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周俭民实验室发现植物免疫受体调控G蛋白激活机制

  异源三聚体G蛋白广泛存在于真核细胞中,对细胞生命活动具有重要的调控作用。在动物细胞中,G蛋白α亚基与G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)结合,GPCR感受胞外信号后,发挥鸟苷酸交换因子作用,促使亚基结合的GDPGTP替换,从而导致G蛋白激活,亚基与Gβγ二聚体发生解离,激活后的G蛋白通过作用于下游靶标实现信号的传递和放大。一类具有GTP水解酶加速活性(GTPase accelerating protein, GAP)的RGS蛋白通过增强的水解酶活性,使GTP快速被水解为GDPG蛋白重新回到静息状态。与动物细胞不同,植物细胞中并不存在GPCR蛋白,且植物蛋白具有主动结合GTP的自激活能力,因此植物细胞如何调控G蛋白激活一直是植物科学研究领域的一个重大问题。 

 

  拟南芥免疫受体FLS2能够通过识别细菌鞭毛蛋白来感知病原细菌的入侵,并通过免疫受体复合物的核心激酶BIK1来激活下游免疫反应。中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究组的前期研究发现,G蛋白在FLS2介导的免疫反应中发挥重要的调控作用。由蛋白(XLG2XLG3)、蛋白(AGB1)和蛋白(AGG1AGG2)组成的异源三聚体直接与FLS2偶联。但免疫受体FLS2如何调控G蛋白激活的分子机理并不清楚。 

 

  周俭民研究组的最新研究揭示了拟南芥免疫受体FLS2调控植物G蛋白激活的分子机理。在静息状态下,拟南芥唯一的RGS蛋白RGS1蛋白以及免疫受体FLS2结合在一起,通过RGS1GAP活性使与蛋白结合的GTP被水解为GDP,从而使G蛋白维持在静息状态。在FLS2感知鞭毛蛋白后,BIK1磷酸化RGS1蛋白Ser431Ser428,从而导致RGS1亚基和FLS2的解离,解除RGS1的抑制作用,因而得以自动结合GTP而激活,促进免疫反应。其中,XLG2在叶肉细胞中调控免疫反应,而GPA1通过调控气孔关闭来阻止病原微生物的入侵。 

 

  这一突破性研究成果揭示了不同于动物G蛋白的新型激活方式。植物细胞G蛋白的激活是通过受体诱导RGS1的磷酸化,从而解除对的抑制作用实现的。该研究结果于2018315日在线发表于Cell Research (DOI:10.1038/s41422-018-0027-5)。周俭民研究组的博士后梁祥修和博士生马苗苗为本文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科技部、中国科学院先导专项和植物基因组学国家重点实验室的资助。 

 

  : 植物免疫受体FLS2通过RGS1调控G蛋白激活模式