5月27日，清華大學(xué)柴繼杰研究組與北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授研究組合作，在《細(xì)胞研究》上發(fā)表論文《模式序列指引下發(fā)現(xiàn)調(diào)控植物根分生組織生長(zhǎng)的肽激素受體》（Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth），揭示了植物重要肽類激素-根分生組織生長(zhǎng)因子(RGFs)的受體是位于植物細(xì)胞膜表面的五個(gè)受體激酶RGFRs，另一類受體激酶SERKs作為共受體參與RGF信號(hào)的傳遞，闡明了RGF的識(shí)別和受體激活的分子機(jī)制，并提出了植物小肽激素受體識(shí)別密碼。

　　根是植物固著土壤、吸收水分和營(yíng)養(yǎng)的主要器官。根尖分生組織（RAM）干細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)整個(gè)根發(fā)育和形態(tài)建成起著至關(guān)重要的作用。根干細(xì)胞發(fā)育受到眾多信號(hào)調(diào)控，其中根分生組織生長(zhǎng)因子(Root meristem growth factors,RGF)作為肽激素信號(hào)發(fā)揮著重要作用。RGF是一類含有磺酸化修飾的13個(gè)氨基酸小肽激素，通過調(diào)節(jié)根重要轉(zhuǎn)錄因子PLT的濃度梯度來(lái)維持根干細(xì)胞中心（stem cell niche）的穩(wěn)定，另外其還在植物的向重力生長(zhǎng)(gravitropism)、側(cè)根發(fā)生、根毛形成以及營(yíng)養(yǎng)元素磷的響應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用。然而RGF的受體至今仍未發(fā)現(xiàn)。

　　最近，清華大學(xué)柴繼杰研究組通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)普遍存在于植物小肽類激素受體識(shí)別的規(guī)律：小肽激素的C末端游離的羧基（-COOH）會(huì)特異被植物小肽激素受體上的“精氨酸-精氨酸”（RxR）模式序列所識(shí)別。通過這一規(guī)律，將RGF受體候選對(duì)象鎖定在含有此模式的一類受體激酶當(dāng)中。研究組巧妙設(shè)計(jì)了“分之篩-質(zhì)譜”新實(shí)驗(yàn)方法，于體外成功鑒定出“RGF 配體-受體對(duì)”(RGF-RGFR pair)，隨后獲得了RGF-RGFR復(fù)合物的2.6A晶體結(jié)構(gòu)。與猜想完全吻合，復(fù)合物結(jié)構(gòu)清晰地顯示RGF的C末端游離羧基（-COOH）特異地結(jié)合在了受體RGFR的（RxR）小肽激素模式識(shí)別序列上。同時(shí)，研究還驚喜地發(fā)現(xiàn)，在RGF的受體上“精氨酸-甘氨酸-甘氨酸”序列（RxGG）特異地識(shí)別了小肽激素RGF上的磺酸化修飾。通過受體序列比對(duì)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)由五個(gè)成員組成的受體激酶亞家族特異地含有此（RxGG）磺酸化模式識(shí)別序列，研究組最終找出了RGF的全部五個(gè)受體。此外，RGF-RGFR的復(fù)合物結(jié)構(gòu)還提示RGF信號(hào)通路的起始還需要其他成分參與，通過體外生化實(shí)驗(yàn)表明SERK家族成員可能作為共受體參與RGF受體激活。

　　通過與北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授研究組合作，在植物體內(nèi)利用遺傳生化的研究方法，最終表明這五個(gè)RGFRs確實(shí)作為受體來(lái)識(shí)別RGF肽激素信號(hào)而去調(diào)控根干細(xì)胞維持、根的正常生長(zhǎng)發(fā)育形態(tài)建成以及向重力生長(zhǎng)。同時(shí)，研究還揭示了RGF肽激素信號(hào)發(fā)出后，誘導(dǎo)了細(xì)胞膜上受體RGFR與共受體SERK的胞外區(qū)互作，通過激酶區(qū)磷酸化向細(xì)胞內(nèi)傳遞信號(hào)。

　　植物肽激素RGF受體的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了RGF信號(hào)通路上缺失的最重要一環(huán)，使人們對(duì)RGF信號(hào)通路的認(rèn)識(shí)向前推進(jìn)了一步，可以更好地研究分解RGF在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的不同功能，也為植物根尖分生組織RAM的生長(zhǎng)發(fā)育信號(hào)調(diào)控提供了新的認(rèn)識(shí)。在RGF受體發(fā)現(xiàn)過程中，利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)提示的規(guī)律，巧妙繞過植物遺傳冗余的研究難題，為植物學(xué)受體-配體研究提供了新思路。通過RGF-RGFR受體配體復(fù)合物結(jié)構(gòu)分析，提出了一套完整的植物小肽類激素受體識(shí)別規(guī)律，可用于指導(dǎo)植物未知小肽激素受體的發(fā)現(xiàn)。

　　清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2013級(jí)博士生宋文和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2013級(jí)博士生劉莉?yàn)檎撐墓餐谝蛔髡?。清華大學(xué)柴繼杰教授、北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授和清華大學(xué)韓志富博士為共同通訊作者。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生王繼縱、吳臻、張賀橋、湯嬌、林光忠與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后王益川、李文陽(yáng)、溫興參與部分工作。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效支持。本研究中清華大學(xué)的工作得到國(guó)家自然基金重點(diǎn)國(guó)際合作研究項(xiàng)目、重大科學(xué)研究計(jì)劃、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心資助。

　　論文鏈接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201662a.html