王欣悅，劉培源，余冰清，張艷峰，丁百香，嚴(yán)漢池

（天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津 300072）

環(huán)核苷酸（CNMPs）是一類(lèi)重要的信號(hào)分子，如3′，5′-環(huán)磷酸腺苷（cAMP）和 3′，5′-環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷（cGMP）是動(dòng)植物生命活動(dòng)中信號(hào)通路的重要元件［1］。在動(dòng)物中，細(xì)胞受外部信號(hào)刺激從而激活胞內(nèi)嘌呤核苷酸環(huán)化酶（NCs），催化其底物核苷酸三磷酸合成CNMPs。胞內(nèi)CNMPs 可由磷酸二酯酶（PDEs）代謝分解為非活性的單磷酸核苷［2］。動(dòng)物中CNMPs 信號(hào)傳遞的主要分子開(kāi)關(guān)有CNGCs 和超極化激活環(huán)核苷酸門(mén)控陽(yáng)離子通道（HCNs）［3］。

植物中CNMPs是通過(guò)質(zhì)譜分析法首次被發(fā)現(xiàn)［4］。研究證明，CNMPs 在調(diào)節(jié)植物發(fā)育和抵御脅迫反應(yīng)中起重要作用，但其分子機(jī)制還需要進(jìn)一步研究［5］。在植物蛋白質(zhì)提取物中可檢測(cè)到PDE 活性［6］，但目前并不能通過(guò)基因水平證明植物中存在PDE 同系物。此外，盡管有一些研究表明植物中CNMPs 可以激活一些蛋白酶［3，7］，但仍缺乏生理生化分析，試驗(yàn)存在爭(zhēng)議。還有猜測(cè)CNMPs 可作為基因啟動(dòng)子中的特定調(diào)節(jié)元件［8］。目前，環(huán)核苷酸門(mén)控通道已被證實(shí)含CNMP 綁定結(jié)合域，是植物細(xì)胞CNMPs 調(diào)控的主要分子開(kāi)關(guān)。已知存在兩類(lèi)CNMP 綁定結(jié)合 域 ，即 GAF［9］（mammalian cGMP-binding PDEs，Anabaena adenylyl cyclases（ACs），E. coliFhlA）和環(huán)核苷酸結(jié)合域（CNMP-binding domain，CNBD）。研究表示，CNMP 綁定結(jié)合域可能不局限于GAFs 和CNBDs，通過(guò)對(duì)植物CNMP 相互作用組分析，發(fā)現(xiàn)了一種完全不同于已知的CNMP 綁定結(jié)合域的蛋白質(zhì)組，說(shuō)明植物CNMPs 可能調(diào)控下游多個(gè)信號(hào)通路，參與多種聯(lián)級(jí)反應(yīng)［10］。目前，已知植物CNMPs 調(diào)節(jié)下游效應(yīng)蛋白的有蛋白激酶、cAMP 激活的交換蛋白（EPAC）和環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道（CNGCs）。其中，CNGCs 是主要的研究對(duì)象。CNGCs 是普遍存在植物細(xì)胞中非選擇性陽(yáng)離子通道和分子開(kāi)關(guān)，可將胞內(nèi)環(huán)核苷酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為節(jié)律性調(diào)控離子波動(dòng)的信號(hào)以及調(diào)控細(xì)胞各種生理反應(yīng)，參與植物的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程，以及抵御各種脅迫反應(yīng)。

在大麥糊粉層表達(dá)文庫(kù)中篩選鈣調(diào)蛋白（CaM）時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)植物CNGCs家族基因［11］。隨后，在其他植物中也發(fā)現(xiàn)了CNGCs［12-15］，如擬南芥（Arabidopsist?haliana）、水稻（Oryza sativa）、煙草（Nicotiana tabacum）、番茄（Solanum lycopersicum）、菜豆（Phaseolus vulgaris）、梨（Pyrus bretschneideri）、抱子甘藍(lán)（Brassica oleracea）、小麥（Triticum aestivum）、棗樹(shù)（Ziziphus jujubaMill.）等。根據(jù)CNGCs 氨基酸序列相似度及功能可以分為多個(gè)亞家族。如擬南芥CNGC 家族根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系被細(xì)分為5 個(gè)亞家族（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳa 和Ⅳb）［16］。TaCNGCs 被分為 4 個(gè)亞家族Ⅰ～Ⅳ［17］。目前對(duì)于植物CNGCs 的基因組特征、系統(tǒng)發(fā)育比對(duì)研究較為清楚。隨著對(duì)植物CNGCs 的深入研究，其生理學(xué)作用及調(diào)控分子機(jī)制有了進(jìn)展和突破，建立了CNGC 分子調(diào)控新模型［18-20］。

本研究從植物環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道的分子結(jié)構(gòu)特性、調(diào)節(jié)和離子選擇性以及功能進(jìn)行了詳細(xì)綜述，總結(jié)植物環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道在植物生長(zhǎng)發(fā)育以及脅迫反應(yīng)的新進(jìn)展，對(duì)今后植物環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道的研究方向進(jìn)行展望，以期為植物環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道研究提供參考。

1 植物CNGCs 的結(jié)構(gòu)特征

植物CNGCs 與Shaker 型K+受體電壓門(mén)控通道結(jié)構(gòu)相似，其N(xiāo) 末端和C 末端都在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，有6 個(gè)跨膜區(qū)（S1～S6），其中S4 為帶正電荷的跨膜區(qū)，在S5和S6 之間有參與離子門(mén)控的P 環(huán)。對(duì)梨和擬南芥CNGCs 結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，S4 為電壓傳感器樣功能域并且在該基序中具有許多帶正電荷的殘基，表明植物的CNGCs 具有微弱的電壓傳感器功能。用電生理學(xué)分析驗(yàn)證了CNGC 是電壓門(mén)控的離子通道［21］。P 環(huán)無(wú)規(guī)則卷曲的部分影響通道離子的選擇性和電導(dǎo)，這一點(diǎn)與對(duì)離子無(wú)選擇性的動(dòng)物CNGCs 不同。植物CNGCs 的C 末端含有高度保守的CNBD，CNBD的 αC 螺旋即 CaMBD 可結(jié)合 CaM，而動(dòng)物 CNGCs 的CaMBD 位于 N 端，二者不同［14，22］，如圖 1 所示。植物CNBD 序列不同于動(dòng)物離子通道，包含綁定環(huán)核苷酸配體磷酸根和糖的磷酸鹽結(jié)合域（PBC），以及影響配體的選擇性和結(jié)合親和力的hinge 域［15］。CaMBD 位于 CNBD 的 C 端，二者重疊部分使 CaM 與CNMPs 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合CNGC，從而引起通道蛋白的構(gòu)象和狀態(tài)改變。研究發(fā)現(xiàn)AtCNGC20 與CaM 結(jié)合是通過(guò)獨(dú)特的異亮氨酸-谷氨酰胺即IQ 基序，且該基序與CNBD 的α-螺旋相鄰但不重疊［23］。經(jīng)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，AtCNGCs 家族部分成員也含有IQ 基序［11］。此外，AtCNGC11/12 的 IQ 位點(diǎn)域通道的功能緊密相關(guān)，當(dāng)IQ 基序位點(diǎn)突變會(huì)破壞通道與CaM 結(jié)合，導(dǎo)致部分或全部通道功能喪失［24］。此外，位于核心IQ 序列N 端2 個(gè)丙氨酸殘基對(duì)結(jié)合CaM 起重要的決定作用。通過(guò)對(duì)20 個(gè)AtCNGCs 的IQ 序列酵母雙雜交（Y2H）分析，結(jié)果顯示只有部分IQ 序列與鈣調(diào)素保守結(jié)構(gòu)域相互作用。IQ 基序的近端和遠(yuǎn)端區(qū)域均不能與CaM 發(fā)生相互作用，這一發(fā)現(xiàn)表明CaM 的結(jié)合能力很可能取決于 IQ 基序位置［18］。

2 植物CNGCs 離子選擇與調(diào)節(jié)

CNGCs 是普遍存在植物體內(nèi)的非選擇性陽(yáng)離子通道。研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)AtCNGCs 與Ca2+滲透性緊密相關(guān)。通過(guò)異源表達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)AtCNGC2存在CNMP依賴(lài)性K+電流，對(duì)其他單價(jià)陽(yáng)離子，如Li+、Cs+和Rb+也有滲透性［25］，在維持細(xì)胞外低濃度Ca2+水平中發(fā)揮重要作用［26］。沉默番茄SlCNGC1和SlCNGC14基因?qū)е录?xì)胞內(nèi)Ca2+顯著減少，表明SlCNGC1和SlCNGC14可能作為Ca2+通道發(fā)揮作用［27］。對(duì)大麥進(jìn)行電生理分析，結(jié)果揭示HvCNGC2-3 通道是由Na+和K+同時(shí)存在而激活［28］。這種由2 種離子同時(shí)激活CNGC 通道的獨(dú)特性質(zhì)鮮見(jiàn)報(bào)道［21］。

CNGCs 通 道活性 受 CNMP 和 CaM 與 CNGC 可逆結(jié)合發(fā)生變構(gòu)反應(yīng)調(diào)節(jié)。cAMP 可激活通道引發(fā)胞內(nèi) Ca2+濃度增加，CaM 與 CNGC 相互作用調(diào)控 Ca2+濃度［29］。Zhang 等［29］運(yùn)用電生理學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在非洲爪蟾卵母細(xì)胞異源表達(dá)系統(tǒng)中AtCNGC11/12 的活性不受CNMPs 影響，而與CaM 共表達(dá)時(shí)AtCNGC12通道活性顯著增強(qiáng)，AtCNGC11 則無(wú)明顯變化。結(jié)果表明，CaM 對(duì)CNGCs 通道活動(dòng)和調(diào)節(jié)機(jī)制不同。研究表明，蘭尼堿受體2（Ryanodine receptor 2，RyR2）存在不同形式CaM 的分子識(shí)別特征及調(diào)節(jié)方式。CaM 和 Ca2+-CaM 結(jié)合 RyR1 中存在 2 個(gè)有重疊的結(jié)合位點(diǎn)，雙相調(diào)節(jié)RyR1 通道的活性［30］。植物CNGCs 存在 2 種 CaM 配體結(jié)合基序，即 CAmBD 和IQ CaM，不同的配體結(jié)合方式可能影響配體的調(diào)節(jié)功能。有研究提出，CaM 與 CNGCs 的 IQ 域 N 端結(jié)合并提供Ca2+依賴(lài)的反饋調(diào)控，從而精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)Ca2+信號(hào)［19］。此外，CNGCs 在不同組織和器官中可能以同源或異源聚體形式分別進(jìn)行調(diào)控。Pan 等［19］研究證實(shí)CNGCs 和CaM 參與通道活動(dòng)的調(diào)節(jié)和細(xì)胞中Ca2+濃度。CNGC8/CNGC7 與 CNGC18 形成的異源復(fù)合物通道與CaM2 結(jié)合，編碼植物花粉管發(fā)育中Ca2+波動(dòng)信號(hào)和通道活性。Tian 等［20］通過(guò)蛋白激酶BIK1 可特異磷酸化AtCNGC2 和AtCNGC4 組成的異源復(fù)合物的3 個(gè)位點(diǎn)，從而解除CNGCs 通道抑制狀態(tài)通道，促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，調(diào)控下游多個(gè)信號(hào)通路，為CNGC 的調(diào)節(jié)模式以及植物病理早期信號(hào)的感應(yīng)提出了全新的作用范式。

3 植物CNGCs 生長(zhǎng)發(fā)育功能

CNGCs廣泛存在于植物細(xì)胞并參與重要的生理過(guò)程。植物CNGCs作為陽(yáng)離子通道參與多個(gè)生理過(guò)程，目前已知擬南芥CNGCs的功能如圖2所示［6］。

植物CNGCs 在生殖發(fā)育過(guò)程中的作用已經(jīng)被廣泛研究，尤其是花粉管的生長(zhǎng)和發(fā)育。梨PbrCNGCs 表達(dá)圖譜的分析顯示，PbrCNGC14-18（Ⅲ亞家族）、PbrCNGC2、PbrCNGC7-9（Ⅳ-B 亞家族）和PbrCNGC12 -13（Ⅰ亞家族）在花粉中特異表達(dá)［14］。已有研究表明，AtCNGC18 只在花粉粒中表達(dá)，AtCNGC7、AtCNGC8、AtCNGC16 僅在花粉發(fā)育過(guò)程中表達(dá)［31］。其中，AtCNGC18 在花粉管中的發(fā)育過(guò)程中起主導(dǎo)作用。在AtCNGC18 的CNBD 結(jié)構(gòu)域點(diǎn)突變的植株中可觀察到花粉管生長(zhǎng)發(fā)育障礙，仍可透過(guò)Ca2+，但減弱了CNMP 的激活作用。此外，AtCNGC18 在原核系統(tǒng)中的表達(dá)導(dǎo)致鈣離子濃度積累，可以推測(cè)花粉管生長(zhǎng)機(jī)制可能與Ca2+相關(guān)，將CNMP 信號(hào)轉(zhuǎn)化為Ca2+流變化，說(shuō)明AtCNGC18 可能是花粉管發(fā)育和頂端生長(zhǎng)的主要Ca2+滲透通道［32］。另一個(gè)參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的Ca2+可滲透重要通道是AtCNGC2，參與植物開(kāi)花調(diào)控、開(kāi)花轉(zhuǎn)型，葉片衰老和葉片細(xì)胞鈣離子流入［26，33］。AtCNGC10 參與調(diào)節(jié)開(kāi)花時(shí)間、葉表面擴(kuò)張、下胚軸伸長(zhǎng)、重力刺激和淀粉積累等過(guò)程［34］。在相同的溫度、光照和水的條件下，抗轉(zhuǎn)錄AtCNGC10 的開(kāi)花時(shí)間比野生型植株提前10 d，其葉片積累淀粉含量幾乎是野生型植物的兩倍。目前已知AtCNGC10 可以在K+缺陷型大腸桿菌、低濃度K+酵母培養(yǎng)基中擴(kuò)增，其抗轉(zhuǎn)錄植株K+含量低于野生型，推測(cè)AtCNGC10 在維持細(xì)胞內(nèi)的K+平衡起重要作用［34］。關(guān)于植物的發(fā)芽和根生長(zhǎng)目前只發(fā)現(xiàn)可能與AtCNGC3 相關(guān)。AtCNGC3缺失突變體在高鹽的環(huán)境下種子發(fā)芽數(shù)量減少，種子質(zhì)量明顯下降［35］。擬南芥和水稻CNGCs 可能參與生長(zhǎng)素依賴(lài)性調(diào)節(jié)，經(jīng)生長(zhǎng)素處理的擬南芥幼苗完全喪失 Ca2+以及酸堿度敏感性［36］。AtCNGC14缺失突變體與野生型植物的根相比，根生長(zhǎng)和重力彎曲顯著延遲，根毛鈣信號(hào)異常，表明AtCNGC14 在調(diào)節(jié)根毛尖極性生長(zhǎng)的過(guò)程中是必要的［37］。

對(duì)煙草CNGCs基因通過(guò)組織特異性表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)，23個(gè)NtabCNGCs基因在不同的組織中差異表達(dá)，表明其在植物生長(zhǎng)和發(fā)育中是不可或缺的。其中，NtabCNGC4在種子中表達(dá)水平最高，NtabCNGC32在幼葉中表達(dá)水平最高，NtabCNGC7主要在幼花中表達(dá)，NtabCNGC11在植物莖、根和成熟葉中表達(dá)水平最高［38］。在豆類(lèi)植物中也有與CNGCs 相關(guān)的發(fā)現(xiàn)。對(duì)蒺藜狀苜蓿根中3 種可滲透鈣離子的CNGCs（MtCNGC15a/b/c）在根瘤菌和菌根共生體作用的研究中發(fā)現(xiàn)，這些通道可形成1 個(gè)具有鉀離子滲透性通道的復(fù)合物調(diào)節(jié)細(xì)胞核Ca2+的釋放［39］。

4 植物CNGCs 抵御脅迫功能

植物的生理反應(yīng)與外部環(huán)境緊密相關(guān)，包括抵御生物和非生物脅迫。不同的脅迫反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞CNMP 水平信號(hào)的發(fā)生特異性變化，CNMP 作為信號(hào)分子在調(diào)節(jié)不同抗逆生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。CNGCs 在抵御鹽脅迫過(guò)程中發(fā)揮重要作用，當(dāng)土壤中高濃度鹽積累會(huì)導(dǎo)致植物根系難以吸收和利用水分，可能會(huì)引起植株體內(nèi)的K+虧缺和NaCl 積累，對(duì)植物有一定的毒害作用［5］。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擬南芥植物暴露于高濃度的鹽（NaCl）環(huán)境下，定位于根或芽中部分AtCNGCs 的轉(zhuǎn)錄水平增加。擬南芥幼苗中AtCNGC3 可能介導(dǎo)高鹽環(huán)境下Na+轉(zhuǎn)運(yùn)，缺失AtCNGC3 的突變體會(huì)導(dǎo)致離子積累過(guò)少?gòu)亩档陀酌鐚?duì)高鹽的敏感性［35］。同樣的還有AtCNGC10 負(fù)調(diào)控?cái)M南芥的耐鹽性，過(guò)表達(dá)AtCNGC10 表現(xiàn)對(duì)高鹽環(huán)境更加敏感，互補(bǔ)后恢復(fù)敏感性，其調(diào)節(jié)機(jī)制可能是AtCNGC10 在抵御鹽脅迫時(shí)可介導(dǎo)Na+的轉(zhuǎn)運(yùn)［40］。此外，還有 AtCNGC19 和 AtCNGC20，當(dāng)?shù)厣喜糠蛀}濃度提高時(shí)表達(dá)上調(diào)，推測(cè)二者可能參與鹽脅迫引起的毒性效應(yīng)［41］。在水稻耐鹽研究中發(fā)現(xiàn)，耐鹽性植株的OsCNGC1表達(dá)下調(diào)，說(shuō)明OsCNGC1可能參與鹽敏感性反應(yīng)［42］。通過(guò)基因芯片表達(dá)譜分析研究還發(fā)現(xiàn)，千穗谷（Amaranthus hypochondriacus）幼苗中AhCNGC5 和AhCNGC17 參與對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)［43］。在鹽脅迫下，AhCNGC5表達(dá)上調(diào)，AhCNGC17下調(diào)。這些結(jié)果與AtCNGC5 和AtCNGC17 在擬南芥中的耐鹽性作用是一致［43，44］。

外環(huán)境中重金屬元素的積累會(huì)破壞植物細(xì)胞膜的通透性，在抵御金屬脅迫中，研究發(fā)現(xiàn)AtCNGC1缺失突變體可提高耐Pb2+性［45］。過(guò)表達(dá)煙草NtCBP4，增加了植物對(duì)Ni2+的耐受性和對(duì)Pb2+離子敏感。進(jìn)一步的研究表明，與野生型相比，表達(dá)缺失CaMBD 和CNBD 的NtCBP4 截短體植株可提高對(duì)Pb2+的耐受性。研究鑒定并分析煙草根和葉組織在響應(yīng)鎘脅迫的NtabCNGCs基因表達(dá)譜，結(jié)果表明，18 個(gè)NtabCNGCs表達(dá)上調(diào)［38］。NtabCNGC6和NtabCNGC7分別在葉和根中顯著表達(dá)。為研究煙草耐鎘的分子機(jī)制，對(duì)其miRNA 表達(dá)譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)nta-miR482d 的目標(biāo)基因是CNGCs。在鎘脅迫下，鎘敏感植株nta-miR482d 表達(dá)上調(diào)。表明miR?NA 在調(diào)節(jié)鎘耐受反應(yīng)中可能發(fā)揮了重要作用［46］。Moon 等［47］對(duì)擬南芥幼根 CNGCs 響應(yīng)重金屬離子的反應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，AtCNGC1、AtCNGC10、AtCNGC13 和 AtCNGC19 在 Pb2+毒性中起作用，而AtCNGC11、AtCNGC13、AtCNGC16 和 AtCNGC20 在Cd2+毒性中起作用。此外，AtCNGC1和AtCNGC13基因突變體體內(nèi)Pb2+積累減少，AtCNGC11、AtCNGC15和AtCNGC19基因突變體植物中Pb2+和Cd2+積累均減少。這些發(fā)現(xiàn)確定了特定的CNGC基因在植物重金屬脅迫響應(yīng)中的功能。

干旱是降低植物吸收和利用水分、影響正常生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素植物。Singh 等［48］年對(duì)扁豆（Lens culinaris medikus）家族的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)該家族的CNGCs 可能參與調(diào)節(jié)干旱脅迫耐受性，在不利環(huán)境下部分基因下調(diào)。Nawaz 等［38］通過(guò)反轉(zhuǎn)錄-定量聚合酶鏈（RT-qPCR）反應(yīng)分析煙草CNGCs 發(fā)現(xiàn)，NtabCNGC1、3～7、14、16、17、26～28和30～33在干旱脅迫條件下基因表達(dá)水平有顯著變化。多數(shù)NtabCNGCs表達(dá)從第2 天開(kāi)始逐漸增加，在第8 天達(dá)到高峰。在第 8 天時(shí)NtabCNGC1、6、7、28表達(dá)水平較高。表明NtabCNGCs可能參與了干旱的后期反應(yīng)。

植物對(duì)熱脅迫的早期響應(yīng)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)Ca2+實(shí)現(xiàn)的。編碼水稻16 個(gè)CNGCs，在寒冷環(huán)境下10個(gè)CNGCs 表達(dá)上調(diào)。AtCNGC6 在熱應(yīng)激條件下可以誘導(dǎo)Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)熱休克蛋白（Heat shock protein，HSP）基因的表達(dá)。隨著熱脅迫的發(fā)展，cAMP 含量增加，激活A(yù)tCNGC 通道并進(jìn)一步促進(jìn)HSP參與熱脅迫反應(yīng)［49］。缺失 AtCNGC16 的突變體抑制HSP基因的表達(dá)。AtCNGC2 和 AtCNGC4 功能的紊亂使HSP表達(dá)閾值降低；小立碗蘚中與AtCNGC2同源基因CNGCb，其缺失突變體表型與AtCNGC2 的缺失突變體表型相同均為對(duì)熱敏感，說(shuō)明其參與植物的耐熱反應(yīng)［50］。Katano 等［51］對(duì)AtCNGC2 和AtCNGC4 的研究進(jìn)一步說(shuō)明，其可能參與植物的熱脅迫響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥AtCNGC2 2 種基因缺陷型（AtCNGC2-1 和 AtCNGC2-2）幼苗，在持續(xù)3 h 熱脅迫下與野生型植物相比表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐受性。結(jié)果證明，缺失AtCNGC2 可以增強(qiáng)擬南芥幼苗對(duì)熱脅迫的耐受性。為探究AtCNGC2 缺失對(duì)熱反應(yīng)的信號(hào)通路，對(duì)各種熱效應(yīng)蛋白進(jìn)行累積分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AtCNGC2-1 和AtCNGC2-2 植株幼苗積累較多的熱效應(yīng)蛋白，而在花或葉中的熱效應(yīng)蛋白與野生型植物相當(dāng)或低于野生型植物。Thoen等［52］研究發(fā)現(xiàn)，AtCNGC4 可能是響應(yīng)熱脅迫中超敏反應(yīng)HR 信號(hào)通路中的一部分。AtCNGC4 在寒冷應(yīng)激中表達(dá)下調(diào)，在熱應(yīng)激下表達(dá)上調(diào)。Kakar 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，抱子甘藍(lán)的CNGCs 家族有26 個(gè)基因。通過(guò)RT-qPCR 分析其在不同條件下轉(zhuǎn)錄水平，結(jié)果表明，BoCNGCs基因?qū){迫敏感。26 個(gè)BoCNGCs基因中在 4 ℃孵育 24 h 后，其中 13 個(gè)BoCNGCs表達(dá)上調(diào)。其亞家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ基因表達(dá)水平與冷應(yīng)激顯著相關(guān)，其中BoCNGC17和BoCNGC23表達(dá)水平最高，而亞家族Ⅲ基因與對(duì)照組無(wú)明顯差別或略低于對(duì)照組。棗樹(shù)中ZjCNGC2和ZjCNGC4在寒脅迫下顯著下調(diào)［53］。Nawaz 等［38］研究發(fā)現(xiàn)，10 個(gè)NtabCNGCs在冷脅迫下（4 ℃持續(xù)1、2 d）基因上調(diào)。與對(duì)照組相比，NtabCNGC6和NtabCNGC7轉(zhuǎn)錄水平最高。芒果參與抗寒脅迫反應(yīng)中MiCNGC15Ⅱ轉(zhuǎn)錄水平分別在第二天、第七天和第十四天后表達(dá)上調(diào)。植物抗寒脅迫反應(yīng)可能是由CNGCs 調(diào)節(jié)的鈣信號(hào)引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)［54］。

在抵御病原體脅迫的過(guò)程中，目前報(bào)道參與擬南芥植物病原微生物免疫反應(yīng)響應(yīng)的有4個(gè)基因［55］，即AtCNGC2、AtCNGC4、AtCNGC11和AtCNGC12。最新研究通過(guò)非洲爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)和雙電極電壓鉗試驗(yàn)揭示了AtCNGC2、AtCNGC4在免疫響應(yīng)早期應(yīng)答形成的關(guān)鍵鈣離子通道復(fù)合物及其活性調(diào)控機(jī)制［20］。當(dāng)AtCNGC2或AtCNGC4單獨(dú)表達(dá)時(shí)都不能形成鈣離子活性通道；但當(dāng)二者同時(shí)表達(dá)時(shí)，可形成鈣離子活性的通道，暗示植物體內(nèi)AtCNGC2和AtCNGC4可能相互作用形成鈣離子通道。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鈣調(diào)蛋白作為門(mén)控分子與AtCNGC2-AtCNGC4通道相結(jié)合，使通道保持關(guān)閉狀態(tài)；在病原體侵染時(shí)，宿主細(xì)胞通過(guò)PRRs 感知PAMPs，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加，CNGC2-CNGC4-CaM 復(fù)合物被PTI信號(hào)通路上游的類(lèi)受體胞質(zhì)激酶BIK1 特異性磷酸化從而激活通道，介導(dǎo)胞外Ca2+內(nèi)流，啟動(dòng)下游Ca2+依賴(lài)的PTI 免疫反應(yīng)。這一試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，植物CNGCs家族可能以復(fù)合體發(fā)揮作用，同時(shí)揭示了植物一種新的鈣信號(hào)編碼的分子機(jī)制［20］。對(duì)菜豆的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中存在立枯絲核菌時(shí)PvCNGC2轉(zhuǎn)錄上調(diào)，經(jīng)過(guò)木霉處理后下調(diào)。推測(cè)PvCNGC2參與病原防御相關(guān)反應(yīng)［56］。沉默小麥TaCNGC14和TaCNGC16基因可降低HR 反應(yīng)并增加植物的抗性［17］。在向日葵（Helianthus annuus）黃萎病菌抗性植株中發(fā)現(xiàn)，某些CNGCs 的表達(dá)水平顯著提高，這表明CNGCs 可能參與 HR 反應(yīng)［57］。Kakar 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，黃單胞菌病原體（Xanthomonas campestrispv. Campestris，Xcc）引起B(yǎng)oCNGCs 第Ⅰ、Ⅱ亞家族中 10 個(gè)BoCNGs表達(dá)上調(diào)，與植物抗寒脅迫的 CNGCs 結(jié)果一致。Zhang 等［27］用轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析蘋(píng)果響應(yīng)楊樹(shù)潰瘍病（Botryosphaeria dothidea）的過(guò)程，其中與AtCNGCs第Ⅰ亞家族同源基因MdCNGC1顯著上調(diào)，表明在植物對(duì)病原體的防御過(guò)程可能起負(fù)調(diào)節(jié)作用。Nawaz 等［38］在煙葉中的表達(dá)并接種黃瓜花葉病毒（Cucumber mosaic virus，CMV）、馬鈴薯Y 病毒［Potato virusY（PVY）］、BSD 病毒（Phytophthoranicotianae，BSD）3 種不同的病毒，發(fā)現(xiàn)3 種病毒均引起NtabCNGCs表達(dá)水平顯著變化。BSD 處理的植物中，19 個(gè)NtabCNGCs基因的表達(dá)上調(diào)，其中大多數(shù)基因顯示較晚響應(yīng)，表達(dá)水平顯著升高的是NtabCNGC31。CMV病毒誘導(dǎo)23個(gè)NtabCNGCs顯著上調(diào)，第一、第四亞家族基因轉(zhuǎn)錄水平波動(dòng)明顯，其中NtabCNGC29的表達(dá)最高。在PVY 試驗(yàn)中，少數(shù)第一、第四亞家族基因顯著應(yīng)激表達(dá)，其中NtabCNGC2響應(yīng)最早，NtabCNGC33響應(yīng)最晚。

5 展望

植物細(xì)胞中CNGCs 作為CNMPs 的重要受體之一，引起人們的廣泛關(guān)注和研究。目前，對(duì)植物CNGC 的研究取得了一定的進(jìn)展，研究的焦點(diǎn)主要是CNGCs基因鑒定與分組、CNGCs的結(jié)構(gòu)域等。植物基因組分析顯示，植物CNGCs 相較于動(dòng)物是一個(gè)龐大的家族，且植物和動(dòng)物的CNGCs是分開(kāi)進(jìn)化的，暗示植物CNGCs 的功能及分子機(jī)制可能不同于動(dòng)物。隨著細(xì)胞電生理技術(shù)、植物基因組測(cè)序和基因組研究方法的發(fā)展，推進(jìn)了CNGCs基因的鑒定、離子通道選擇性和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中生理功能的研究，有望闡明CNGC 功能作用的分子機(jī)制。但目前關(guān)于植物CNGCs 的精準(zhǔn)功能作用及分子機(jī)制的研究還相對(duì)滯后，為進(jìn)一步的研究和證實(shí)CNGC 的功能，可以嘗試進(jìn)一步探索CNGCs 在不同類(lèi)型植物中的亞細(xì)胞定位以及作用，如利用功能缺陷性突變體來(lái)確定CNGC 的作用及可能的分子機(jī)制。

此外，需要確定CNGC 的工作模式。動(dòng)物中CNGC 以異源四聚體的形式發(fā)揮作用，推測(cè)植物CNGCs 也是通過(guò)這種機(jī)制發(fā)揮作用，比如現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)AtCNGC7/8 與AtCNGC18 可能會(huì)形成異源四聚體發(fā)揮作用，同時(shí)有研究表明AtCNGC7、AtCNGC8 與AtCNGC18 的表型一致且均屬于第三亞家族。AtCNGC2 與AtCNGC4 可能以異源四聚體形式編碼Ca2+信號(hào)波動(dòng)參與植物細(xì)胞免疫反應(yīng)，同時(shí)有報(bào)道AtCNGC2 和AtCNGC4 突變體具有免疫異常表型且CNGC2 與CNGC4 同屬Ⅳ-B 亞家族。那么，在今后的研究中有必要探索表型一致或同一分組是否可以通過(guò)組裝多聚體來(lái)發(fā)揮作用，比如AtCNGC19/20、OsCNGC12/13 等。除上述外，在植物中各類(lèi)信號(hào)分子是如何動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)CNGCs 這一分子開(kāi)關(guān)，以及如何調(diào)控分子或蛋白的信息傳遞是今后研究的重點(diǎn)。