辰山植物(wù)園科研人(rén)員(yuán)與中國科學院分(fēn)子植物(wù)科學卓越創新中心合作研究揭示細胞分(fēn)裂素快(kuài)速激活基因表達的(de)分(fēn)子機制

細胞分(fēn)裂素（cytokinin）是一種重要的(de)植物(wù)激素，在植物(wù)的(de)生長(cháng)發育中扮演著(zhe)多(duō)種角色，包括維持分(fēn)生組織、促進維管組織分(fēn)化(huà)、調控葉片衰老和(hé)促進再生等。以往的(de)研究表明(míng)，細胞分(fēn)裂素的(de)信号傳遞類似于細菌的(de)雙組分(fēn)系統，通(tōng)過磷酸中轉系統将信号從細胞膜傳遞到細胞核内，進而激活特定的(de)下(xià)遊基因表達。此磷酸中轉系統的(de)最終目标是一類名爲B型ARR轉錄因子（B-ARRs）的(de)蛋白，它們包含保守的(de)N末端接收結構域（Receiver Domain, RD）、中間的(de)DNA結合結構域（DNA Binding Domain，DBD）和(hé)C末端的(de)轉錄激活結構域（Transactivation Domain）。早在二十年前，研究人(rén)員(yuán)就已經發現，當細胞分(fēn)裂素被細胞表面受體識别後，信号會通(tōng)過組氨酸磷酸轉移蛋白（AHPs）上特定的(de)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(de)RD中的(de)天冬氨酸殘基上，從而迅速激活對(duì)細胞分(fēn)裂素的(de)轉錄響應。然而，這(zhè)個(gè)調控過程的(de)詳細分(fēn)子機制仍不清楚。

2024年1月(yuè)10日，國際學術期刊PNAS在線發表了(le)題爲“The structure of B-ARR reveals the molecular basis of transcriptional activation by cytokinin”的(de)研究論文。該研究解析了(le)來(lái)自模式植物(wù)拟南(nán)芥B-ARR成員(yuán)ARR1的(de)RD-DBD（ARR1^RD-DBD）以及ARR1^DBD-DNA複合物(wù)的(de)蛋白晶體結構。對(duì)ARR1^DBD-DNA複合物(wù)的(de)分(fēn)析揭示了(le)ARR1對(duì)GAT三核苷酸序列特異性識别的(de)結構基礎（圖1A和(hé)1B）。通(tōng)過比較ARR1^RD-DBD和(hé)ARR1^DBD-DNA的(de)結構，進一步揭示了(le)未磷酸化(huà)的(de)ARR1^RD-DBD處于一個(gè)閉合構象，在RD與DBD之間存在廣泛的(de)接觸面。體外和(hé)體内功能實驗顯示，RD的(de)磷酸化(huà)削弱了(le)其與DBD的(de)相互作用(yòng)，引起DBD的(de)構象改變，從而導緻DBD結合靶标DNA，激活下(xià)遊基因的(de)表達（圖1C和(hé)1D）。

中國科學院分(fēn)子植物(wù)科學卓越創新中心周川苗副研究員(yuán)與上海辰山植物園李建戌副研究員(yuán)爲該論文的(de)共同第一作者，王佳偉研究員(yuán)和(hé)張鵬研究員(yuán)爲通(tōng)訊作者。張天奇博士、徐洲更博士，馬妙蓮高(gāo)級實驗師等也(yě)參與了(le)相關工作。該項研究得(de)到國家自然科學基金委基礎科學中心項目、創新群體項目、中國科學院戰略先導專項B以及新基石研究員(yuán)項目的(de)資助。

論文鏈接： www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319335121

圖1. ARR1^DBD與DNA^TCS、ARR1^RD-DBD的(de)晶體結構及工作機制模型。

文/圖：李建戌