《Plant Biotechnology Journal》：Plant Peptides on the Rise: From Historical Insight to Future Applications
编辑推荐：
这篇综述系统梳理了植物信号肽领域的研究历程与前沿进展。文章从1991年首个植物肽类信号分子systemin的发现入手，详细阐述了经典肽（CPs）和非经典肽（NCPs）在生物合成途径、生理功能（如生长发育、逆境适应、免疫防御）以及交叉物种治疗潜力等方面的关键作用。同时，文章深入探讨了该领域当前在功能验证和规模化应用方面面临的挑战，并展望了整合多组学、人工智能和基因组编辑技术的未来发展方向。
植物肽，通常由2-100个氨基酸残基组成，是一类功能多样且快速扩张的植物信号分子。它们广泛参与植物生理过程的调控，包括生物与非生物胁迫响应、细胞分化与发育等。根据其来源，植物肽主要分为经典肽（CPs）和非经典肽（NCPs）。其中，CPs源于经典的开放阅读框（ORFs），经过翻译后蛋白水解加工和修饰（如酪氨酸硫酸化、脯氨酸羟基化）才能成熟为具有生物活性的肽段；而NCPs则直接从位于非编码RNA（如lncRNA、pri-miRNA、circRNA）或mRNA非翻译区（UTRs）中的小开放阅读框（sORFs）翻译而来。
植物肽研究的历程
植物肽研究的序幕始于1991年，随着从受伤的番茄叶片中通过生物测定指导纯化发现systemin而拉开。这一发现颠覆了植物信号传导仅由小分子介导的固有认知。此后，利用正向遗传学和生物信息学等手段，更多的肽家族被相继发现，例如在烟草中发现的具有快速碱化培养基能力的RALF肽，以及在拟南芥中鉴定出的、调节茎尖分生组织稳态的CLAVATA3（CLV3）肽。进入21世纪，随着拟南芥等植物基因组测序的完成和质谱（MS）技术的发展，特别是肽组学的出现，研究人员得以大规模鉴定内源性肽。近年来，整合质谱数据和定制化数据库的肽基因组学策略极大地促进了NCPs在全基因组范围内的发现，彻底改变了人们对植物基因组编码潜力的理解。
植物肽的生物合成与加工
CPs和NCPs遵循着截然不同的生物发生路径。
CPs首先被翻译成较大的前体蛋白（前肽），这些前体需要经过蛋白水解切割和复杂的翻译后修饰（PTMs）才能产生活性形式。参与加工的蛋白酶种类多样，包括类枯草杆菌蛋白酶（SBTs）和木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶等。例如，METACASPASE 4（MC4）在胞质Ca2+持续内流后切割其前体PROPEP1，从而释放出成熟的防御信号肽Pep1。而PTMs，如酪氨酸硫酸化（对PSK的活性至关重要）和脯氨酸羟基化及其后续的阿拉伯糖基化，则是许多CPs发挥功能所必需的。环肽（cyclotides）是一类特殊的CPs，其头尾环化由天冬酰胺内肽酶（AEPs）催化完成。
相比之下，NCPs通常直接由其编码的sORF翻译产生，不经过复杂的翻译后加工。根据其来源，NCPs可分为几类：来自mRNA 5‘或3’非翻译区（UTR）的uORFs和dORFs、来自长链非编码RNA（lncRNA）、环状RNA（circRNA）以及初级microRNA（pri-miRNA）。这些NCPs的翻译起始机制多样，包括经典的帽依赖扫描、内部核糖体进入位点（IRES）以及依赖于m6A修饰的翻译等。一个代表性的例子是水稻中由circRNA编码的WRKY9-88aa肽，它在广谱抗病性中发挥关键作用。
植物肽的生物学功能
植物肽在调控植物生长、发育、繁殖、环境适应及抗菌等方面扮演着核心角色。例如，CLE肽家族成员通过其受体（如CLV1）调控分生组织干细胞稳态；RALF34肽通过竞争结合BUPS1/2–ANXUR1/2受体复合物，触发花粉管破裂和精子释放所必需的信号级联反应，从而促进受精。在逆境响应方面，水稻的OsPep3通过与植物激发子肽（PEP）受体（PEPRs）互作，增强对褐飞虱、真菌和细菌病原体的抗性。从CAPE1（源自病程相关蛋白1b的C末端区域）到系统素，再到植物防御素和环肽，多种植物肽被证明具有显著的抗菌活性，不仅针对植物病原体，对人类病原体也有效，这凸显了它们在跨物种治疗应用中的潜力。
新兴应用与未来挑战
植物肽在农业和生物医学领域展现出巨大的应用潜力。在农业上，可以通过基因工程改造肽的表达、外源施用活性肽，或利用天然存在的肽变异来优化作物性状。在生物医学领域，许多植物肽因其抗菌和抗癌特性而具有治疗前景。然而，该领域仍面临功能验证困难、田间应用效果不稳定以及规模化生产等挑战。未来的进展将依赖于多组学方法、人工智能（AI）驱动的预测和精准基因组编辑等技术的整合，以充分挖掘植物肽在作物改良和新生物制药开发中的变革潜力。
