MAPK组分中报道最多、功能最重要的成员之一，其通常被胞外信号（如细菌鞭毛蛋白flg22、胞外ATP等）快速磷酸化激活，从而调控一系列免疫、防御等应激反应。同时，在未受到外界刺激情况下，健康植物体内仍保持着低水平的组成型磷酸化MPK6/3，这种组成型pMPK6/3稳态对种子发育等调控至关重要。然而，组成型pMPK6/3水平如何被细胞膜受体精细调控的谜团未被解析。

研究发现在不同植物不同组织中组成型MPK6/3磷酸化水平均与凝集素类受体激酶LecRK-VIII.2水平呈正相关（图1）。拟南芥AtLecRK-VIII.2基因突变导致组成型AtpMPK6/3水平下降；过表达AtLecRK-VIII.2则显著提升AtpMPK6/3水平，结果表明该基因参与种子大小及种皮-胚的协调发育。在水稻中过表达AtLecRK-VIII.2同样导致组成型OspMPK6/3水平升高，引发植株矮化、籽粒增大、油菜素内酯信号激活和垩白增加。同时，敲除水稻OsLecRK-VIII.2基因导致组成型OspMPK6/3水平下降，而过表达OsLecRK-VIII.2诱发OspMPK6/3水平上升，引发水稻籽粒大小变化、植株矮化和垩白增加。研究结果显示，LecRK-VIII.2是油菜素内酯信号中的全新的类受体激酶组分；植物体内存在一类未知且保守的植物激素或生长调节剂作为LecRK-VIII.2的配体严格调控MPK6/3磷酸化水平，从而精准控制植物生长发育（图2）。

图1 LecRK-VIII.2调控MPK6/3组成型磷酸化水平，影响拟南芥、水稻种子发育

图2 LecRK-VIII.2-MPK6/3模块调控拟南芥、水稻种子发育的工作模式

相关研究成果以《Fine-tuning of MPK6/3 phosphorylation by a lectin receptor-like kinase LecRK-VIII.2 regulates seed development》为题，发表于植物学国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（中科院大类分类一区；IF=13.7998）。中国热带农业科学院青年副研究员胡帅博士和湖南大学生物学院肖文君博士、湖南大学硕士生余柯瑶为论文的共同第一作者；中国热带农业科学院赵辉研究员和湖南大学郭新红教授、姚瑞枫教授为论文的共同通讯作者；中国热带农业科学院郭安平研究员参与指导研究。该研究得到了中国博士后基金（2021M701160，2022M721101）、中国热带农业科学院基本科研业务费专项（1630052023008，1630052020007）、湖南省自然科学基金（2022JJ40051）、长沙市自然科学基金（kq2202149）、国家自然科学基金（31872866，31540064）和海南省院士创新平台等项目支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14135