Plant Com | 河南农业大学吴刘记团队受邀综述植物新型小肽的鉴定方法与作用机制

近日，河南农业大学吴刘记团队在 Plant Communications上在线发表了题为 “Plant non-canonical peptides: from identification to mechanisms” 的综述论文。该论文系统阐述了植物小肽（特别是新型小肽）的分类、鉴定策略、作用机制及农业应用前景，并重点介绍了多肽基因组学（Peptidogenomics）在规模化鉴定新型小肽方面的关键作用，为基于小肽的作物改良与生物技术创新提供了新视角。

作为固着生物，植物依靠复杂的信号网络协调生长、发育与环境适应。小肽是一类重要的信号分子，在此过程中发挥关键作用。自1991年首个植物小肽——番茄系统素被发现以来，CLAVATA3、植物激发子肽（Peps）等重要小肽的功能相继被揭示。按照小肽的来源，植物小肽可以进一步分为经典小肽、非经典小肽（新型小肽）和非核糖体肽。其中，非经典小肽源自基因组中先前注释为“非编码”的区域（如基因间区、UTR区、内含子区等），其鉴定与功能研究已经成为小肽研究领域的难点与前沿。

（1）植物小肽的系统性分类

系统梳理了植物小肽的多样化来源（图1），将其分为三大类：经典小肽、新型小肽和非核糖体肽。其中，经典小肽（CPs）来源于具有明确功能域的前体蛋白，可进一步分为翻译后修饰肽、富含半胱氨酸肽等；新型小肽（NCPs）来源于基因组的“非编码”区域，主要包括：UTRs编码的小肽、lncRNA编码的小肽、miRNA编码的小肽和circRNA编码的小肽；非核糖体肽则独立于经典的转录翻译路径，由非核糖体肽合成酶催化多种蛋白源或非蛋白源氨基酸组装而成。

图1 植物小肽的分类与多样性

（2）小肽鉴定技术的发展与革新

系统回顾并比较了植物小肽鉴定的方法及其发展。早期依赖生物活性导向的纯化和表型驱动的遗传学分析，虽能鉴定关键功能肽，但通量低、且对功能冗余肽段不敏感。生物信息学预测依赖于已知序列特征，难以发现全新的新型小肽。 本研究团队发展了多肽基因组技术策略，通过将质谱数据与全基因组六框翻译或翻译组数据构建的定制化数据库相结合，实现了对经典小肽与新型小肽的大规模鉴定（图2）。应用该策略，团队已在玉米中鉴定出上千个新型小肽，具有各种各样的生物性功能。

图2 鉴定植物内源小肽的多肽基因组工作流程

（3）植物小肽发挥功能的分子机制

进一步总结了植物小肽发挥功能的四种核心分子机制（图3）：在细胞外，分泌型小肽通常作为配体与质膜受体激酶结合，激活MAPK、钙离子等下游信号通路，从而调控植物发育与免疫应答；在细胞核内，miRNA前体编码的小肽能够直接结合其对应pri-miRNA的启动子，增强转录，形成正反馈调控环路；在翻译层面，UTR区编码的小肽能够影响核糖体扫描或再起始过程，精细调控下游基因的翻译效率；此外，部分小肽在细胞内直接作为分子伴侣或结构组分，通过与特定靶蛋白相互作用，调控其定位、稳定性或生物学活性。

图3 植物小肽发挥功能的典型分子机制

（4）挑战与未来展望

尽管前景广阔，植物小肽研究仍面临鉴定技术复杂、功能冗余难以解析、外源应用成本高且稳定性差等挑战。未来，整合高分辨率质谱、人工智能预测、全长测序和合成生物学，构建跨物种、多条件的植物多肽图谱，将是破解其功能密码的关键。同时，开发基于植物细胞工厂的规模化生产平台和纳米载体递送系统，将加速肽类生物刺激剂或植物保护剂的商业化应用，最终服务于可持续农业发展。

河南农业大学吴刘记为本文的通讯作者，团队青年教师王顺喜、张静华以及上海中科新生命生物科技有限公司高晓静为共同第一作者。吴刘记及其研究团队专注于植物小肽（尤其是新型小肽）研究领域，经过近十年坚持不懈的探索和努力，从首次建立植物多肽组技术到探索解析新型小肽在玉米中的抗病功能及在动物疾病感染治疗中的显著作用（学科交叉工作），取得了系列创新性成果。近五年，相关成果以通讯作者发表在Science Advances（2025）、Cell Reports（2024）、以及Molecular Plant（2020；2022）、iMeta（2024）、Trends in Plant Science（2023）等国际权威期刊，相关成果引领了国内植物多肽组的发展，开拓了植物新型小肽研究新方向。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及河南省重点研发专项等项目的资助。