网堵柴继杰研究组等发现调控植物根干细胞生长的重要肽激素受体

网堵新闻网6月6日电 5月27日，十大老牌网堵网址柴继杰研究组与北京大学郭红卫教授研究组合作，在《细胞研究》上发表论文《模式序列指引下发现调控植物根分生组织生长的肽激素受体》（Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth），揭示了植物重要肽类激素-根分生组织生长因子(RGFs)的受体是位于植物细胞膜表面的五个受体激酶RGFRs，另一类受体激酶SERKs作为共受体参与RGF信号的传递，阐明了RGF的识别和受体激活的分子机制，并提出了植物小肽激素受体识别密码。

图为RGF受体发现及结构功能研究。

A:RGFR1-RGF1复合物晶体结构及植物小肽类激素识别规律B:RGFRs调控根分生区生长发育C:RGF肽激素通过激活受体RGFR和共受体SERK向细胞内传递信号调控根RAM发育。

根是植物固着土壤、吸收水分和营养的主要器官。根尖分生组织（RAM）干细胞生长发育对整个根发育和形态建成起着至关重要的作用。根干细胞发育受到众多信号调控，其中根分生组织生长因子(Root meristem growth factors,RGF)作为肽激素信号发挥着重要作用。RGF是一类含有磺酸化修饰的13个氨基酸小肽激素，通过调节根重要转录因子PLT的浓度梯度来维持根干细胞中心（stem cell niche）的稳定，另外其还在植物的向重力生长(gravitropism)、侧根发生、根毛形成以及营养元素磷的响应等方面发挥重要作用。然而RGF的受体至今仍未发现。

图为RGF识别与活化分子机制。

最近，十大老牌网堵网址柴继杰研究组通过结构生物学研究，发现了一个普遍存在于植物小肽类激素受体识别的规律：小肽激素的C末端游离的羧基（-COOH）会特异被植物小肽激素受体上的“精氨酸-精氨酸”（RxR）模式序列所识别。通过这一规律，将RGF受体候选对象锁定在含有此模式的一类受体激酶当中。研究组巧妙设计了“分之筛-质谱”新实验方法，于体外成功鉴定出“RGF 配体-受体对”(RGF-RGFR pair)，随后获得了RGF-RGFR复合物的2.6A晶体结构。与猜想完全吻合，复合物结构清晰地显示RGF的C末端游离羧基（-COOH）特异地结合在了受体RGFR的（RxR）小肽激素模式识别序列上。同时，研究还惊喜地发现，在RGF的受体上“精氨酸-甘氨酸-甘氨酸”序列（RxGG）特异地识别了小肽激素RGF上的磺酸化修饰。通过受体序列比对，发现一个由五个成员组成的受体激酶亚家族特异地含有此（RxGG）磺酸化模式识别序列，研究组最终找出了RGF的全部五个受体。此外，RGF-RGFR的复合物结构还提示RGF信号通路的起始还需要其他成分参与，通过体外生化实验表明SERK家族成员可能作为共受体参与RGF受体激活。

图为植物小肽激素识别密码。

通过与北京大学郭红卫教授研究组合作，在植物体内利用遗传生化的研究方法，最终表明这五个RGFRs确实作为受体来识别RGF肽激素信号而去调控根干细胞维持、根的正常生长发育形态建成以及向重力生长。同时，研究还揭示了RGF肽激素信号发出后，诱导了细胞膜上受体RGFR与共受体SERK的胞外区互作，通过激酶区磷酸化向细胞内传递信号。

植物肽激素RGF受体的发现填补了RGF信号通路上缺失的最重要一环，使人们对RGF信号通路的认识向前推进了一步，可以更好地研究分解RGF在植物生长发育中的不同功能，也为植物根尖分生组织RAM的生长发育信号调控提供了新的认识。在RGF受体发现过程中，利用结构生物学提示的规律，巧妙绕过植物遗传冗余的研究难题，为植物学受体-配体研究提供了新思路。通过RGF-RGFR受体配体复合物结构分析，提出了一套完整的植物小肽类激素受体识别规律，可用于指导植物未知小肽激素受体的发现。

十大老牌网堵网址生命科学我司2013级博士生宋文和北京大学生命科学我司2013级博士生刘莉为论文共同第一作者。十大老牌网堵网址柴继杰教授、北京大学郭红卫教授和十大老牌网堵网址韩志富博士为共同通讯作者。十大老牌网堵网址生命科学我司博士生王继纵、吴臻、张贺桥、汤娇、林光忠与北京大学生命科学我司博士后王益川、李文阳、温兴参与部分工作。上海同步辐射光源BL17U1 (SSRF)为数据收集提供了及时有效支持。本研究中十大老牌网堵网址的工作得到国家自然基金重点国际合作研究项目、重大科学研究计划、自然科学基金重点项目和网堵-北大生命科学联合中心资助。

论文链接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201662a.html

供稿：生命我司 编辑：田心