分子植物卓越中心揭示細胞分裂素快速激活基因表達的分子機制

　　細胞分裂素（cytokinin）是一種重要的植物激素，在植物的生長發育中扮演著多種角色，包括維持分生組織、促進維管組織分化、調控葉片衰老和促進再生等。以往研究表明，細胞分裂素的信號傳遞類似于細菌的雙組分系統，通過磷酸中轉系統將信號從細胞膜傳遞到細胞核內，進而激活特定的下游基因表達。此磷酸中轉系統的最終目標是一類名為B型ARR轉錄因子（B-ARRs）的蛋白，它們包含保守的N末端接收結構域（Receiver Domain，RD）、中間的DNA結合結構域（DNA Binding Domain，DBD）和C末端的轉錄激活結構域（Transactivation Domain）。早在二十年前，研究人員就已經發現，當細胞分裂素被細胞表面受體識別后，信號會通過組氨酸磷酸轉移蛋白（AHPs）上特定的組氨酸殘基接受磷酸轉移而介導，進一步磷酸基團會被傳遞到B-ARRs的RD中的天冬氨酸殘基上，從而迅速激活對細胞分裂素的轉錄響應。然而，這個調控過程的詳細分子機制仍不清楚。

　　1月10日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王佳偉、張鵬團隊在《美國國家科學院院刊》上發表題為The structure of B-ARR reveals the molecular basis of transcriptional activation by cytokinin的研究論文。該研究解析了來自模式植物擬南芥B-ARR成員ARR1的RD-DBD（ARR1RD-DBD）以及ARR1DBD-DNA復合物的蛋白晶體結構。對ARR1DBD-DNA復合物的分析揭示了ARR1對GAT三核苷酸序列特異性識別的結構基礎。通過比較ARR1RD-DBD和ARR1DBD-DNA的結構，進一步揭示了未磷酸化的ARR1RD-DBD處于一個閉合構象，在RD與DBD之間存在廣泛的接觸面。體外和體內功能實驗顯示，RD的磷酸化削弱了其與DBD的相互作用，引起DBD的構象改變，從而導致DBD結合靶標DNA，激活下游基因的表達。

　　相關研究工作得到國家自然科學基金委基礎科學中心項目、創新群體項目，中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。

ARR1DBD與DNATCS、ARR1RD-DBD的晶體結構及工作機制模型