中山大學在植物免疫信號調控機制研究方面取得新進展

近日，Cell Host & Microbe發表了中山大學生命科學學院王金髮教授、王宏斌教授與李劍峰教授為共同通訊作者題為「A Tyrosine Phosphorylation Cycle Regulates Fungal Activation of a Plant Receptor Ser/Thr Kinase」的研究論文。該文揭示了酪氨酸磷酸化在植物免疫受體激酶活性調控中的重要作用，以及作為分子開關的關鍵酪氨酸位點的循環調控機理，對於理解植物先天免疫信號調控機制具有重要意義。

因植物無特異性的免疫細胞，故進化出一套精細的先天免疫機制，即依賴於植物細胞表面的模式識別受體（PRR）對微生物相關分子模式（MAMP）進行識別，從而引發跨膜信號轉導並激發下游免疫反應。儘管免疫受體激酶CERK1在植物先天免疫中起著重要作用，但相關調控機制仍不甚清楚。

該研究通過系統點突變篩查，鑒定出擬南芥CERK1中兩個影響幾丁質應答的酪氨酸位點。其中，第428位酪氨酸控制了幾丁質觸發的MAPK激活和活性氧爆發等兩條不同通路，而第557位酪氨酸則僅影響幾丁質觸發的活性氧爆發。進一步地，通過分析Y428與Y557對於CERK1與下游信號轉導蛋白（類受體胞質激酶BIK1與PBL27）的動態互作模式，提示Y428作為分子開關發揮主導的調控功能。

在真菌幾丁質信號應答過程中，Y428呈現出一個「預磷酸化-去磷酸化-再磷酸化」的動態變化過程：在感知幾丁質之前，Y428預先發生磷酸化，作為幾丁質信號激活CERK1的前提條件；在感知幾丁質信號之後的0-60 min，Y428發生去磷酸化，作為幾丁質信號轉導的負反饋調控；在60-240 min，Y428會自發恢復磷酸化，從而使CERK1回到初始待激活狀態。相比之下，Y557磷酸化只在幾丁質信號識別後才會發生，且依賴於Y428的預磷酸化。

進一步的篩查鑒定到一個相關的磷酸酶CIPP1。CIPP1雖屬於PP2C絲／蘇氨酸磷酸酶，卻能夠在體外催化Y428的「去磷酸化」，並在體內過表達時能阻止Y428的「再磷酸化」過程。同時，過表達CIPP1植株和基因敲除植株分別表現出對灰黴菌易感和抗性的表型。與Y428的磷酸化循環過程相對應，在幾丁質識別發生時，CIPP1能夠迅速與CERK1結合（5 min），隨著時間的推移（10 min）又會逐漸相互解離。上述結果表明， CIPP1通過主動參與Y428的去磷酸化，負反饋調控真菌幾丁質的免疫信號應答。

蛋白質磷酸化與去磷酸化是調控植物細胞信號轉導的主要機制之一，蛋白質酪氨酸磷酸化在動物細胞中的重要作用已被廣泛證實。然而，植物免疫受體激酶通常被歸入絲蘇氨酸激酶。該研究表明，酪氨酸磷酸化在植物先天免疫中具有重要調控作用，揭示了植物受體激酶與磷酸酶協同作用，通過對分子開關（關鍵酪氨酸位點）的循環磷酸化修飾，實現免疫信號轉導的精細調控。

生命科學學院劉俊博士與劉兵副教授為該論文的共同第一作者，王宏斌教授、王金髮教授和李劍峰教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。

CERK1的酪氨酸動態磷酸化調控模式圖

來源：中山大學生命科學學院

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