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该综述聚焦植物 - 微生物互作中的肽，梳理其功能多样性与药理应用。内容涵盖植物源肽（如 NCR、RALF、CLE 等家族）和内生菌源肽（如芽孢杆菌脂肽）的作用，还探讨分离技术、多组学及 AI 等方法，分析挑战与前景，为农业和医药提供新思路。
1. 引言
植物与微生物的互作是维持生态系统功能和推动进化的核心动力之一。次级代谢物广泛参与植物防御反应、共生关系建立和环境适应等生理过程。其中，肽作为细胞表面动态调节的关键介质和抗病原微生物的活性分子，通过靶向病原体细胞膜发挥直接抗菌作用、介导根际微生物定殖、通过细胞外囊泡进行长距离信号传导、调节免疫反应以及整合激素信号系统等，在植物 - 微生物互作中发挥着核心作用。然而，肽分子在植物 - 微生物互作中的功能多样性仍需全面探索，其独特的结构配置和功能可塑性使其在可持续农业发展和药物创新中展现出显著的应用潜力。
2. 调控植物 - 微生物系统共生的功能肽
2.1 植物源肽
植物肽在植物与微生物的共生过程中，如共生关系建立和养分协调等方面发挥着关键作用，主要包括富含半胱氨酸的肽家族（如 NCR、DEF、nsLTP、RALF 家族）和翻译后修饰肽家族（如 CLE、CEP、GLV/RGF、PSK 家族）。
- 富含半胱氨酸的肽家族：豆科植物在与土壤细菌的固氮共生过程中产生 NCR 肽，通过信号通路调控植物 - 根瘤菌的相互作用，穿透细菌膜以协调细菌分化；DEF 作为免疫活性肽参与菌根共生调控，如小麦 MtDef4.2 的过表达可赋予对小麦叶锈菌的抗性，且不影响菌根共生；nsLTP 广泛存在于植物中，参与共生膜动态变化，如紫云英来源的 AsE246 促进脂质向共生体膜的运输，桤木的 AgLTP24 诱导弗兰克氏放线菌的基因表达；RALF 作为 CrRLK1L 受体激酶（如 FERONIA）的配体，通过调节细胞壁完整性、细胞外 pH 变化和活性氧（ROS）爆发等，调控植物发育和免疫，如苜蓿中 MtRALFL1 的过表达会导致结瘤模式的改变。
- 翻译后修饰肽家族：CLE 肽调控植物发育和微生物相互作用，如苜蓿 MtCLE53 在缺磷条件下表达降低，但在磷充足和丛枝菌根真菌（AMF）定殖时被诱导，番茄 SlCLE11 则抑制菌根发育；CEP 作为种子植物中重要的矿质营养调节剂，也介导植物 - 真菌共生，如 SlCEP2 通过下调参与生长素合成和信号传导的蛋白质，增强番茄侧根形成；GLV/RGF 肽家族调控根毛发育和分生组织维持，如苜蓿 MtRGF3 抑制结瘤相关基因表达，GOLVEN10 通过调节关键转录通路影响根形态、结节发育和植物 - 环境相互作用；PSK 是酪氨酸硫酸化的翻译后修饰五肽，调控细胞增殖和分化、根系生长、非生物胁迫响应和先天免疫，如根际细菌诱导的 MtPSK-ε 外源应用时可刺激根伸长、侧根形成和结瘤。
此外，其他肽如阳离子抗菌肽（CAMPs）在植物 - 微生物共生系统中也发挥重要作用，其可显著上调根瘤菌 SUTN9–2 中的特定基因表达，影响其共生建立效率。
2.2 内生微生物源肽
内生菌作为定殖在健康植物组织中的特殊微生物群落，通过合成生物活性次级代谢物（如肽类化合物）来适应宿主微环境，同时促进宿主生长和增强胁迫抗性。
- 芽孢杆菌属产生的脂肽：如表面活性素、丰原素和伊图林等脂肽抗生素具有抗真菌活性，其浓缩提取物可通过改变膜通透性破坏细菌细胞表面超微结构；从木薯发酵产品中分离的解淀粉芽孢杆菌的细菌素枯草菌素 A 和脂肽伊图林 A / 表面活性素，对单核细胞增生李斯特菌或蜡样芽孢杆菌等病原体具有双重作用，同时具有作为生物表面活性剂的潜力；从水稻根部分离的解淀粉芽孢杆菌 WH1 产生的 WH1-fungin 是一种广谱抗真菌脂肽，其作用机制包括抑制真菌细胞壁葡聚糖合成和结合线粒体 ATP 酶以通过线粒体依赖途径激活细胞凋亡；玉米相关芽孢杆菌的脂肽可通过上调防御相关基因诱导系统获得性抗性，棉花内生解淀粉芽孢杆菌 41B-1 的伊图林可激活植物防御反应并介导病原体相关分子模式触发的免疫。
- 木霉菌产生的肽菌素：如来自拟康氏木霉的 Trichokonins VI（TK VI）通过诱导程序性细胞死亡对尖孢镰刀菌等植物真菌病原体表现出抗菌活性；长枝木霉的 Trichokonins A（TKA）对革兰氏阴性菌水稻黄单胞菌具有抗菌活性；来自绿色木霉的 18mer 肽菌素在木霉菌与植物之间的化学通讯中起关键作用，有效触发植物防御反应。
此外，从多种内生菌来源中还分离出其他抗菌肽，如从颠茄芽中的内生链霉菌 AB100 培养物中分离出含哌嗪酸的新肽 JBIR-39 和 JBIR-40 的同源物，对枯草芽孢杆菌具有抗菌活性；从越南槐的内生真菌炭角菌属中鉴定出两种新型环五肽（xylapeptides A 和 B），其中 xylapeptide B 对枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌具有强效抗菌作用。
3. 防御病原体的生物活性植物源肽
植物通过物理屏障（如角质层和细胞壁）、抗菌化合物（植物抗毒素）以及两层免疫系统（模式触发免疫 PTI 和效应器触发免疫 ETI）来抵御病原体。其中，抗菌肽（AMPs）作为核心效应分子，通过直接抗菌活性和增强宿主抗性发挥作用，主要包括 LTP、橡胶素样肽、硫素、防御素、蛇毒素和 RALF 等。
- LTP：可由环境胁迫（如干旱、寒冷、盐碱条件）以及细菌和真菌病原体诱导产生，参与毛状体发育，形成对抗病原体和节肢动物的物理屏障，还参与角质单体和蜡的运输，增强细胞壁的机械强度；如转基因水稻表达洋葱同源基因（Ace-AMP1）编码的非特异性脂转移蛋白（nsLTP），对稻瘟病菌、立枯丝核菌和水稻黄单胞菌具有抗菌活性，转基因小麦表达 Ace-AMP1 对小麦白粉菌具有抗真菌活性。
- 橡胶素样肽：含有结合病原体细胞壁几丁质的结构域，通常表现出显著的抗真菌活性，如从基拉小麦种子中纯化的新型橡胶素样肽 WAMP-1a 通过抑制几丁质酶活性抑制尖孢镰刀菌和茄镰刀菌；银杏中鉴定的橡胶素样肽银杏肽，对黑曲霉和尖孢镰刀菌具有抑制作用，且对热、酸、外肽酶和内肽酶降解具有显著抗性。
- 硫素：通过将其两亲性 α- 螺旋结构插入细菌或真菌膜磷脂双层，导致膜电位崩溃和细胞质内容物泄漏，从而发挥抗菌作用，如小麦胚乳的 β- 嘌呤硫素具有广谱抗菌活性，其编码基因导入拟南芥后可显著抑制丁香假单胞菌和尖孢镰刀菌的生长；水稻中的硫素作为防御相关抗菌肽，通过膜破坏和激素调节的防御途径抑制根结线虫和禾谷疫霉的定殖，增强抗性。
- 防御素：利用保守的 γ- 核心结构域特异性结合真菌细胞膜中的麦角固醇，破坏膜完整性并诱导活性氧（ROS）爆发，如豌豆的 PsD1 通过与真菌包膜上的鞘脂相互作用并诱导膜透化，抑制多种真菌物种的生长；菠菜叶中分离的 So-D2 和 So-D7 防御素分别对植物病原体马铃薯环腐病菌和青枯雷尔氏菌表现出不同的抗菌活性。
- 蛇毒素：不仅可直接消灭病原体，还可激活植物系统获得性抗性（SAR），如马铃薯 Snakin-1 通过水杨酸（SA）信号级联诱导病程相关蛋白 PR1 的积累并放大防御反应，转基因番茄表达 snakin-2 对密歇根棒状杆菌表现出增强的抗性。
- RALF：作为植物内源性肽激素，与受体激酶 FERONIA（FER）的异源复合物结合，通过破坏 FLS2-BAK1 受体复合物抑制模式触发的免疫反应（如 ROS 爆发）；真菌病原体分泌模拟植物 RALF 的 F-RALF 肽，激活 FER 信号传导，从而抑制宿主免疫并促进感染；如水稻中病原体诱导的肽 OsRALF26 分泌到细胞外空间，通过 FLR1 识别诱导抗病性，并具有跨植物组织的长距离运输能力。
4. 医药领域的生物活性肽开发
植物 - 微生物互作中的肽因其结构可塑性、靶点特异性和生物相容性等优势，在医药应用中展现出显著的治疗潜力，尤其是在抗菌和抗肿瘤应用方面。
- 抗菌应用：许多植物肽对人类病原体表现出广谱抗菌活性，如防御素 DmAMP1、HsAFP1 和 RsAFP2 对烟曲霉、白色念珠菌、克氏念珠菌和增殖镰刀菌等临床病原体具有增强的疗效；水稻防御素 OsAFP1 通过诱导细胞凋亡和靶向细胞壁成分，有望成为对抗人类病原真菌的候选药物；甜紫罗兰中的多种环肽对多种人类病原体（如鼠伤寒沙门氏菌 LT2、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）表现出广谱活性；来自仙人掌的 bleogens 对白色念珠菌和热带念珠菌具有强效抗真菌活性，且对哺乳动物细胞无细胞毒性；内生菌源肽如枯草芽孢杆菌 TR47II 的伊图林和丰原素对多种革兰氏阴性细菌具有抗菌活性，且对哺乳动物细胞无毒。
- 抗病毒应用：环肽 cycloviolacin O2（CyO2）破坏病毒完整性并增强抗逆转录病毒药物的疗效；来自糖胶树的胱氨酸结 α- 淀粉酶抑制剂型 knottins（alstotides）作为细胞穿透抑制剂，可对抗传染性支气管炎病毒（IBV）和登革热病毒；丝瓜的 Luffin P1 有效抑制 HIV 复制和运输；亚洲药用植物儿茶中鉴定的新型生物活性肽 Pep-RTYM 通过防止病毒与细胞受体相互作用，有效抑制登革热病毒（DENV）。
- 抗肿瘤应用：从欧洲红豆杉的内生真菌中发现的肽 leucinostatin A 具有抗癌和抗真菌特性，可通过下调前列腺基质细胞中的胰岛素样生长因子 - I（IGF-I）表达来抑制前列腺癌生长；来自植物内生镰刀菌的环六肽 beauvericin（BEA）通过活性氧（ROS）依赖途径诱导癌细胞凋亡，对多种癌症具有显著的抗癌特性；美国槲寄生的 Pyrularia 硫素对宫颈癌细胞（HeLa）和小鼠黑色素瘤细胞（B16）具有抗癌活性；植物防御素 PaDef 对慢性粒细胞白血病和乳腺癌 MCF-7 细胞系具有生物技术潜力。
- 其他应用：在代谢紊乱和神经退行性疾病方面，从盐生植物相关真菌中分离出的五种独特环脂肽 colletotrichamides A-E 具有神经保护活性，其中环肽 C 在 HT22 细胞中表现出强大的神经保护活性；来自内生真菌的两种已知环肽（BZR-cotoxin I 和 BZR-cotoxin IV）显示出适度的乙酰胆碱酯酶抑制、抗脂质过氧化和脲酶抑制活性；从黄瓜根内生真菌中鉴定出的环肽对脲酶和 α- 葡萄糖苷酶具有显著抑制作用，可用于糖尿病干预。
5. 肽的发现方法
早期肽的发现采用植物组织分离纯化结合生物活性导向筛选的方法，包括从植物组织或共生微生物培养物中获取粗提取物、通过生物活性分析鉴定活性组分、利用色谱技术纯化活性成分、通过质谱和氨基酸分析进行结构解析等步骤，One Strain Many Compounds（OSMAC）策略通过修改培养条件或实施微生物共培养系统来诱导新肽的产生，提高了肽的多样性，但传统方法存在耗时、劳动强度大以及检测和表征低丰度肽的挑战。
随着技术的发展，组学技术为全面阐明功能肽提供了新途径。基因组和转录组方法可用于挖掘肽编码基因，如通过测序植物或共生微生物基因组，利用生物信息学策略识别信号肽序列、小分子量前体蛋白或 NRPS/RiPP 合酶基因簇，以预测潜在的生物活性肽；蛋白质组学（尤其是分泌组分析）可用于检测植物在特定刺激下分泌到生长培养基或细胞间隙中的小蛋白质 / 肽；代谢组学利用基于质谱的技术揭示模式生物中的新肽代谢途径；综合多组学方法（如结合转录组、代谢组和蛋白质组数据）可阐明外源肽处理后植物防御途径的系统激活。
生物信息学和人工智能（AI）在功能肽发现中也发挥着重要作用。大型抗菌肽（AMP）数据库（如 DAMPD、CAMP、LAMP、DRAMP、KNOTTIN）为研究提供了关键资源，基于这些数据集开发的机器学习（ML）模型（如卷积神经网络 CNN 和循环神经网络 RNN）可预测新序列的抗菌活性，AI 还可通过进化算法和生成模型（如 GAN、VAE）进行从头肽设计，探索化学空间以优化抗菌功效和降低毒性。
6. 挑战与展望
当前功能肽研究面临以下挑战：系统机制研究不足，数千种候选肽的生物学功能和机制尚未明确，且肽的功能常表现出多效性，其机制受环境因素、宿主生物和微生物群落的协调调节；肽的稳定性和实际生产存在挑战，肽通常易受蛋白酶降解，在自然环境和人体生理系统中不稳定，需优先考虑增强肽的稳定性和降低生产成本；肽的环境影响需要长期评估，如在农业应用中可能破坏土壤微生物群落和生态平衡。
为应对这些挑战，可采取以下策略：整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学数据，全面阐明肽的作用机制；利用结构生物学方法和分子模拟来表征肽 - 靶标相互作用，为合理肽设计提供见解；利用合成生物学平台高效、有针对性地生物合成植物源肽，加速其从基础研究向工业应用的转化；通过减少肽的免疫原性、增强稳定性和开发新型递送系统，加速临床转化；在农业应用中，开发缓释载体等配方技术和递送方法，延长田间药效，同时监管机构需逐步完善生物农药的评估框架，促进产业化。
总之，肽作为植物 - 微生物互作的新兴介质，在农业和医药领域将发挥越来越重要的作用。通过跨学科创新和产业合作，最大限度地发挥其应用潜力，将为农业生产力和人类健康提供可持续的解决方案。
