草莓Ste20同源蛋白FvM4K1通过Hippo信号通路调控器官大小的分子机制

这篇研究揭示了森林草莓（Fragaria vesca）中Ste20同源激酶FvM4K1通过Hippo信号通路调控器官大小的新机制。研究发现FvM4K1能自磷酸化（Thr396）并磷酸化下游支架蛋白FvMOB1A/B（Thr35/36），正向调控细胞增殖与扩张，与动物Hippo通路的抑制作用相反。该成果为作物改良提供了新靶点，并拓展了对植物Hippo通路功能演化的认知。

　　

草莓Ste20同源蛋白FvM4K1的功能鉴定

研究团队在森林草莓中鉴定出Ste20家族激酶FvM4K1（FvH4_4g29800），其激酶结构域（KD）位于蛋白中部（aa238-494），与动物中N端或C端KD的分布模式显著不同。系统进化分析显示，FvM4K1与拟南芥AtSIK1、果蝇Hpo及人类Mst1/2聚为一支（图1a）。通过AlphaFold预测的三维结构揭示，FvM4K1的KD包含典型甘氨酸环（G-loop）和激活环（A-loop），其中Lys269（ATP结合位点）和Thr396（自磷酸化位点）对激酶活性至关重要（图1c）。

功能互补实验证实，FvM4K1能部分挽救酵母ste20Δ突变体的出芽缺陷（图1d），并完全恢复拟南芥atsik1-4突变体的矮化表型（图1e），表明其功能保守性。值得注意的是，FvM4K1在植物中呈现独特的正向调控作用——RNAi敲低导致草莓植株矮小、果实缩小（减少23%-50%），而过表达则引起器官过度生长（图2,3），这与动物Ste20抑制生长的功能形成鲜明对比。

Hippo通路核心组分的互作与磷酸化

研究首次在草莓中发现Hippo通路支架蛋白FvMOB1A（FvH4_5g23830）和FvMOB1B（FvH4_1g08580）。酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）实验证实，FvM4K1通过其N端与FvMOB1s相互作用，且该过程依赖激酶活性（图5,6）。体外激酶实验进一步揭示，FvM4K1能磷酸化FvMOB1A（Thr35）和FvMOB1B（Thr36），而激酶死亡突变体（K269E）或自磷酸化缺陷突变体（T396A）则丧失该能力（图6b-d）。

激酶活性的分子基础

截短体ΔNFvM4K1的体外实验显示，其自磷酸化依赖于Thr396，而双突变体K269E/T396A完全丧失活性（图4a）。在拟南芥互补实验中，FvM4K1^T396A仅能短暂挽救atsik1-4的表型，而K269E则完全无效（图4b），证实激酶活性与自磷酸化对功能缺一不可。这种调控机制与人类Mst1/2中保守的Thr183磷酸化类似，但植物特有的KD位置可能改变了信号传递逻辑。

植物Hippo通路的进化重塑

与动物不同，草莓Hippo通路呈现"功能反转"：

1. 结构简化：FvM4K1缺乏动物中SARAH结构域，无法与WW支架蛋白（如Sav）结合，可能直接磷酸化NDR激酶激活生长相关转录因子（图7）。

2. 发育适配：植物需要持续细胞增殖以支持不定生长，FvM4K1可能通过激活细胞周期基因（如CYCB2;1）和转录因子（GRF/ANT）促进扩张（图2l）。

3. 繁殖保守性：FvM4K1-RNAi导致花粉萎缩和胚珠败育（图3c,d），与动物Hippo突变体的生殖缺陷呼应，显示该通路在繁殖中的功能保守性。

农业应用前景

该研究为草莓果实大小调控提供了新靶点。通过精准编辑FvM4K1磷酸化位点或调控其与FvMOB1s的互作，有望定向改良作物产量。未来需解析FvM4K1-NDR激酶网络与植物激素（如油菜素内酯BR）的交叉调控，以优化生物技术育种策略。