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Science:植物类固醇激素如何促进植物生长

如果想要更好地了解植物的生长机制,就必须从分子细节上来分析生物化学。

现在,来自德国马普协会弗雷德里希·米歇尔实验室(Friedrich Miescher Laboratory of the Max Planck Society)的研究人员发现,一种植物膜受体需要一个辅助蛋白来感应一种促生长激素,将这一信号传导至整个细胞膜。

每个细胞都被脂质细胞膜所包绕。来自于其他细胞和环境的信号必须在细胞表面被感应到,传导到整个细胞膜,再转换为细胞内的一种特异反应。所有的生物都进化出了一些膜受体蛋白来实现这些复杂的任务,但与动物和细菌中得到充分研究的膜受体相比,植物膜受体看起来截然不同。富含亮氨酸重复序列(LRR)受体蛋白激酶家族负责植物大多数的膜信号传导事件。植物激素受体 BRI1 就属于 LRR 受体蛋白激酶家族,它能够感应一种小的类固醇激素促进性植物生长。从前证实, BRI1 可在细胞表面用它的 LRR 结构域直接结合这一小类固醇激素。

研究人员证实 BRI1 需要一种辅助蛋白,才能正确感应这一激素,并将信号传导至整个细胞膜。这一辅助 SERK1 蛋白已知在油菜素甾醇信号通路中发挥作用,但看到早期就需要它还是让人感到意外。通过采用强 X 光线解析 BRI1 -类固醇激素- SERK1 三元复合物蛋白质晶体,研究人员观察到 SERK1 直接促成了激素结合口袋形成,两个蛋白质与激素发生了相互作用。由此,这一类固醇也充当了分子胶促进了细胞表面 BRI1 与 SERK1 LRR 结构域结合。这随后引起了细胞内部胞质激酶结构域相互作用,转而激活了一个特征确定的信号通路,触发了生长反应。

SERK1 令人感兴趣的特征在于,它能够帮助激活几种看似无关的植物受体激酶,这些激酶结合极其不同的配体,触发不同的反应。这一新结构让研究人员第一次看到了 SERK1 的运作机制。并没有与 BRI1 握手,它只是利用几个‘指尖’来接触受体。另外,它极其保守的曲面仍然能够与其他植物受体激酶,及潜在配体发生相互作用。研究人员推测到:必须有一些优势将所有这些不同的功能组合到一个辅助蛋白内。值得注意的是,利用一个共同的辅助蛋白,可以实现不同信号通路之间的相互沟通。

这一原子模型还提供了其他的一些新见解:依据新模型,科学家可以很好地预测出,受体或辅助蛋白的哪些突变应该会影响下游的信号通路。此外,科学家还可以了解这一激素的哪部分对于它结合受体或是辅助蛋白至关重要。

这样详细的认识有可能会推动合理地设计出可应用于基础研究的植物合成类固醇激素和受体拮抗物。

原文检索:

Julia Santiago, Christine Henzler, Michael Hothorn. Molecular Mechanism for Plant Steroid Receptor Activation by Somatic Embryogenesis Co-Receptor Kinases. Science, August 8 2013; DOI: 10.1126/science.1242468

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