來自清華大學,北大-清華生命中心的研究人員發表了題為“A receptor-like protein acts as a specificity switch for the regulation of stomatal development”的研究論文,報道了受體蛋白TMM通過與受體激酶ERECTA家族形成組成型復合物,特異性識別植物激素小肽EPFs家族,精細調控植物氣孔發育的分子機制。
這一研究成果公布在Genes & Development雜志上,由清華大學柴繼杰研究組完成。清華大學11級PTN項目博士生林光忠為該論文的第一作者,柴繼杰教授為通訊作者。美國田納西大學Elena教授和張亮博士為本文的植物體內遺傳數據提供重要幫助和支持。生命學院韓志富博士,博士生楊欣茹,劉維佳參與了課題的相關部分。生命中心戚益軍,鄭州大學常俊標教授,博士生李二通為本文的順利發表提供幫助。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數據收集提供了及時有效的支持。本研究工作得到國家自然科學基金委及科技部的大力資助。
氣孔是陸地植物表皮上微小的細孔,作為植物與外界環境進行氣體交換(主要是二氧化碳和水蒸汽)的重要通道,在調節植物光合作用、蒸騰作用以及水分利用中扮演著至關重要的角色。研究表明氣孔發育過程中:擬南芥分泌肽類激素表皮模式因子EPF(EPIDERMAL PATTERNING FACTOR)家族、富含亮氨酸的受體激酶ERECTA(ER)家族(包括ERECTA、ERL1、ERL2)和富含亮氨酸的受體蛋白TMM調控氣孔發育和形成。
遺傳研究表明TMM可能扮演氣孔特異性因子,促進ER家族接收EPF1、EPF2和EPFL9氣孔特異性信號小肽;同時排斥生長信號小肽EPFL4,6來專一性調控氣孔發育。然而TMM如何針對特異的配體調控ER不同信號通路的分子機制并不清楚。
在這篇文章中,研究人員通過結構生物學的一系列研究方法,解析了ERL1LRR -TMMLRR、ERL1LRR-TMMLRR -EPF1、ERL1LRR-TMMLRR -EPF2、EPFL4-ERL2LRR 4種復合物的晶體結構,同時結合生化分析,遺傳互補等多種方法,發現并證明了ER家族可以與TMM形成組成型的復合物。只有這種復合物才是體內EPF1,EPF2,EPFL9真正的受體調控氣孔發育。
與此相反,單獨ER家族可以識別EPFL4/6調控花序伸長。當存在TMM時,TMM可以抑制EPFL4/6結合ER家族。
這一研究結果表明TMM特異性調控ERf識別配體,允許ERf響應TMM依賴的氣孔信號而排斥其他非TMM依賴的生長信號。
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