10月10日，清華大學生命科學學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驗室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的Cyril Zipfel教授研究組合作在國際頂尖期刊《科學》在線發(fā)表學術論文。該論文題為《細菌模式分子鞭毛蛋白活化擬南芥模式識別受體FLS2及共受體BAK1復合物的結(jié)構(gòu)基礎》（Structural basis for flg22-induced activation of the Arabidopsis FLS2-BAK1 immune complex）。該文首次報道了植物模式識別受體FLS2及共受體BAK1與細菌模式分子鞭毛蛋白保守基序flg22三元復合物晶體結(jié)構(gòu)，并通過結(jié)構(gòu)分析和體內(nèi)外生化實驗揭示了該復合物活化的分子機制。

　　清華生命學院2010級博士研究生孫亞東、中科院遺傳與發(fā)育研究所博士研究生李磊為該文的共同第一作者，清華大學生命科學學院柴繼杰教授和韓志富博士還有中科院遺傳與發(fā)育研究所周儉民研究員為本論文的通訊作者。

 圖為FLS2LRR-flg22-BAK1LRR復合物晶體結(jié)構(gòu)。

A: FLS2LRR-flg22-BAK1LRR復合物晶體結(jié)構(gòu) B: flg22結(jié)合在FLS2螺旋結(jié)構(gòu)凹面 C:結(jié)構(gòu)比對顯示flg22結(jié)合沒有誘導FLS2構(gòu)像改變 

　　先天免疫是動植物免疫系統(tǒng)的重要組成部分。在植物的細胞膜上存在多種模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)，通過識別病原體上的一些共有的、保守的分子基序（也即病原相關分子模式pathogen-associated molecular patterns,PMAP），引發(fā)先天免疫反應。對細菌運動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，對于抗菌免疫至關重要的一種LRR類型的受體激酶。作為一種典型的PRR，它能夠直接識別對細菌運動性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（Flg22），同時遺傳及生化實驗表明其激活需要另一種LRR受體激酶BAK1的參與，但是其識別鞭毛蛋白的分子機制和激活機制卻亟待闡明。

　　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復合物，以利于對病原菌的侵入做出快速反應。通過與周儉民研究員研究組和CyrilZipfel教授研究組合作，從體外生化和植物體內(nèi)實驗也驗證了flg22激活FLS2的機理：當植物宿主細胞感受到細菌鞭毛蛋白時，細菌鞭毛蛋白通過誘導植物細胞膜上的FLS2和BAK1形成異源二聚化來完成配體感應并激活下游防衛(wèi)反應信號通路。復合物結(jié)構(gòu)也使我們對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是第一個被解析的植物LRR模式識別受體復合物結(jié)構(gòu)。在模式生物擬南芥中有至少含有200多個富含亮氨酸重復的受體激酶（在水稻中大約有600多個），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、激素信號傳遞和組織發(fā)育等。該研究結(jié)果為這一類蛋白結(jié)構(gòu)及功能研究提供了很好的范例。同時這項研究對于開發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。

　　英國諾維奇科技園圣斯伯利實驗室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的CyrilZipfel教授和AlbertoP.Macho博士后以及清華大學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)收集提供了及時有效的支持。本研究中清華大學的工作得到國家杰出青年科學基金（grant no.31025008）和自然科學基金重點項目（grant no.31130063）的資助。