近期，我校生命科學(xué)學(xué)院王金發(fā)教授、王宏斌教授課題組與李劍峰教授課題組合作在Cell子刊Cell Host & Microbe（IF=14.9）發(fā)表了題為“A Tyrosine Phosphorylation Cycle Regulates Fungal Activation of a Plant Receptor Ser/Thr Kinase”的研究論文，揭示了酪氨酸磷酸化對于植物免疫受體激酶活性調(diào)控的重要作用，解析了作為分子開關(guān)的關(guān)鍵酪氨酸位點(diǎn)的“預(yù)磷酸化-去磷酸化-再磷酸化”循環(huán)調(diào)控機(jī)理，促進(jìn)了人們對于植物先天免疫信號調(diào)控機(jī)制的理解。
植物由于沒有特異性的免疫細(xì)胞，因此演化出了一套精巧的天然免疫機(jī)制，即依賴于植物細(xì)胞表面的模式識別受體（PRRs）對微生物相關(guān)分子模式（MAMPs）進(jìn)行識別，從而引發(fā)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)并激發(fā)下游免疫反應(yīng)。前期，王宏斌教授、王金發(fā)教授課題組與李劍峰教授合作，在水稻中鑒定到了兩個具有真菌幾丁質(zhì)與細(xì)菌肽聚糖雙重識別能力的免疫受體LYP4/6（Plant Cell，2012），進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)免疫受體激酶CERK1作為共受體參與其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（Plant Journal，2014）。盡管免疫受體激酶CERK1在植物先天免疫中發(fā)揮重要作用，但相關(guān)精細(xì)調(diào)控機(jī)制仍不清楚。
該研究通過系統(tǒng)點(diǎn)突變篩查，鑒定到擬南芥CERK1中兩個影響幾丁質(zhì)應(yīng)答的酪氨酸位點(diǎn)。其中，第428位酪氨酸（Y428）控制了幾丁質(zhì)觸發(fā)的MAPK激活和活性氧爆發(fā)等兩條不同通路，而第557位酪氨酸（Y557）則僅影響幾丁質(zhì)觸發(fā)的活性氧爆發(fā)。進(jìn)一步，通過分析Y428與Y557對于CERK1與下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白（類受體胞質(zhì)激酶BIK1與PBL27）的動態(tài)互作模式，提示Y428作為分子開關(guān)發(fā)揮主導(dǎo)的調(diào)控功能。
有趣的是，在真菌幾丁質(zhì)信號應(yīng)答過程中，Y428呈現(xiàn)出一個“預(yù)磷酸化-去磷酸化-再磷酸化”的動態(tài)變化過程：在感知幾丁質(zhì)之前，Y428預(yù)先發(fā)生磷酸化，作為幾丁質(zhì)信號激活CERK1的前提條件；在感知幾丁質(zhì)信號之后的0-60分鐘，Y428發(fā)生去磷酸化，作為幾丁質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)反饋調(diào)控；在60-240分鐘，Y428會自發(fā)恢復(fù)磷酸化，從而使CERK1回到初始待激活狀態(tài)。相比之下，Y557磷酸化只在幾丁質(zhì)信號識別后才會發(fā)生，且依賴于Y428的預(yù)磷酸化。
進(jìn)一步的篩查鑒定到一個相關(guān)的磷酸酶——CERK1-INTERACTING PROTEIN PHOSPHATASE 1（CIPP1）。CIPP1雖然屬于PP2C絲／蘇氨酸磷酸酶，卻能夠在體外催化Y428的“去磷酸化”，并在體內(nèi)過表達(dá)時能阻止Y428的“再磷酸化”過程。同時，CIPP1的過表達(dá)植株和基因敲除植株分別表現(xiàn)出對真菌（灰霉菌）易感和抗性的表型。與Y428的磷酸化循環(huán)過程相對應(yīng)，在幾丁質(zhì)識別發(fā)生時，CIPP1能夠迅速與CERK1結(jié)合（5分鐘內(nèi)），隨著時間的推移（10分鐘后）又會逐漸相互解離。上述證據(jù)提示， CIPP1通過主動參與Y428的去磷酸化，負(fù)反饋調(diào)控真菌幾丁質(zhì)的免疫信號應(yīng)答。
CERK1的酪氨酸動態(tài)磷酸化調(diào)控模式圖
蛋白的磷酸化和去磷酸化是調(diào)控植物細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要機(jī)制之一，蛋白酪氨酸磷酸化在動物細(xì)胞中的重要作用被廣泛證實(shí)。然而，植物免疫受體激酶通常被歸入絲蘇氨酸激酶。本研究提示酪氨酸磷酸化對于植物先天免疫的重要調(diào)控作用，揭示了植物受體激酶與磷酸酶協(xié)同作用，通過對分子開關(guān)（關(guān)鍵酪氨酸位點(diǎn)）的循環(huán)磷酸化修飾，實(shí)現(xiàn)免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的精細(xì)調(diào)控。論文被Cell Host & Microbe期刊選為當(dāng)期“Free Featured Articles”，在其主頁進(jìn)行推薦，供讀者免費(fèi)閱讀。
生命科學(xué)學(xué)院劉俊博士與劉兵副教授為本論文的共同第一作者，王宏斌教授、王金發(fā)教授和李劍峰教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
論文鏈接：http://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(17)30541-3
