植物受体样激酶（receptor-like kinases, RLKs）构成陆生植物中最大且最古老的蛋白家族之一。它们定位在质膜上，感知多种细胞外信号，并协调对植物生长、发育、免疫以及环境变化适应至关重要的细胞内响应。过去二十年间，关于RLKs如何调控植物生命活动几乎所有方面的知识呈爆炸式增长。关键在于，这些知识已被转化为作物改良的实际应用。本文总结了RLK介导策略在改善株型与产量、增强对食草昆虫和微生物病原体的生物胁迫抗性，以及提升对高温、低温、干旱和盐碱等非生物胁迫耐受性方面的显著成就。我们还讨论了如何通过基因组编辑、启动子工程及其他生物技术手段将RLKs用作精准分子靶标，从而为可持续作物改良提供路线图。
1. 引言
粮食是人类的首要必需品。由于全球人口不断增长，对粮食数量和品质的需求持续增加。然而，气候变化和耕地减少对粮食作物的生产力和适应性提出了新的挑战。因此，育种家和植物科学家面临改良现有作物品种或开发具有更高产量和更强抗逆性的新品种的压力。过去一个世纪，育种策略已从传统杂交选育发展为尖端生物技术。基因组编辑尤其是CRISPR-Cas9技术的出现，通过在特定基因组位点进行精准修饰，以前所未有的精确性和速度彻底改变了性状改良。作物育种正进入精准设计的新时代，有望培育出满足未来农业需求的抗逆且营养丰富的作物。在分子水平上，改造控制植物生长、发育和胁迫响应的关键调控基因具有推动这一进程的巨大潜力。在这些调控组分中，受体样激酶（RLKs）已成为介导环境信号和细胞内通讯的关键因子。
2. 植物中的RLKs与跨膜信号转导
RLKs由一个庞大的基因家族编码，在许多植物基因组中约占编码基因的1%–2.5%。植物RLKs属于RLK/Pelle超家族，该超家族也包括动物Pelle受体激酶。系统发育分析表明，RLK/Pelle激酶与已充分研究的动物受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases, RTKs）具有单系起源。RLK/Pelle和RTK家族均经历了广泛的谱系特异性扩张，主要由串联重复和全基因组复制事件驱动。这些扩张被认为与多细胞性的进化以及复杂细胞间通讯需求的增加密切相关。典型植物RLKs是跨膜蛋白，由N端胞外结构域（extracellular domain, ED）、单次跨膜片段和C端胞内激酶结构域（kinase domain, KD）组成。KD相对保守，采用典型的双叶激酶结构，催化ATP的γ-磷酸转移至下游蛋白底物，从而调节其功能。相比之下，RLKs的ED在大小和结构上差异显著，赋予其对多种信号配体（如肽、碳水化合物、激素和病原体相关分子）的识别特异性。根据ED结构，RLKs被分为不同亚家族。最大的RLK亚家族含有由不同数量亮氨酸重复序列（leucine-rich repeat, LRR）组成的ED，在所有已研究植物基因组中编码基因数量最多。其他主要亚家族包括S结构域RLKs（SRKs）、壁相关RLKs（WAKs）、凝集素RLKs（LecRLKs）、类malectin RLKs和富含半胱氨酸重复序列RLKs（CRKs）。值得注意的是，植物RLK超家族还包括一类缺乏ED的受体样胞质激酶（receptor-like cytoplasmic kinases, RLCKs）。该亚组以及受体样蛋白（receptor-like proteins, RLPs）——一个与RLKs结构相似但缺乏KD的相关家族——不在本综述范围内。一个关键考虑因素是，单独的RLP或RLCK无法完成从感知胞外信号到启动胞内级联的完整跨膜信号转导。
RLKs通常在细胞表面通过自身、其他RLKs和/或RLPs形成信号复合物来发挥功能。在这些复合物中，RLKs的KD在空间上相互靠近，促进转磷酸化反应导致其激活。激活的KD随后磷酸化下游效应因子，如丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases, MAPKs）或同样属于RLK超家族但缺乏ED的受体样胞质激酶（RLCKs）。各种自分泌、旁分泌或内分泌分子（也称配体）可充当分子胶或拮抗剂，调节RLK信号复合物的组装动态。过去二十年，大量研究表明配体-RLK介导的跨膜信号转导在植物生长发育以及生物和非生物胁迫响应过程中对调控细胞通讯起基础性作用。更有趣的是，在作物物种中的研究为配体-RLK信号通路在调控农艺重要性状中的重要性提供了直接证据。
本综述讨论RLKs作为分子育种靶标在改良作物株型和产量、增强对食草昆虫和微生物病原体的抗性以及提高对不利环境条件耐受性方面的潜力。我们特别关注那些功能缺失或功能获得突变能显著增强目标性状且不引起或仅引起轻微副作用的RLKs。在可能的情况下，我们重点介绍已被成功开发或具有近期农业应用潜力的特定基因、突变等位基因、分子机制和育种策略。我们主要关注RLKs在主粮作物（包括水稻、小麦和玉米）育种中的应用价值，同时强调RLKs在其他作物（如番茄、大豆、油菜）育种应用中的重要发现。
3. RLKs在提高作物产量中的作用
作物育种的首要关注点是产量，这是一个整合多种发育和生理过程的复杂性状。在个体水平上，产量通常由单株产生的种子或果实的大小或数量表示；在群体水平上，则指在给定田地上种植的作物收获的种子或果实总量。RLKs在调控产量相关性状中的作用是多方面的。它们影响器官大小（如籽粒、荚果和果实大小）、植株结构（如分蘖、叶夹角和株高）以及分生组织大小——这一性状最终决定花、果室和胚珠的数量。在基于RLK的育种研究中经常观察到这些因素之间的权衡或一因多效效应。
3.1. RLKs调控种子或果实大小
在拟南芥中，LRR-RLK基因如ERECTA（ER）、HAIKU2（IKU2）、RLK7、跨膜激酶1（TMK1）和LecRLK基因LecRLK-VIII.2的功能缺失突变被报道导致种子变小，表明它们在调控籽粒大小中起正向作用。相反，类malectin RLK基因FERONIA（FER）的功能缺失突变导致种子变大。一致地，水稻（Oryza sativa）FER类似受体（OsFLRs）的功能分析表明，OsFLR1或OsFLR2敲除突变体也产生更大种子。然而，Osflr1和Osflr2突变体均表现出株高降低和单株籽粒产量低于野生型，表明存在潜在的一因多效效应。其他涉及籽粒大小调控的水稻RLK包括LRR RLK油菜素甾醇不敏感1相关受体激酶2（OsBAK2）和命名为MINI SEED 2（OsMIS2/OsCR4）的CRINKLY4 RLK，但它们在稻作育种中的转化应用仍需进一步研究。
来自番茄（Solanum lycopersicum）CLAVATA1（SlCLV1）和花生（Arachis hypogaea）根分生组织生长因子1不敏感1（AhRGI1）的研究为RLKs在种子和果实调控中的转化潜力提供了更有说服力的证据。LRR-RLK CLV1检测CLV3肽以触发下游信号，抑制编码促进干细胞积累的转录因子WUSCHEL（WUS）的表达。SlCLV1或CLV-WUS通路其他组分的功能缺失突变改变花器官数目，导致三或四心室果实而不是两心室，从而增加果实大小和重量。
LRR-RLK RGI1被RGF1肽激活，启动下游MAPK级联，驱动对根分生组织生长至关重要的PLETHORA（PLT1/PLT2）转录因子积累。通过混池分离分析（bulked segregation analysis, BSA）测序，最近一项研究在两个荚果大小对比鲜明的花生品种中鉴定了PSW1（荚果大小重量1）基因。PSW1编码AhRGI，其与AhBAK1相互作用。大荚果等位基因命名为PSW1
HapII，其启动子中插入12 bp片段，编码区有一个点突变，导致丝氨酸到异亮氨酸的替换（S618I）。这两个突变显著增强了PSW1 mRNA丰度及其与AhBAK1的蛋白结合亲和力，从而上调AhPLT1表达并增加荚果大小。通过标记辅助选择育种，作者成功开发了两个单株产量增加的花生品种，为将基础RLK生物学转化为实际育种应用提供了范例。
3.2. RLKs调控种子或果实数量
种子数量由心皮内形成的胚珠数和花序上产生的花数共同决定。LRR RLK ER感知表皮模式因子（EPF）或EPF样（EPFL）肽，在调控种子数量中发挥重要作用。在玉米（Zea mays）中，尽管Zmer1或Zmer2的无效等位基因导致短穗和种子数量减少，但基因组编辑产生的Zmer1弱等位基因（Zmer1
D295N和Zmer1
A369T）在不严重影响穗长的情况下增加了每穗种子数。类似地，缺乏OsER1的水稻突变体产生更多每穗颖花数，但由于结实率降低和籽粒变小，单株籽粒产量与野生型相当，表明存在权衡。相反，OsER1配体三重突变体Osepfl6/7/9在保持育性不受影响的情况下显著增加了颖花数和籽粒产量。同样，过表达拮抗配体OsEPFL5——其与OsEPFL6/7/8/9竞争结合OsER1并抑制OsEPFL6/7/9-OsER1信号通路——显著提高了产量而无明显生长代价。这些研究表明，只要能设计出功能精确调控的变体，ER具有转化应用潜力。与主粮作物相比，近期研究还强调了ER信号在都市农业中的转化潜力。在茄科果实作物如番茄、灯笼果（Physalis peruviana）和酸浆（Physalis grisea）中，利用CRISPR/Cas9编辑ER直系同源基因成功产生了适合密集和垂直农业的紧凑型、高产矮化植株。
CLV1是另一个可靶向提高作物产量的LRR RLK。在玉米中，ZmCLV1功能缺失突变已被证明可扩大雌穗花序分生组织，导致明显更粗的穗，籽粒行数可达野生型的三倍。然而，这些强等位基因相关的严重扁化和紊乱穗结构对籽粒产量产生负面影响。未来仍需努力减轻这些多效性效应，可能通过产生弱等位基因实现。另外，通过启动子工程介导的CLE肽基因（如ZmCLE7和ZmFCP1）敲低，成功增强了玉米多个产量相关性状，包括穗行数、穗粗、穗重和单穗籽粒产量，且无明显不良副作用。在油料作物芥菜型油菜（Brassica juncea）中，已鉴定到两个CLV1直系同源基因BjA7.CLV1和BjB3.CLV1。具有多室角果（相对于两室）的生产性芥菜品种如J163-4和Duoshi被报道在这两个CLV1基因中均携带突变。在J163-4中，BjB3.CLV1编码区插入的copia-LTR逆转录转座子元件（RTE1）中断其转录，而BjA7.CLV1启动子区的914 bp缺失特异性降低其在心皮边缘分生组织（CMM）中的表达而不影响其他组织中的表达。在Duoshi中，BjA7.CLV1携带导致其编码区两个氨基酸替换的错义突变，其启动子区有702 bp缺失；BjB3.CLV1含有一个中断其翻译的4961 bp插入。
3.3. RLKs调控植株结构
理想株型（ideal plant architecture, IPA或ideotype）是指在特定环境条件下最大化群体产量潜力的植株形态和结构特征。对于主粮作物，IPA通常表现为半矮化株高，配合适度的分蘖数和茎粗以赋予抗倒伏能力并利于密植。
LRR-RLK BRI1是油菜素甾醇（brassinosteroids, BRs）的主要受体，BRs是一类甾醇类植物激素，近期被认为是下一代绿色革命的有力驱动因素。BRI1是改善作物株型的潜在分子靶标。一个著名的例子是大麦（Hordeum vulgare）uzu品种，其独特地分布于东亚。uzu大麦的半矮化株型和紧凑冠层结构赋予抗倒伏性和抗病性，以及田间密植的优势。然而，uzu品种在温暖气候下也表现出株高和育性热敏感性降低，这限制了其全球推广。遗传解析表明，uzu品种携带一个特异性单核苷酸多态性（SNP），导致大麦HvBRI1中的氨基酸替换H857R。该突变位于BRI1激酶结构域的背面，接近拟南芥AtBRI1中鉴定的bri1-301（G989I）突变位点。有趣的是，bri1-301植株也表现出等位基因特异性的热增强BR缺陷表型，提示相似的潜在分子机制。
在水稻中，弱Osbri1等位基因d61-7也表现出适合密植的直立叶。田间试验表明，在高密度种植条件下，d61-7积累了比野生型更大的生物量，但由于育性降低和籽粒变小等不良副作用，仅获得相近的籽粒产量。最近，一种新策略通过在BRI1基因的5'非翻译区（5' UTR）内生成不同的上游开放阅读框（uORFs）来精细调节BRI1功能。该方法减弱mRNA翻译，从而产生一系列具有梯度表型的等位基因系。
4. RLKs在增强生物胁迫抗性中的作用
田间作物周围有许多其他生物，如植食性昆虫和病原微生物。这些生物的活动往往造成生物胁迫，可能降低作物产量。大量研究表明许多RLKs参与植物对生物胁迫因子的防御。通常，它们作为模式识别受体（pattern recognition receptors, PRRs）检测各种外源危险信号，包括病原体或微生物相关分子模式（PAMPs或MAMPs）、草食动物相关分子模式（HAMPs），以及内源危险信号，如细胞损伤时释放的经典损伤相关分子模式（DAMPs），以及在感染过程中加工和/或分泌的免疫调节肽或植物细胞因子（phytocytokines, PCKs）。这些RLKs的激活通常启动丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联或触发涉及茉莉酸（jasmonic acid, JA）和水杨酸（salicylic acid, SA）的激素信号通路，导致防御相关基因表达。
4.1. 对植食性昆虫的抗性
4.1.1. LRR RLKs
LRR-RLKs PEPR1和PEPR2是一类植物激发子肽（PEPs）的PRRs，这些肽来源于较大的前体蛋白PROPEPs。在包括拟南芥、水稻和玉米在内的多种植物物种中，PROPEP和PEPR基因的表达在草食动物取食后强烈上调。双突变体pepr1 pepr2或RNAi敲低株系对植食性昆虫的易感性增加，因为取食这些突变植株的幼虫与取食野生型植株相比体重显著增加或定居数量更高。因此，工程化表达PEP配体或PEPRs可能增强多种作物的广谱抗虫性，但生长和育性方面的潜在权衡仍需进一步探索。
OsLRR-RLK1是另一个转录也在草食动物攻击或其口腔分泌物处理后上调的LRR RLK。它正向调节草食动物诱导的胰蛋白酶蛋白酶抑制剂（TrypPIs）活性和JA积累。在水稻中，TrypPIs作为抗消化蛋白，被特定草食动物强烈诱导。沉默OsLRR-RLK1显著减弱TrypPI活性和JA积累水平，以及水稻对咀嚼式害虫二化螟（SSB, Chilo suppressalis）的抗性。玉米研究表明，ZmFAC是OsLRR-RLK1的紧密类似物，可能作为草食动物口腔分泌物中脂肪酸-氨基酸偶合物（FACs）的候选受体。
与OsLRR-RLK1相反，OsLRR-RLK2促进对草食动物的易感性。沉默OsLRR-RLK2降低OsMPK6和某些WRKY的活性，降低内源JA水平同时增加SA水平，并增强水稻对褐飞虱（BPH, Nilaparvata lugens）的抗性。更重要的是，这些沉默株系还表现出比野生型更多的每株穗数和更高的千粒重，导致籽粒产量增加。另一个OsLRR-RLK即OsRLK7-1最近被报道受DAMPs诱导并对BPH也有响应。其敲除突变体表现出强BPH抗性，但引起严重的生长和生殖问题，显示了典型的防御-生长权衡。将防御与生长代价解偶联的策略，如组织特异性或诱导型表达，可能解决这一问题。
肽激素系统素在介导昆虫草食响应中发挥关键作用。最近一项研究揭示，两个番茄LRR-RLKs SlSYR1和SlSYR2作为系统素受体激活对昆虫草食的防御反应。取食缺乏SlSYR1/SlSYR2的番茄IL3-3渐渗系的幼虫比取食野生型植株的幼虫表现出更好的表现并显著增加体重。
4.1.2. LecRLKs
LecRLKs构成另一个主要的RLK亚家族，其特征是胞外凝集素结构域。根据凝集素结构域的结构特征，该亚家族可分为三组（G型、C型和L型）。LecRLKs也在草食动物抗性中发挥重要作用。在水稻中，Bph3是50年前在品种Rathu Heenati中鉴定的褐飞虱抗性位点。此前已证明Bph3由三个LecRLK（OsLecRK1–OsLecRK3）基因簇组成，这些基因加性作用赋予对褐飞虱和白背飞虱（WBPH）的广谱持久抗性。序列分析显示，抗性水稻品种这三个基因的氨基酸序列相同，而感虫品种携带有害多态性。通过标记辅助选择将Bph3位点从Rathu Heenati引入感虫商业粳稻品种宁粳3号，显著增强了其对褐飞虱和WBPH的持久抗性。
4.2. 对病原微生物的抗性
4.2.1. LRR RLKs
LRR-RLK FLS2（Flagellin-Sensing 2）是一个充分表征的植物PRR，在病原菌攻击时识别细菌鞭毛蛋白，并与共受体BAK1一起启动模式触发免疫（PTI）反应。然而，一些携带鞭毛蛋白变异的病原体可能逃避这种检测机制，因为与FLS2的结合亲和力降低或BAK1招募受损。近期研究表明，通过合理工程改造FLS2 LRR凹面上的关键残基（这些残基与flg22和SERK共受体相互作用），可以拓宽给定受体的配体感知范围。例如，在大豆（Glycine max）GmFLS2a中设计Q600H和S603A突变增强了直接的FLS2-BAK1相互作用，从而改进对flg22
Rso的识别——flg22
Rso是一种保留与FLS2相互作用能力但阻碍BAK1招募的flg22变体。这些研究为合理工程改造RLKs以改善抗病性以及其他潜在农艺性状提供了框架。
在水稻中，LRR-RLK OsSRF3（STRUBBELIG-RECEPTOR FAMILY 3）被报道在抗多种病原体中发挥关键作用。OsSRF3与OsBAK1相互作用并被其磷酸化，从而激活病原体触发免疫，包括MAPK级联、ROS爆发、胼胝质沉积和防御相关基因表达。值得注意的是，OsSRF3过表达在不负面影响植物生长或产量的情况下增强抗病性。最近一项研究揭示LRR-RLK OsRLK5检测PCK OsIMP1以赋予水稻对细菌和真菌病害的抗性。OsIMP1受flg22和几丁质等PAMP转录诱导，并直接结合OsRLK5及其旁系同源物OsRLK5-L。OsRLK5对配体的感知增强其与共受体OsSERK2的相互作用，从而促进下游信号所需的转磷酸化。值得注意的是，OsRLK5过表达株系对水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）表现出显著增强的抗性，且无明显的生长权衡或产量损失，为工程化抗病水稻种质提供了有前景的分子靶标。
在小麦中，类似于OsIMP1，一个称为Delta-like PCKs（DEPs）的小型富含半胱氨酸肽家族被发现受PAMP快速诱导并赋予小麦多病原体抗性。DEP2被LRR-RLK DEPR1识别，后者在配体结合时招募共受体SERK2。尽管外源施用合成DEP2肽和转基因过表达前体DEP2均显著增强小麦对多种病原体的抗性，但通过DEPR1突变对DEP信号进行遗传破坏意外地并未导致易感性增加，提示存在功能冗余或补偿性免疫通路的激活。
4.2.2. LecRLKs
近期研究证明了LecRLKs在改善作物抗病性方面的巨大潜力。在水稻中，一个命名为OsLIKE1的L型LecRLK被证明在抗稻瘟病菌Magnaporthe oryzae中发挥关键作用。在抗性水稻品种中，OsLIKE1启动子区域内的特定突变显著增强其光诱导表达，从而促进OsLIKE1的自磷酸化并激活其对稻瘟病的免疫。重要的是，与野生型ZH11植株相比，OsLIKE1过表达株系在M. oryzae侵染后保持相当的株高和籽粒产量。另一个LecRLK OsBDR1最近被鉴定为水稻稻瘟病抗性的负调控因子。在Magnaporthe oryzae侵染后，BDR1被快速诱导并直接与MPK3相互作用并磷酸化MPK3。BDR1-MPK3模块抑制JA信号和抗真菌萜类化合物（包括单萜芳樟醇和倍半萜石竹烯）的生物合成。重要的是，敲除OsBDR1在不显著影响农艺性状的情况下赋予对稻瘟病菌的增强抗性，为基因编辑育种提供了有前景的靶标。
OsSBRR1是一个G型LecRLK，赋予水稻对纹枯病（ShB）的抗性，该病由坏死性真菌立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起。最近一项全基因组关联研究（GWAS）揭示，在抗纹枯病品种中，OsSBRR1启动子中的256 bp插入对其在R. solani侵染时的强转录诱导至关重要。SBRR1能够快速上调几种可降解真菌细胞壁的几丁质酶的表达。值得注意的是，将该优良SBRR1-R等位基因通过标记辅助选择导入商业粳稻品种，显著增强了纹枯病抗性，在严重病害压力下减轻了约10%的籽粒产量损失，且无不良农艺效应，从而凸显了其在育种应用中的强大潜力。
在小麦中，Septoria tritici斑枯病（STB）是由子囊菌Zymoseptoria tritici引起的主要病害。最近一项涉及300份小麦地方品种的GWAS鉴定了一个G型LecRLK，命名为Stb15，其赋予STB抗性，并通过EMS诱变和稳定基因转化得到证实。功能性Stb15等位基因包含一个无内含子开放阅读框，而感病品种中国春中的易感等位基因包含四个内含子。小麦白粉病由小麦白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt）引起，可造成严重产量损失。一个L型LecRLK命名为LecRK-V，从二倍体小麦近缘种簇毛麦（Haynaldia villosa）中克隆，负责其对白粉病的高度抗性。LecRK-V的表达在Bgt接种或几丁质处理后迅速上调。将LecRK-V稳定转化到感病小麦品种扬麦158显著增强了其对多个Bgt分离株的抗性，表明其参与调控广谱抗性。
在玉米中，GWAS还鉴定了一个G型LecRLK ZmLecRK1，作为对瓜果腐霉（Pythium aphanidermatum）——茎腐病的病原菌之一——的抗性蛋白。在抗病玉米自交系中，ZmLecRK1 ED中自然存在的S404A突变增强了其与共受体ZmBAK1的结合亲和力，从而促进防御反应活性复合物的形成。
4.2.3. CRKs
CRKs属于一个RLK亚家族，其ED含有1至4个DUF26（未知功能结构域26），每个DUF26具有几个保守半胱氨酸残基，排列为C-X
8-C-X
2-C模式。已证明CRKs参与胞外非生物和生物信号的感知。
在小麦中，据报道Stb16q——最初鉴定的赋予STB抗性的数量性状位点——编码一个CRK，可显著减少病原菌在侵染过程中的穿透和胞间生长。对不同小麦种质中Stb16q的序列分析揭示，该基因是通过合成小麦育种最近引入现代品种的。另外，另一个CRK TaCRK6在小麦品种小偃6号（XY6）中被鉴定和功能表征，该品种具有非小种特异性的持久高温全生育期（HTAS）条锈病（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）抗性。TaCRK6的表达受Pst侵染和升高温度协同诱导。在XY6中沉默TaCRK6会削弱HTAS抗性，而在感病品种Fielder中过表达TaCRK6在不产生农艺代价的情况下增强抗性，使其成为培育具有持久条锈病抗性的气候适应型小麦的有前景靶标。
4.2.4. WAKs和WAKLs
WAKs和WAKLs（WAK-like）构成一个RLK亚家族，其ED含有表皮生长因子（EGF）样结构域和/或钙结合EGF结构域。这些RLKs参与细胞壁信号感知，负责将胞外信号传递至细胞质，从而调节植物生长、发育和胁迫响应。
在小麦中，Stb6基因的分子鉴定——该基因对真菌病原菌Zymoseptoria tritici（STB病致病菌）提供基因对基因抗性——揭示其编码一个命名为TaWAKL4的WAKL。单倍型分析表明，一个单一优势抗性单倍型在面包小麦及其四倍体祖先中广泛保守，提示Stb6在小麦驯化早期被引入。
在玉米中，据报道多个WAKs和WAKLs是抗玉米大斑病（NCLB）、丝黑穗病和灰斑病（GLS）等病害所必需的。NCLB是玉米的主要叶部病害。Htn1位点通过延迟病斑形成起始赋予数量抗性，因此是重要的遗传抗性来源。Htn1最初于1970年代从墨西哥地方品种引入现代玉米育种系。遗传作图和分子表征证明Htn1编码ZmWAK-RLK1，其含有植物先天免疫受体中典型的非精氨酸-天冬氨酸（non-RD）激酶结构域。序列比较显示，不同玉米基因型之间ZmWAK-RLK1的胞外结构域高度多样。
GLS是另一种玉米叶部病害，其抗性作为典型数量性状遗传，已鉴定到许多位点。qRgls1是通过数量性状位点（QTL）作图鉴定的此类位点之一，可提高抗性百分比19.70%–61.28%。最近一项研究确定ZmWAKL是qRgls1位点抗GLS的因果基因。与ZmWAK-RLK1类似，ZmWAKL蛋白在抗性和感病玉米自交系之间表现出显著不同的胞外结构域。病原侵染后，抗性蛋白ZmWAKL
Y快速自关联并与命名为ZmWIK的LRR-RLK共受体相互作用。该复合物随后磷酸化RLCK ZmBLK1，后者进而磷酸化NADPH氧化酶ZmRBOH4，触发活性氧（ROS）爆发从而赋予数量抗性。
qHSR1是赋予丝黑穗病抗性的主效QTL，该病是另一种在世界范围内造成严重产量损失的毁灭性玉米病害。将qHSR1导入感病品系可显著降低多年份发病率和病情指数，展示了其巨大的育种潜力。精细定位揭示qHSR1编码一个ZmWAK，其含有胞外半乳糖醛酸结合（GUB）结构域和钙结合EGF结构域，以及胞质non-RD丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。机制上，ZmWAK通过特异性地阻止病原菌在中胚轴——真菌到达茎尖分生组织所必须穿越的关键组织——中的活体营养生长来降低发病率。抗性与中胚轴中ZmWAK表达水平强烈相关，强调时空优化防御在玉米中的重要性。
5. RLKs在增强非生物胁迫抗性中的作用
除生物胁迫外，田间作物还面临低温或高温、干旱和高盐等非生物胁迫的挑战，导致产量降低。已有研究揭示了RLKs在非生物胁迫响应中的作用以及RLK介导的非生物胁迫耐受性的潜在机制。
5.1. 耐热性
拟南芥研究表明，ER家族受体功能冗余且协同调节气孔密度、间距和谱系增殖。ER功能异常导致气孔密度和导度增加，伴随蒸腾效率和水利用效率（WUE）降低，最终损害耐热性。相反，ER过表达提高耐热性。跨多个地点和季节的田间验证表明，过表达ER的转基因番茄和水稻株系在温室和夏季开放田间均能在热胁迫下存活，并产生更大的叶片、更多的花序、更高的结实率、更大的地上部干重以及比对照增加的生物量和产量。
最近一项拟南芥研究表明，FER作为膜锚定的热开关，通过动态纳米簇组装协调植物热驯化。在中等热条件（37 °C）下，肽配体RALF34激活FER，FER被招募到富含甾醇的质膜纳米结构域。在那里，FER启动富含UGT80A2、REMORINs和BSKs等组分的信号纳米簇，稳定液态有序膜相并激活HSF-HSP级联以增强耐热性。该过程依赖于热诱导的甾醇糖基化和FER近膜结构域的阴离子脂质结合。在极端热条件（>40 °C）下，由于肌动蛋白细胞骨架崩解，纳米簇迅速解体，防止适应不良信号的发生。
5.2. 耐冷性
冷胁迫不仅影响植物生长发育，还影响植物生产力。冷诱导的花粉败育和生殖失败是许多作物产量损失的关键原因。
在番茄中，最近一项研究揭示LRR-RLK SlRGFR6在介导SlRGF肽信号传导中发挥关键作用，从而在低温胁迫下保障花粉发育和产量。RGF肽包括SlRGF9和SlRGF10，在冷暴露时于花药绒毡层特异性上调。它们结合SlRGFR6和共受体SlSERK1/3A/3B，通过SlCNGC16/18通道触发钙离子内流。由此产生的钙信号抵消冷延迟的绒毡层程序性细胞死亡，确保其及时降解以支持小孢子发育。该通路的功能缺失突变体在冷胁迫下表现出严重花粉败育，而在番茄中适度过表达SlRGF9或SlRGF10可防止高达52%的低温诱导产量损失。该机制在水稻中保守，因为上调同源OsRGF10同样增强冷恢复能力并挽回高达18.3%的籽粒产量损失，为工程化气候适应型作物提供了有前景的靶标。
在水稻中，还报道了一个LRR-RLK命名为OsCTB4a赋予水稻孕穗期耐冷性。CTB4a与ATP合酶β亚基AtpB相互作用，导致ATP合成和光合速率增加。这为低温条件下花粉发育和籽粒灌浆提供了充足能量。在寒冷田间条件下，近等基因系NIL1913和CTB4a过表达株系在实粒数、千粒重和单株产量方面表现优异。QTL作图和自然变异分析表明，OsCTB4a启动子区的SNP，特别是-2536、-2511和-1930位点，导致耐冷单倍型Hap-KMXBG比冷敏感单倍型Hap-Towada具有更强的冷诱导表达。地理分析显示，Hap-KMXBG主要分布于东北、日本和韩国等高纬度地区以及云贵高原等高海拔地区的温带粳稻品种中，并表现出明显的人工选择冷适应特征。该例子说明RLK介导的耐冷性可以在不频繁产生权衡的情况下进行工程化。
5.3. 耐旱性
RLKs在优化植物对干旱胁迫的响应中发挥重要作用，被认为是作物改良的潜在靶标。
在小麦中，LRR RLK TaCEPRL被报道赋予耐旱性。与野生型植株相比，TaCEPRL敲除突变体在正常条件下各生长阶段无明显表型差异。然而，它们表现出显著增强的耐旱性，反映在更高的存活率、更大的千粒重、更高的叶绿素含量和改进的水分利用效率上。类似地，另一个LRR RLK TaCLV1也有助于小麦耐旱性。敲除TaCLV1导致干旱胁迫下幼苗存活率降低，而过表达其配体TaCLE24b提高了幼苗存活率，并在缺水条件下提高了旗叶叶绿素含量和千粒重，但在正常条件下无此效果。
在水稻中，一个与拟南芥PSKR1系统发育密切相关的LRR RLK OsLRK2也在耐旱性中发挥作用。OsLRK2在多个水稻组织中组成型表达，并在干旱胁迫下显著诱导。过表达OsLRK2通过延迟叶片卷曲、提高存活率和改善干旱处理后恢复生长来增强耐旱性。这些益处归因于更大根系的发育，其特征是更多侧根和更高的根系活力。此外，过表达株系产生更多穗，导致单株籽粒产量显著增加。总体而言，OsLRK2促进细胞增殖以及分蘖和侧根的分支，从而同时改善水稻的耐旱性和产量相关性状。
此外，最近一项水稻研究将富含半胱氨酸的受体样激酶OsCRK14鉴定为抗旱性的关键正调控因子。OsCRK14在干旱胁迫下转录上调，其过表达株系与野生型ZH11相比表现出显著更高的存活率。OsCRK14在干旱胁迫下磷酸化OsRLCK57，导致MAPK级联OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6激活。激活的OsMPK6随后直接磷酸化脱落酸响应转录因子OsbZIP66，增强其稳定性并促进干旱响应基因表达。OsCRK14启动子区的自然变异通过改变OsMYB72结合亲和力影响其转录水平，这与水稻品种间抗旱性差异相关。
5.4. 耐盐性
在拟南芥中，据报道FER通过维持细胞壁完整性和抑制光呼吸来协调耐盐性。另一个类malectin RLK SIMP1通过确保盐度引起的内质网应激产生的异常蛋白被有效的蛋白酶体清除，对植物耐盐性至关重要。凝集素RLKs对植物盐响应也至关重要。水稻研究表明，一个命名为OsSIT1的凝集素RLK在盐度下被快速磷酸化和激活，以促进ROS诱导的生长抑制。其敲除突变体在高盐条件下表现出显著改善的生长，但由于对生长发育的影响而严重降低籽粒产量，从而在盐耐受性和正常生长之间建立了权衡。有趣的是，过量产生Hap2-OsSIT1（一种激酶活性较低的OsSIT1自然变体）在盐胁迫下改善了幼苗生长，且无明显产量损失。类似地，在木豆（Cajanus cajan）中过表达OsSIT1同源物OsSIT2使单株种子产量相对于受胁迫野生型植株增加10.34倍，收获指数提高4–5倍，表明盐胁迫耐受性显著增强。此外，过表达另一个LecRLK的转基因大豆植株在盐胁迫下也产生了显著高于野生型的株高和产量。
6. 挑战与未来展望
过去二十年，大量文献记录了RLKs在调控多种生物过程中的作用。值得注意的是，一些RLK介导的通路与关键农艺性状密切相关，使其成为作物改良的有前景分子靶标。如上所述，RLKs可通过工程化用于：（1）通过增加籽粒数量、增大果实或优化株型实现密植来提高作物产量；（2）增强对生物胁迫的抗性，包括食草昆虫和细菌/真菌病原体；（3）提高对热、冷、干旱和盐碱等非生物胁迫的耐受性。
尽管取得了这些进展，仍存在重大挑战。首先，一些RLKs表现出多效性效应。简单地敲除或过表达RLK基因可能会增强目标性状，但也会对其他农艺性状产生不良影响。可采用多种策略来减轻或解偶联给定RLK的多方面功能：（1）通过碱基编辑或先导编辑引入已知弱突变或有益突变，（2）通过启动子工程方法（如uORF编辑）微调组织特异性表达，（3）利用基于人工智能的方法设计新突变，包括蛋白质结构预测、分子对接和分子动力学模拟。其次，一些RLKs与其亚家族其他成员存在功能冗余，这种现象在多倍体作物中尤其明显。因此，单基因突变往往无法产生预期表型变化。然而，多重CRISPR编辑和基于单倍型育种策略的进展可以克服这一限制。第三，某些RLKs在不同植物物种（如单子叶和双子叶之间）的进化分歧可能使在一个物种中鉴定的农艺价值突变在另一个物种中效果很小或无效。此外，即使在单一作物物种内，这种突变可能仅在特定环境条件下带来益处，在其他条件下则无效。因此，在转化应用中，应仔细评估RLK等位基因在不同物种和环境条件下的功能需求。
单个RLKs通常感知特定信号并调节不同的下游通路。同时设计和编辑多个RLKs，而不是操作单个受体，可能为在单一优良遗传背景中结合产量潜力、非生物胁迫耐受性和抗病性提供有前景的途径。随着作物功能基因组研究步伐的加快和此类多重策略的持续发展，RLKs代表了面向可持续、高产和韧性农业的分子育种的有前景靶标。
