清华大学最新Nature文章

　　

8月1日，清华大学生命科学学院谢道昕教授与医学院娄智勇教授、饶子和院士等合作在国际顶尖期刊《自然》（Nature）在线发表了题为《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，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。《自然》同期的News & Views专文评述推荐了该工作。

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。

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。中科院遗传发育所李家洋院士、中科院上海药物所南发俊研究员、清华大学邓海腾教授和何伟教授等实验室的研究人员也参与了部分工作。北京大学夏斌教授、罗佗平教授、清华大学刘刚教授、尹正教授、付华教授等为该研究提供了宝贵的建议。清华大学生物医学测试中心蛋白平台、蛋白质中心晶体平台、药学院药物平台提供了宝贵的支持。上海同步辐射光源以及日本KEK光子工厂为衍射数据收集提供了及时有效的支持。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和农业部项目经费支持。

 《自然》论文链接：

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature19073.pdf

图1  植物激素独脚金内酯（Strigolactone, SL)受体识别的分子机制