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植物类受体激酶（RLK） 在植物生长、发育和防御中发挥着至关重要的作用。在植物复杂性不断递增的进化过程中，RLK可能不断获得一系列新的调控机制，其中包括增加抑制或激活受激酶活力的调控因子。因此，阐明激酶调控因子的进化及其与类受体激酶共进化的机制，对于理解植物类受体激酶如何调控不断增长的植物复杂生命过程具有重要的意义。
近日，陕西师范大学吴光教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“Kinase regulators evolved into two families by respective gain and loss of ability to bind plant steroid receptors”的研究论文，首次系统的阐明了膜结合激酶调控因子（BKI1/MAKR）家族功能进化的分子机制。
BKI1是油菜素内酯受体激酶BRI1的负调控因子 (Wang and Chory, 2006) ，其与另外6个同源蛋白MAKR形成一个家族 (Jaillais et al., 2011) 。已有的研究表明BKI1/MAKR参与调控类受体激酶的功能，从而调控众多的植物生长发育过程，并阐明了部分成员的作用机制 (Novikova et al., 2021) 。然而对它们如何进化衍生如此多样的生物学功能尚未有报道。
本研究通过系统发育分析及基因工程方法验证，发现BKI1/MAKR家族在进化中发生了多次基因复制和新功能分化。进一步研究表明BKI1/MAKR分别通过多次反复增强和丢失其固有的可与BRI1互作的能力，从而各自提高抑制植物生长的功能或其它生物学功能，分别演化产生BKI1家族和MAKR家族。BKI1家族必需结合到质膜才能起抑制植物生长发育的作用 (Wang and Chory, 2006; Jaillais et al., 2011) ，而BKI1家族的古老分枝的成员可以与BRI1互作，但定位于细胞核；相反，衍生分枝的成员既可以与BRI1互作又定位于细胞膜，而中间分枝的成员可以与BRI1互作并定位于细胞核，细胞质和细胞膜。通过结构域互换实验，发现BKI1家族的互作能力为古老的起源，而在进化过程中可能通过亚细胞定位的改变，获得了与油菜素内酯受体BRI1在质膜互作的机会，进而通过抑制BRI1的激酶活力来抑制植物生长发育。因此，研究人员提出BRI1家族和BKI1家族可能存在共进化，进而增强了各自的生物学功能。相反，MAKR家族在进化过程中，进一步通过基因复制和多次丢失可与BRI1互作的能力，产生与BRI1无关的新功能，最终在被子植物中产生了5个生物学功能各异的成员。
综上所述，该研究揭示了BKI1/MAKR通过不断获得和丢失同一功能而形成两个家族的进化机制，这有助于增加人们对激酶调控因子家族的功能及其演化的认识，或可为厘清作为进化源泉的基因复制及新功能化机理奠定基础，提供依据。
陕西师范大学生命科学学院博士研究生魏强和刘婧为论文的共同第一作者，陕西师范大学生命科学学院吴光教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等的资金支持。
参考文献：
Jaillais, Y., Hothorn, M., Belkhadir, Y., Dabi, T., Nimchuk, Z.L., Meyerowitz, E.M., and Chory, J. (2011). Tyrosine phosphorylation controls brassinosteroid receptor activation by triggering membrane release of its kinase inhibitor. Genes Dev 25, 232-237.
Novikova, D.D., Korosteleva, A.L., Mironova, V., and Jaillais, Y. (2021). Meet your MAKR: the membrane-associated kinase regulator protein family in the regulation of plant development. FEBS J.
Wang, X., and Chory, J. (2006). Brassinosteroids regulate dissociation of BKI1, a negative regulator of BRI1 signaling, from the plasma membrane. Science 313, 1118-1122.
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac568
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