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植物油菜素内酯等受体激酶的结构及功能研究

发布日期: 2017- 12- 20 字体:[ ]

获奖项目:植物油菜素内酯等受体激酶的结构及功能研究

主要完成人:柴继杰(清华大学),常俊标(郑州大学),韩志富(清华大学),李磊(中国科学院遗传与发育生物学研究所),宋传君(郑州大学)

推荐单位:河南省

获奖等级:国家自然科学奖二等奖

项目简介:

植物没有典型的G 蛋白耦联受体,研究揭示植物主要通过细胞膜中存在大量的受体样激酶(拟南芥大约600 多个和水稻大约1000 多个)来承担着生长、发育、抗病和共生等功能。对于植物众多的受体激酶是如何识别不同性质的配体进而引起不同的生理功能是该项目的主要研究问题。通过采用各种前沿的结构生物学方法结合遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等手段对植物重要受体激酶的配体识别及活化机理及信号通路的转导机理进行了系统的研究,取得了以下五项重要发现。

(1)通过解析BRI1-BL 二元和BRI1-BL-BAK1 三元复合物晶体结构,首次揭示重要植物激素-油菜素内酯的受体识别及受体异源二聚化活化的分子机制。

(2)通过解析模式识别受体AtCERK1 与真菌病原体细胞壁的主要组分几丁质的复合物结构,阐明了AtCERK1 特异性识别几丁质的分子机制。更为重要的是,该项目首次提供结构及生化证据表明植物受体激酶的同源二聚化激活机制。

(3)通过解析模式识别受体FLS2 和共受体BAK1 与植物致病菌模式分子鞭毛蛋白复合物结构,揭示植物模式识别受体识别多肽模式分子的分子机制及植物受体激酶的异源二聚化活化机制,揭示了BAK1 是作为共受体直接参与识别细菌鞭毛蛋白,矫正了此前BAK1 被认为是一个信号放大分子的概念。以上三种结构也揭示了植物受体激酶活化的普遍模式-同源或异源二聚化活化的基本模式。

(4)在番茄中,Pto 作为胞内受体激酶通过与NLR 型受体Prf 互作来识别病原菌的效应蛋白AvrPto 或AvrPtoB 从而引起植物的免疫抗病反应。AvrPto-Pto 和AvrPtoB-Pto 晶体结构的解析首次提供结构与生化证据支持植物NLR 型受体的间接识别模式。同时数据表明AvrPto 通过抑制而不是促进Pto 的激酶活性激活Prf。据此提出了植物抗病新模型-诱饵模型,为后来发现AvrPto抑制受体激酶从而促进病原菌致病性具有指导作用。

(5)通过解析AvrPtoB-BAK1 复合物晶体结构结合生化实验,揭示了病原菌效应蛋白AvrPto 通过抑制许多植物免疫受体激酶的共受体-BAK1 来抑制宿主免疫反应从而达到致病的目的。这些发现不仅极大的丰富了人们对植物众多的受体激酶的配体识别及活化的认识,也揭示了植物受体激酶在植物与病原菌相互作用中的复杂关系,将为众多的植物受体激酶研究提供模式。相关研究工作获得了国内及国际同行的高度评价,在多种专业杂志上被邀请撰写综述。8 篇代表论文包括Nature 2 篇、Science 2 篇、Cell Host & Microbe 1 篇、Cell Research 1 篇、Plant Cell 1篇和Current Biology 1 篇。SCI 他引744 次。由于在受体激酶结构与功能研究领域的杰出成就, 柴继杰教授获得了德国马普植物遗传与育种研究所“洪堡”教授。

异源二聚化是植物受体激酶活化的基本模式

植物受体激酶具有保守的线性肽识别模式

  

柴继杰韩志富实验室合照                                             周俭民李磊老师实验室合照

   

常俊标教授实验照                                                             宋传君教授实验室

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