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Nature:清华大学谢道昕、娄智勇和饶子和研究组合作阐明植物激素独脚金内酯的受体

摘要 : 2016年8月1日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了清华大学生命科学学院谢道昕教授与清华大学医学院娄智勇教授、饶子和院士等合作的题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》的研究论文

 2016年8月1日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了清华大学生命科学学院谢道昕教授与清华大学医学院娄智勇教授、饶子和院士等合作的题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》(DWARF14 is a non-canonical hormone receptor for strigolactone)的研究论文,论文阐明了植物激素独脚金内酯的受体D14,发现了新型的激素活性分子CLIM,并揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”激素识别机制。清华大学生命学院博士生姚瑞枫、医学院博士毕业生明振华、医学院闫利明博士和生命学院博士生李素华为该文共同第一作者,谢道昕教授、娄智勇教授及饶子和院士为该文共同通讯作者。

激素对于生物的生长发育、新陈代谢和繁衍生息等各种生命活动起重要调节作用;阐明激素的受体识别机制,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。生物学领域历经一个世纪的科学探索、建立了受体可逆地结合和释放配体分子的“受体-活性分子”识别规律;迄今发现的所有经典动植物激素的受体都是可逆地结合激素活性分子、调控生物的各种生命活动。

植物科学领域至今已经阐明了生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯、茉莉素、水杨酸和独脚金内酯九类经典激素的受体,谢道昕教授及其合作者阐明了其中茉莉素和独脚金内酯两类重要激素的受体。2009年发现的茉莉素的受体COI1蛋白,遵循生物学领域经典的“受体-活性分子”识别规律、可逆地识别激素活性分子JA-Ile,调控植物的防御反应和生长发育。2016年8月1日最新发表的工作则阐明了独脚金内酯的受体D14,并揭示了一种新型的“底物-酶-活性分子-受体”识别机制:受体D14既生成激素活性分子、又不可逆地结合激素活性分子,调控植物分枝等重要生长发育过程。

植物分枝是农业生产中的一个重要农艺性状,对于作物的产量有重要影响;独脚金内酯作为新型植物激素,不仅调控植物分枝等重要生长发育过程,还作为根际信号调节“植物与共生真菌”及“植物与寄生杂草”的互作。该最新发表在《自然》上的论文综合采用生物化学、结构生物学、分子遗传学、生物质谱、化学合成等多方面的研究手段,通过对D14、突变蛋白D14(G158E)和突变植物d14-5的生物化学和分子遗传学鉴定,以及对独脚金内酯诱导形成的D14-D3-ASK1复合物的生物质谱、生物化学和晶体结构的分析,发现受体D14蛋白水解各种不同结构式的独脚金内酯分子,生成同一来源于独角金内酯D-环的活性分子CLIM、将CLIM完全包裹在其催化中心并以共价键方式不可逆地结合CLIM、招募F-box蛋白D3、触发激素信号传导链;该研究还发现,受体D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的过程中发生了巨大的构象变化,揭示了D14-D3的精细互作面及其在独脚金内酯信号通路中不可或缺的作用,并在植物体内鉴定了与受体D14通过共价键结合的独脚金内酯活性分子CLIM。

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图 植物激素独脚金内酯(Strigolactone, SL)受体识别的分子机制

原文链接:

DWARF14 is a non-canonical hormone receptor for strigolactone

原文摘要:

Classical hormone receptors reversibly and non-covalently bind active hormone molecules, which are generated by biosynthetic enzymes, to trigger signal transduction. The α/β hydrolase DWARF14 (D14), which hydrolyses the plant branching hormone strigolactone and interacts with the F-box protein D3/MAX2, is probably involved in strigolactone detection1, 2, 3. However, the active form of strigolactone has yet to be identified and it is unclear which protein directly binds the active form of strigolactone, and in which manner, to act as the genuine strigolactone receptor. Here we report the crystal structure of the strigolactone-induced AtD14–D3–ASK1 complex, reveal thatArabidopsis thaliana (At)D14 undergoes an open-to-closed state transition to trigger strigolactone signalling, and demonstrate that strigolactone is hydrolysed into a covalently linked intermediate molecule (CLIM) to initiate a conformational change of AtD14 to facilitate interaction with D3. Notably, analyses of a highly branched Arabidopsis mutant d14-5 show that the AtD14(G158E) mutant maintains enzyme activity to hydrolyse strigolactone, but fails to efficiently interact with D3/MAX2 and loses the ability to act as a receptor that triggers strigolactone signalling in planta.These findings uncover a mechanism underlying the allosteric activation of AtD14 by strigolactone hydrolysis into CLIM, and define AtD14 as a non-canonical hormone receptor with dual functions to generate and sense the active form of strigolactone.

来源: Nature 浏览次数:0

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