清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院謝道昕課題組和醫(yī)學(xué)院饒子和課題組等闡明植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯的受體
清華新聞網(wǎng)8月4日電 8月1日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院謝道昕教授與醫(yī)學(xué)院婁智勇教授、饒子和院士等合作，在《自然》（Nature）在線發(fā)表了題為《DWARF14蛋白是植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯的受體》（DWARF14 is a non-canonical hormone receptor for strigolactone）的研究論文，闡明了植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯的受體D14，發(fā)現(xiàn)了新型的激素活性分子CLIM，并揭示了一種全新的“底物-酶-活性分子-受體”激素識(shí)別機(jī)制。
植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯(Strigolactone, SL)受體識(shí)別的分子機(jī)制。
激素對(duì)于生物的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝和繁衍生息等各種生命活動(dòng)起重要調(diào)節(jié)作用；闡明激素的受體識(shí)別機(jī)制，對(duì)于揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)、提高生物的生存和發(fā)展能力具有重要意義。生物學(xué)領(lǐng)域歷經(jīng)一個(gè)世紀(jì)的科學(xué)探索，揭示了受體可逆地結(jié)合和釋放配體分子的“受體-活性分子”識(shí)別規(guī)律；迄今發(fā)現(xiàn)的所有經(jīng)典動(dòng)植物激素的受體都是可逆地結(jié)合激素活性分子、調(diào)控生物的各種生命活動(dòng)。2016年8月1日《自然》在線發(fā)表的研究結(jié)果則闡明了同時(shí)具有生成激素活性分子和不可逆地結(jié)合激素活性分子雙重特性的新型受體，揭示了一種全新的“底物-酶-活性分子-受體”識(shí)別規(guī)律；這是生命科學(xué)激素研究領(lǐng)域取得的重大突破，《自然》同期的News & Views專文評(píng)述了該工作的重大科學(xué)意義。
植物科學(xué)領(lǐng)域至今已經(jīng)闡明了生長(zhǎng)素、赤霉素、乙烯、細(xì)胞分裂素、脫落酸、油菜素內(nèi)酯、茉莉素、水楊酸和獨(dú)腳金內(nèi)酯九類經(jīng)典激素的受體，謝道昕教授及其合作者闡明了其中茉莉素和獨(dú)腳金內(nèi)酯兩類重要激素的受體。2009年發(fā)現(xiàn)的茉莉素的受體COI1蛋白，遵循生物學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典的“受體-活性分子”識(shí)別規(guī)律、可逆地識(shí)別激素活性分子JA-Ile，調(diào)控植物的防御反應(yīng)和生長(zhǎng)發(fā)育。2016年最新闡明的獨(dú)腳金內(nèi)酯受體D14，則遵循“底物-酶-活性分子-受體”新型識(shí)別規(guī)律，既生成激素活性分子、又不可逆地結(jié)合激素活性分子，調(diào)控植物分枝等重要生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。
植物分枝是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要農(nóng)藝性狀，對(duì)于植物株型和作物產(chǎn)量有重要影響；獨(dú)腳金內(nèi)酯不僅作為新型植物激素調(diào)控植物分枝，還作為根際信號(hào)調(diào)節(jié)“植物與共生真菌”及“植物與寄生雜草”的互作。該最新發(fā)表在《自然》上的論文綜合采用生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、生物質(zhì)譜、化學(xué)合成等多方面的研究手段，通過(guò)對(duì)D14、突變蛋白D14(G158E)和突變植物d14-5的生物化學(xué)和分子遺傳學(xué)鑒定，以及對(duì)獨(dú)腳金內(nèi)酯誘導(dǎo)形成的D14-D3-ASK1復(fù)合物的生物質(zhì)譜、生物化學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)受體D14蛋白水解各種不同結(jié)構(gòu)式的獨(dú)腳金內(nèi)酯分子，生成同一來(lái)源于獨(dú)角金內(nèi)酯D-環(huán)的活性分子CLIM、將CLIM完全包裹在其催化中心并以共價(jià)鍵方式不可逆地結(jié)合CLIM、招募F-box蛋白D3、觸發(fā)激素信號(hào)傳導(dǎo)鏈；該研究還發(fā)現(xiàn)，受體D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的過(guò)程中發(fā)生了巨大的構(gòu)象變化，揭示了D14-D3的精細(xì)互作面及其在獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)通路中不可或缺的作用，并在植物體內(nèi)鑒定了與受體D14通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合的獨(dú)腳金內(nèi)酯活性分子CLIM。
清華大學(xué)生命學(xué)院博士生姚瑞楓、醫(yī)學(xué)院博士畢業(yè)生明振華、醫(yī)學(xué)院助理研究員閆利明博士和生命學(xué)院博士生李素華為該文共同第一作者，謝道昕教授、婁智勇教授及饒子和院士為該文共同通訊作者。中科院遺傳發(fā)育所李家洋院士、中科院上海藥物所南發(fā)俊研究員、清華大學(xué)鄧海騰教授和何偉教授等實(shí)驗(yàn)室的研究人員也參與了部分工作。北京大學(xué)夏斌教授、羅佗平教授、清華大學(xué)劉剛教授、尹正教授、付華教授等為該研究提供了寶貴的建議。清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)測(cè)試中心蛋白平臺(tái)、蛋白質(zhì)中心晶體平臺(tái)、藥學(xué)院藥物平臺(tái)提供了寶貴的支持。上海同步輻射光源以及日本KEK光子工廠為衍射數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和農(nóng)業(yè)部項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature19073.pdf
供稿：生命學(xué)院 編輯：悸寔 李含
