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上海光源用户在植物激素受体识别机制研究中取

发布时间:2019-07-09 15:10编辑:科学浏览(106)

    在该项研究中,研究人员利用上海光源生物大分子晶体学线站解析了独脚金内酯诱导形成的D14-D3-ASK1复合物晶体结构,综合采用生物化学、结构生物学、分子遗传学、生物质谱、化学合成等多方面的研究手段,通过对D14、突变蛋白D14和突变植物d14-5的生物化学和分子遗传学鉴定,以及对独脚金内酯诱导形成的D14-D3-ASK1复合物的生物质谱、生物化学和晶体结构的分析,发现受体D14蛋白水解各种不同结构式的独脚金内酯分子,生成同一来源于独角金内酯D-环的活性分子CLIM,将CLIM完全包裹在其催化中心并以共价键方式不可逆地结合CLIM、招募F-box蛋白D3、触发激素信号传导链;该研究还发现,受体D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的过程中发生了巨大的构象变化,揭示了D14-D3的精细互作面及其在独脚金内酯信号通路中不可或缺的作用,并在植物体内鉴定了与受体D14通过共价键结合的独脚金内酯活性分子CLIM。

    清华大学生命科学学院谢道昕课题组和医学院饶子和课题组等阐明植物激素独脚金内酯的受体


    清华新闻网8月4日电 8月1日,清华大学生命科学学院谢道昕教授与医学院娄智勇教授、饶子和院士等合作,在《自然》在线发表了题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》的研究论文,阐明了植物激素独脚金内酯的受体D14,发现了新型的激素活性分子CLIM,并揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”激素识别机制。

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    植物激素独脚金内酯(Strigolactone, SL)受体识别的分子机制。

    激素对于生物的生长发育、新陈代谢和繁衍生息等各种生命活动起重要调节作用;阐明激素的受体识别机制,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。生物学领域历经一个世纪的科学探索,揭示了受体可逆地结合和释放配体分子的“受体-活性分子”识别规律;迄今发现的所有经典动植物激素的受体都是可逆地结合激素活性分子、调控生物的各种生命活动。2016年8月1日《自然》在线发表的研究结果则阐明了同时具有生成激素活性分子和不可逆地结合激素活性分子双重特性的新型受体,揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”识别规律;这是生命科学激素研究领域取得的重大突破,《自然》同期的News & Views专文评述了该工作的重大科学意义。

    植物科学领域至今已经阐明了生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯、茉莉素、水杨酸和独脚金内酯九类经典激素的受体,谢道昕教授及其合作者阐明了其中茉莉素和独脚金内酯两类重要激素的受体。2009年发现的茉莉素的受体COI1蛋白,遵循生物学领域经典的“受体-活性分子”识别规律、可逆地识别激素活性分子JA-Ile,调控植物的防御反应和生长发育。2016年最新阐明的独脚金内酯受体D14,则遵循“底物-酶-活性分子-受体”新型识别规律,既生成激素活性分子、又不可逆地结合激素活性分子,调控植物分枝等重要生长发育过程。

    植物分枝是农业生产中的一个重要农艺性状,对于植物株型和作物产量有重要影响;独脚金内酯不仅作为新型植物激素调控植物分枝,还作为根际信号调节“植物与共生真菌”及“植物与寄生杂草”的互作。该最新发表在《自然》上的论文综合采用生物化学、结构生物学、分子遗传学、生物质谱、化学合成等多方面的研究手段,通过对D14、突变蛋白D14(G158E)和突变植物d14-5的生物化学和分子遗传学鉴定,以及对独脚金内酯诱导形成的D14-D3-ASK1复合物的生物质谱、生物化学和晶体结构的分析,发现受体D14蛋白水解各种不同结构式的独脚金内酯分子,生成同一来源于独角金内酯D-环的活性分子CLIM、将CLIM完全包裹在其催化中心并以共价键方式不可逆地结合CLIM、招募F-box蛋白D3、触发激素信号传导链;该研究还发现,受体D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的过程中发生了巨大的构象变化,揭示了D14-D3的精细互作面及其在独脚金内酯信号通路中不可或缺的作用,并在植物体内鉴定了与受体D14通过共价键结合的独脚金内酯活性分子CLIM。

    清华大学生命学院博士生姚瑞枫、医学院博士毕业生明振华、医学院助理研究员闫利明博士和生命学院博士生李素华为该文共同第一作者,谢道昕教授、娄智勇教授及饶子和院士为该文共同通讯作者。中科院遗传发育所李家洋院士、中科院上海药物所南发俊研究员、清华大学邓海腾教授和何伟教授等实验室的研究人员也参与了部分工作。北京大学夏斌教授、罗佗平教授、清华大学刘刚教授、尹正教授、付华教授等为该研究提供了宝贵的建议。清华大学生物医学测试中心蛋白平台、蛋白质中心晶体平台、药学院药物平台提供了宝贵的支持。上海同步辐射光源以及日本KEK光子工厂为衍射数据收集提供了及时有效的支持。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和农业部项目经费支持。

    论文链接:

    供稿:生命学院 编辑:悸寔 李含

    清华大学生命科学学院谢道昕课题组和医学院饶子和课题组等阐明植物激素独脚金内酯的受体


    清华新闻网8月4日电 8月1日,清华大学生命科学学院谢道昕教授与医学院娄智勇教授、饶子和院士等合作,在《自然》在线发表了题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》的研究论文,阐明了植物激素独脚金内酯的受体D14,发现了新型的激素活性分子CLIM,并揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”激素识别机制。

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    植物激素独脚金内酯(Strigolactone, SL)受体识别的分子机制。

    激素对于生物的生长发育、新陈代谢和繁衍生息等各种生命活动起重要调节作用;阐明激素的受体识别机制,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。生物学领域历经一个世纪的科学探索,揭示了受体可逆地结合和释放配体分子的“受体-活性分子”识别规律;迄今发现的所有经典动植物激素的受体都是可逆地结合激素活性分子、调控生物的各种生命活动。2016年8月1日《自然》在线发表的研究结果则阐明了同时具有生成激素活性分子和不可逆地结合激素活性分子双重特性的新型受体,揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”识别规律;这是生命科学激素研究领域取得的重大突破,《自然》同期的News & Views专文评述了该工作的重大科学意义。

    植物科学领域至今已经阐明了生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯、茉莉素、水杨酸和独脚金内酯九类经典激素的受体,谢道昕教授及其合作者阐明了其中茉莉素和独脚金内酯两类重要激素的受体。2009年发现的茉莉素的受体COI1蛋白,遵循生物学领域经典的“受体-活性分子”识别规律、可逆地识别激素活性分子JA-Ile,调控植物的防御反应和生长发育。2016年最新阐明的独脚金内酯受体D14,则遵循“底物-酶-活性分子-受体”新型识别规律,既生成激素活性分子、又不可逆地结合激素活性分子,调控植物分枝等重要生长发育过程。

    植物分枝是农业生产中的一个重要农艺性状,对于植物株型和作物产量有重要影响;独脚金内酯不仅作为新型植物激素调控植物分枝,还作为根际信号调节“植物与共生真菌”及“植物与寄生杂草”的互作。该最新发表在《自然》上的论文综合采用生物化学、结构生物学、分子遗传学、生物质谱、化学合成等多方面的研究手段,通过对D14、突变蛋白D14(G158E)和突变植物d14-5的生物化学和分子遗传学鉴定,以及对独脚金内酯诱导形成的D14-D3-ASK1复合物的生物质谱、生物化学和晶体结构的分析,发现受体D14蛋白水解各种不同结构式的独脚金内酯分子,生成同一来源于独角金内酯D-环的活性分子CLIM、将CLIM完全包裹在其催化中心并以共价键方式不可逆地结合CLIM、招募F-box蛋白D3、触发激素信号传导链;该研究还发现,受体D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的过程中发生了巨大的构象变化,揭示了D14-D3的精细互作面及其在独脚金内酯信号通路中不可或缺的作用,并在植物体内鉴定了与受体D14通过共价键结合的独脚金内酯活性分子CLIM。

    清华大学生命学院博士生姚瑞枫、医学院博士毕业生明振华、医学院助理研究员闫利明博士和生命学院博士生李素华为该文共同第一作者,谢道昕教授、娄智勇教授及饶子和院士为该文共同通讯作者。中科院遗传发育所李家洋院士、中科院上海药物所南发俊研究员、清华大学邓海腾教授和何伟教授等实验室的研究人员也参与了部分工作。北京大学夏斌教授、罗佗平教授、清华大学刘刚教授、尹正教授、付华教授等为该研究提供了宝贵的建议。清华大学生物医学测试中心蛋白平台、蛋白质中心晶体平台、药学院药物平台提供了宝贵的支持。上海同步辐射光源以及日本KEK光子工厂为衍射数据收集提供了及时有效的支持。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和农业部项目经费支持。

    论文链接:

    供稿:生命学院 编辑:悸寔 李含

    在该重大研究计划的支持下,激素生物学家们和农学家密切合作,利用育种家提供的一系列水稻矮杆多分蘖突变体等为材料开展研究,包括d27、d14、d53等。例如,李家洋院士课题组通过对水稻矮秆多分蘖突变体d27的研究,发现了调控独脚金内酯合成的重要基因D27。他们还与化学家合作,在我国建立起了独脚金内酯及其代谢中间产物的检测技术体系,成为目前国际上极少数几个可以准确测定独脚金内酯的机构之一。

    8月1日,清华大学生命科学学院教授谢道昕与医学院教授娄智勇、中科院院士饶子和等合作在《自然》(Nature)在线发表了题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》(DWARF14 is a non-canonical hormone receptor for strigolactone)的研究论文,阐明了植物激素独脚金内酯的受体D14,发现了新型的激素活性分子CLIM,并揭示了一种全新的“底物-酶-活性分子-受体”激素识别机制。《自然》同期的News & Views专文评述了该工作的重大科学意义。

    独脚金内酯是一种新型植物激素。2008年,科学家才认识到其生理学功能是调控植物分枝,作物上称为“分蘖”。

    植物科学领域至今已经阐明了生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯、茉莉素、水杨酸和独脚金内酯九类经典激素的受体,谢道昕及其合作者阐明了其中茉莉素和独脚金内酯两类重要激素的受体。2009年发现的茉莉素的受体COI1蛋白,遵循生物学领域经典的“受体-活性分子”识别规律、可逆地识别激素活性分子JA-IIe,调控植物的防御反应和生长发育。8月1日最新发表的工作则阐明了独脚金内酯的受体D14,并揭示了一种新型的“底物-酶-活性分子-受体”识别机制:受体D14既生成激素活性分子、又不可逆地结合激素活性分子,调控植物分枝等重要生长发育过程。植物分枝是农业生产中的一个重要农艺性状,对于作物的产量有重要影响;独脚金内酯作为新型植物激素,不仅调控植物分枝等重要生长发育过程,还作为根际信号调节“植物与共生真菌”及“植物与寄生杂草”的互作。

    中国科学家相信,未来,我国在新激素独脚金内酯的代谢和信号转导研究领域将在国际学术界继续发挥开创和引领作用。

    激素对于生物的生长发育、新陈代谢和繁衍生息等各种生命活动起重要调节作用;阐明激素的受体识别机制,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。生物学领域历经一个世纪的科学探索、建立了受体可逆地结合和释放配体分子的“受体-活性分子”识别规律;迄今发现的所有经典动植物激素的受体都是可逆地结合激素活性分子、调控生物的各种生命活动。

    国际同行们对这项成果予以高度评价,认为这项突破性的研究成果确立了独脚金内酯信号转导途径的基本框架。

    植物激素独脚金内酯(Strigolactone, SL)受体识别的分子机制

    围绕独脚金内酯的合成及信号转导等科学问题,科学家们在“植物激素作用的分子机理”重大研究计划(以下简称“重大计划”)的资助下,取得了诸多突破性的进展,推动我国在独脚金内酯作用机理的研究领域走向世界前列。

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    激素受体的鉴定也是激素生物学研究热点中的热点。为鉴定独脚金内酯的受体,本重大计划大力推动了与物理学的交叉,吸引结构生物学家的加盟。清华大学生命科学学院谢道昕课题组初步从结构生物学的角度证明D14是独脚金内酯的受体蛋白,并通过与结构生物学家的深入交叉合作,阐明了独脚金内酯信号转导的“酶-底物—活性分子—受体”新型识别规律。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员王永红向《中国科学报》记者介绍:“像水稻一样的农作物的分蘖数目直接决定了单位面积的产量,因此,与调控分蘖相关的独脚金内酯是一种在农业生产上具有重要应用价值的激素。”

    为了进一步阐明独脚金内酯的信号转导途径及其调控植物生长发育的机理,2013年,李家洋院士课题组与中科院上海药物所徐华强课题组、中国水稻研究所钱前课题组合作通过分析水稻矮秆多分蘖突变体d53,鉴定了独脚金内酯信号转导的新元件D53。据介绍,D53编码了一种酶,这种酶与其他蛋白相互作用,能够抑制独脚金内酯信号通路下游靶基因的表达,从而抑制该信号通路。

    最近,研究人员还发现独脚金内酯不仅可以调控分蘖数目,还能通过抑制生长素合成调控水稻地上部分重力反应及分蘖角度。该研究结果不仅揭示了独脚金内酯新的生物学功能,而且阐明了一个新的水稻分蘖调控机制,表明独脚金内酯可以作为改良水稻株型的有效工具。

    (原载于《中国科学报》 2016-12-26 第6版 基金)

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