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清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院柴繼杰教授研究組、中科院遺傳與發(fā)育研究所周儉民研究員研究組和英國諾維奇科技園圣斯伯利實(shí)驗(yàn)室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的Cyril Zipfel教授研究組合作在《科學(xué)》（Science）在線發(fā)表題為《細(xì)菌模式分子鞭毛蛋白活化擬南芥模式識(shí)別受體FLS2及共受體BAK1復(fù)合物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》（Structural basis for flg22-induced activation of the Arabidopsis FLS2-BAK1 immune complex）的研究論文，首次報(bào)道了植物模式識(shí)別受體FLS2及共受體BAK1與細(xì)菌模式分子鞭毛蛋白保守基序flg22三元復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，并通過結(jié)構(gòu)分析和體內(nèi)外生化實(shí)驗(yàn)揭示了該復(fù)合物活化的分子機(jī)制。
先天免疫是動(dòng)植物免疫系統(tǒng)的重要組成部分。在植物的細(xì)胞膜上存在多種模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors，PRRs)，通過識(shí)別病原體上的一些共有的、保守的分子基序（也即病原相關(guān)分子模式pathogen-associated molecular patterns，PMAP），引發(fā)先天免疫反應(yīng)。對(duì)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin既是一種典型的PMAP。FLS2 是存在于大多數(shù)高等植物中，對(duì)于抗菌免疫至關(guān)重要的一種LRR類型的受體激酶。作為一種典型的PRR，它能夠直接識(shí)別對(duì)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守 N 末端表位（Flg22），同時(shí)遺傳及生化實(shí)驗(yàn)表明其激活需要另一種LRR受體激酶BAK1的參與，但是其識(shí)別鞭毛蛋白的分子機(jī)制和激活機(jī)制卻亟待闡明。
柴繼杰研究組通過解析FLS2胞外區(qū)和BAK1胞外區(qū)與植物致病菌丁香假單胞菌鞭毛蛋白保守基序flg22復(fù)合物結(jié)構(gòu)，闡明了FLS2胞外區(qū)通過其螺線狀凹面的連續(xù)B片層來識(shí)別flg22；結(jié)構(gòu)也提示共受體BAK1僅僅通過N端帽子接觸flg22表位的C末端，并且共受體BAK1與FLS2形成廣泛的直接相互作用，提示其可能先形成預(yù)復(fù)合物，以利于對(duì)病原菌的侵入做出快速反應(yīng)。通過與周儉民研究員研究組和Cyril Zipfel教授研究組合作，從體外生化和植物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了flg22激活FLS2的機(jī)理：當(dāng)植物宿主細(xì)胞感受到細(xì)菌鞭毛蛋白時(shí)，細(xì)菌鞭毛蛋白通過誘導(dǎo)植物細(xì)胞膜上的FLS2和BAK1形成異源二聚化來完成配體感應(yīng)并激活下游防衛(wèi)反應(yīng)信號(hào)通路。復(fù)合物結(jié)構(gòu)也使我們對(duì)可以作為許多植物受體共受體的SERK家族功能有了更深的了解。
FLS2LRR-flg22-BAK1LRR是第一個(gè)被解析的植物L(fēng)RR模式識(shí)別受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)。在模式生物擬南芥中有至少含有200多個(gè)富含亮氨酸重復(fù)的受體激酶（在水稻中大約有600多個(gè)），這類LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過程：調(diào)控分生組織的生長、抗病性、激素信號(hào)傳遞和組織發(fā)育等。我們的結(jié)果也為這一類蛋白結(jié)構(gòu)及功能研究提供了很好的范例。同時(shí)這項(xiàng)研究對(duì)于開發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院柴繼杰教授和韓志富博士及中科院遺傳與發(fā)育研究所周儉民研究員為本論文的通訊作者；清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2010級(jí)博士研究生孫亞東和中科院遺傳與發(fā)育研究所博士研究生李磊為共同第一作者；英國諾維奇科技園圣斯伯利實(shí)驗(yàn)室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的Cyril Zipfel教授和Alberto P. Macho博士后以及清華大學(xué)胡澤汗博士后也參與了部分工作。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。本研究中清華大學(xué)的工作得到國家杰出青年科學(xué)基金（grant no. 31025008）和自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（grant no. 31130063）的資助。（
