PNAS | 王佳伟和张鹏研究组合作揭示细胞分裂素快速激活基因表达的分子机制

• 阅读： 2024/1/25 9:24:55

  以下文章来源于中国科学院分子植物卓越中心 ，作者CEMPS

  科研进展/ Research

  细胞分裂素（cytokinin）是一种重要的植物激素，在植物的生长发育中扮演着多种角色，包括维持分生组织、促进维管组织分化、调控叶片衰老和促进再生等。以往的研究表明，细胞分裂素的信号传递类似于细菌的双组分系统，通过磷酸中转系统将信号从细胞膜传递到细胞核内，进而激活特定的下游基因表达。此磷酸中转系统的最终目标是一类名为B型ARR转录因子（B-ARRs）的蛋白，它们包含保守的N末端接收结构域（Receiver Domain, RD）、中间的DNA结合结构域（DNA Binding Domain，DBD）和C末端的转录激活结构域（Transactivation Domain）。早在二十年前，研究人员就已经发现，当细胞分裂素被细胞表面受体识别后，信号会通过组氨酸磷酸转移蛋白（AHPs）上特定的组氨酸残基接受磷酸转移而介导，进一步磷酸基团会被传递到B-ARRs的RD中的天冬氨酸残基上，从而迅速激活对细胞分裂素的转录响应。然而，这个调控过程的详细分子机制仍不清楚。

  2024年1月10日，国际学术期刊PNAS在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟和张鹏研究组题为“The structure of B-ARR reveals the molecular basis of transcriptional activation by cytokinin”的研究论文。该研究解析了来自模式植物拟南芥B-ARR成员ARR1的RD-DBD（ARR1RD-DBD）以及ARR1DBD-DNA复合物的蛋白晶体结构。对ARR1DBD-DNA复合物的分析揭示了ARR1对GAT三核苷酸序列特异性识别的结构基础（图1A和1B）。通过比较ARR1RD-DBD和ARR1DBD-DNA的结构，进一步揭示了未磷酸化的ARR1RD-DBD处于一个闭合构象，在RD与DBD之间存在广泛的接触面。体外和体内功能实验显示，RD的磷酸化削弱了其与DBD的相互作用，引起DBD的构象改变，从而导致DBD结合靶标DNA，激活下游基因的表达（图1C和1D）。

  图1. ARR1DBD与DNATCS、ARR1RD-DBD的晶体结构及工作机制模型

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心周川苗副研究员与辰山科研中心李建戌副研究员为该论文的共同第一作者，王佳伟研究员和张鹏研究员为通讯作者。张天奇博士、徐洲更博士，马妙莲高级实验师等也参与了相关工作。该项研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、创新群体项目、中国科学院先导专项B以及新基石研究员项目的资助。

  转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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