10月10日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院柴繼杰教授研究組、中科院遺傳與發(fā)育研究所周儉民研究員研究組和英國諾維奇科技園圣斯伯利實(shí)驗室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的Cyril Zipfel教授研究組合作在國際頂尖期刊《科學(xué)》在線(xiàn)發(fā)表學(xué)術(shù)論文。該論文題為《細菌模式分子鞭毛蛋白活化擬南芥模式識別受體FLS2及共受體BAK1復合物的結構基礎》（Structural basis for flg22-induced activation of the Arabidopsis FLS2-BAK1 immune complex）。該文首次報道了植物模式識別受體FLS2及共受體BAK1與細菌模式分子鞭毛蛋白保守基序flg22三元復合物晶體結構，并通過(guò)結構分析和體內外生化實(shí)驗揭示了該復合物活化的分子機制。

　　清華生命學(xué)院2010級博士研究生孫亞?wèn)|、中科院遺傳與發(fā)育研究所博士研究生李磊為該文的共同第一作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院柴繼杰教授和韓志富博士還有中科院遺傳與發(fā)育研究所周儉民研究員為本論文的通訊作者。

 圖為FLS2LRR-flg22-BAK1LRR復合物晶體結構。

A: FLS2LRR-flg22-BAK1LRR復合物晶體結構 B: flg22結合在FLS2螺旋結構凹面 C:結構比對顯示flg22結合沒(méi)有誘導FLS2構像改變 

　　先天免疫是動(dòng)植物免疫系統的重要組成部分。在植物的細胞膜上存在多種模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)，通過(guò)識別病原體上的一些共有的、保守的分子基序（也即病原相關(guān)分子模式pathogen-associated molecular patterns,PMAP），引發(fā)先天免疫反應。對細菌運動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin既是一種典型的PMAP。FLS2是存在于大多數高等植物中，對于抗菌免疫至關(guān)重要的一種LRR類(lèi)型的受體激酶。作為一種典型的PRR，它能夠直接識別對細菌運動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（Flg22），同時(shí)遺傳及生化實(shí)驗表明其激活需要另一種LRR受體激酶BAK1的參與，但是其識別鞭毛蛋白的分子機制和激活機制卻亟待闡明。

　　柴繼杰研究組通過(guò)解析FLS2胞外區和BAK1胞外區與植物致病菌丁香假單胞菌鞭毛蛋白保守基序flg22復合物結構，闡明了FLS2胞外區通過(guò)其螺線(xiàn)狀凹面的連續B片層來(lái)識別flg22；結構也提示共受體BAK1僅僅通過(guò)N端帽子接觸flg22表位的C末端，并且共受體BAK1與FLS2形成廣泛的直接相互作用，提示其可能先形成預復合物，以利于對病原菌的侵入做出快速反應。通過(guò)與周儉民研究員研究組和CyrilZipfel教授研究組合作，從體外生化和植物體內實(shí)驗也驗證了flg22激活FLS2的機理：當植物宿主細胞感受到細菌鞭毛蛋白時(shí)，細菌鞭毛蛋白通過(guò)誘導植物細胞膜上的FLS2和BAK1形成異源二聚化來(lái)完成配體感應并激活下游防衛反應信號通路。復合物結構也使我們對可以作為許多植物受體共受體的SERK家族功能有了更深的了解。

　　FLS2LRR-flg22-BAK1LRR是第一個(gè)被解析的植物L(fēng)RR模式識別受體復合物結構。在模式生物擬南芥中有至少含有200多個(gè)富含亮氨酸重復的受體激酶（在水稻中大約有600多個(gè)），這類(lèi)LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過(guò)程：調控分生組織的生長(cháng)、抗病性、激素信號傳遞和組織發(fā)育等。該研究結果為這一類(lèi)蛋白結構及功能研究提供了很好的范例。同時(shí)這項研究對于開(kāi)發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。

　　英國諾維奇科技園圣斯伯利實(shí)驗室（Sainsbury Lab，Norwich Research Park）的CyrilZipfel教授和AlbertoP.Macho博士后以及清華大學(xué)胡澤汗博士后也參與了部分工作。上海同步輻射光源BL17U1(SSRF)為數據收集提供了及時(shí)有效的支持。本研究中清華大學(xué)的工作得到國家杰出青年科學(xué)基金（grant no.31025008）和自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目（grant no.31130063）的資助。