5月27日，清華大學(xué)柴繼杰研究組與北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授研究組合作，在《細胞研究》上發(fā)表論文《模式序列指引下發(fā)現(xiàn)調(diào)控植物根分生組織生長的肽激素受體》（Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth），揭示了植物重要肽類激素-根分生組織生長因子(RGFs)的受體是位于植物細胞膜表面的五個受體激酶RGFRs，另一類受體激酶SERKs作為共受體參與RGF信號的傳遞，闡明了RGF的識別和受體激活的分子機制，并提出了植物小肽激素受體識別密碼。

　　根是植物固著土壤、吸收水分和營養(yǎng)的主要器官。根尖分生組織（RAM）干細胞生長發(fā)育對整個根發(fā)育和形態(tài)建成起著至關(guān)重要的作用。根干細胞發(fā)育受到眾多信號調(diào)控，其中根分生組織生長因子(Root meristem growth factors,RGF)作為肽激素信號發(fā)揮著重要作用。RGF是一類含有磺酸化修飾的13個氨基酸小肽激素，通過調(diào)節(jié)根重要轉(zhuǎn)錄因子PLT的濃度梯度來維持根干細胞中心（stem cell niche）的穩(wěn)定，另外其還在植物的向重力生長(gravitropism)、側(cè)根發(fā)生、根毛形成以及營養(yǎng)元素磷的響應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用。然而RGF的受體至今仍未發(fā)現(xiàn)。

　　最近，清華大學(xué)柴繼杰研究組通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)了一個普遍存在于植物小肽類激素受體識別的規(guī)律：小肽激素的C末端游離的羧基（-COOH）會特異被植物小肽激素受體上的“精氨酸-精氨酸”（RxR）模式序列所識別。通過這一規(guī)律，將RGF受體候選對象鎖定在含有此模式的一類受體激酶當中。研究組巧妙設(shè)計了“分之篩-質(zhì)譜”新實驗方法，于體外成功鑒定出“RGF 配體-受體對”(RGF-RGFR pair)，隨后獲得了RGF-RGFR復(fù)合物的2.6A晶體結(jié)構(gòu)。與猜想完全吻合，復(fù)合物結(jié)構(gòu)清晰地顯示RGF的C末端游離羧基（-COOH）特異地結(jié)合在了受體RGFR的（RxR）小肽激素模式識別序列上。同時，研究還驚喜地發(fā)現(xiàn)，在RGF的受體上“精氨酸-甘氨酸-甘氨酸”序列（RxGG）特異地識別了小肽激素RGF上的磺酸化修飾。通過受體序列比對，發(fā)現(xiàn)一個由五個成員組成的受體激酶亞家族特異地含有此（RxGG）磺酸化模式識別序列，研究組最終找出了RGF的全部五個受體。此外，RGF-RGFR的復(fù)合物結(jié)構(gòu)還提示RGF信號通路的起始還需要其他成分參與，通過體外生化實驗表明SERK家族成員可能作為共受體參與RGF受體激活。

　　通過與北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授研究組合作，在植物體內(nèi)利用遺傳生化的研究方法，最終表明這五個RGFRs確實作為受體來識別RGF肽激素信號而去調(diào)控根干細胞維持、根的正常生長發(fā)育形態(tài)建成以及向重力生長。同時，研究還揭示了RGF肽激素信號發(fā)出后，誘導(dǎo)了細胞膜上受體RGFR與共受體SERK的胞外區(qū)互作，通過激酶區(qū)磷酸化向細胞內(nèi)傳遞信號。

　　植物肽激素RGF受體的發(fā)現(xiàn)填補了RGF信號通路上缺失的最重要一環(huán)，使人們對RGF信號通路的認識向前推進了一步，可以更好地研究分解RGF在植物生長發(fā)育中的不同功能，也為植物根尖分生組織RAM的生長發(fā)育信號調(diào)控提供了新的認識。在RGF受體發(fā)現(xiàn)過程中，利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)提示的規(guī)律，巧妙繞過植物遺傳冗余的研究難題，為植物學(xué)受體-配體研究提供了新思路。通過RGF-RGFR受體配體復(fù)合物結(jié)構(gòu)分析，提出了一套完整的植物小肽類激素受體識別規(guī)律，可用于指導(dǎo)植物未知小肽激素受體的發(fā)現(xiàn)。

　　清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2013級博士生宋文和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2013級博士生劉莉為論文共同第一作者。清華大學(xué)柴繼杰教授、北京大學(xué)郭紅衛(wèi)教授和清華大學(xué)韓志富博士為共同通訊作者。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生王繼縱、吳臻、張賀橋、湯嬌、林光忠與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后王益川、李文陽、溫興參與部分工作。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數(shù)據(jù)收集提供了及時有效支持。本研究中清華大學(xué)的工作得到國家自然基金重點國際合作研究項目、重大科學(xué)研究計劃、自然科學(xué)基金重點項目和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心資助。

　　論文鏈接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201662a.html