5月27日，清華大學柴繼杰研究組與北京大學郭紅衛教授研究組合作，在《細胞研究》上發表論文《模式序列指引下發現調控植物根分生組織生長的肽激素受體》（Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth），揭示了植物重要肽類激素-根分生組織生長因子(RGFs)的受體是位于植物細胞膜表面的五個受體激酶RGFRs，另一類受體激酶SERKs作為共受體參與RGF信號的傳遞，闡明了RGF的識別和受體激活的分子機制，并提出了植物小肽激素受體識別密碼。

　　根是植物固著土壤、吸收水分和營養的主要器官。根尖分生組織（RAM）干細胞生長發育對整個根發育和形態建成起著至關重要的作用。根干細胞發育受到眾多信號調控，其中根分生組織生長因子(Root meristem growth factors,RGF)作為肽激素信號發揮著重要作用。RGF是一類含有磺酸化修飾的13個氨基酸小肽激素，通過調節根重要轉錄因子PLT的濃度梯度來維持根干細胞中心（stem cell niche）的穩定，另外其還在植物的向重力生長(gravitropism)、側根發生、根毛形成以及營養元素磷的響應等方面發揮重要作用。然而RGF的受體至今仍未發現。

　　最近，清華大學柴繼杰研究組通過結構生物學研究，發現了一個普遍存在于植物小肽類激素受體識別的規律：小肽激素的C末端游離的羧基（-COOH）會特異被植物小肽激素受體上的“精氨酸-精氨酸”（RxR）模式序列所識別。通過這一規律，將RGF受體候選對象鎖定在含有此模式的一類受體激酶當中。研究組巧妙設計了“分之篩-質譜”新實驗方法，于體外成功鑒定出“RGF 配體-受體對”(RGF-RGFR pair)，隨后獲得了RGF-RGFR復合物的2.6A晶體結構。與猜想完全吻合，復合物結構清晰地顯示RGF的C末端游離羧基（-COOH）特異地結合在了受體RGFR的（RxR）小肽激素模式識別序列上。同時，研究還驚喜地發現，在RGF的受體上“精氨酸-甘氨酸-甘氨酸”序列（RxGG）特異地識別了小肽激素RGF上的磺酸化修飾。通過受體序列比對，發現一個由五個成員組成的受體激酶亞家族特異地含有此（RxGG）磺酸化模式識別序列，研究組最終找出了RGF的全部五個受體。此外，RGF-RGFR的復合物結構還提示RGF信號通路的起始還需要其他成分參與，通過體外生化實驗表明SERK家族成員可能作為共受體參與RGF受體激活。

　　通過與北京大學郭紅衛教授研究組合作，在植物體內利用遺傳生化的研究方法，最終表明這五個RGFRs確實作為受體來識別RGF肽激素信號而去調控根干細胞維持、根的正常生長發育形態建成以及向重力生長。同時，研究還揭示了RGF肽激素信號發出后，誘導了細胞膜上受體RGFR與共受體SERK的胞外區互作，通過激酶區磷酸化向細胞內傳遞信號。

　　植物肽激素RGF受體的發現填補了RGF信號通路上缺失的最重要一環，使人們對RGF信號通路的認識向前推進了一步，可以更好地研究分解RGF在植物生長發育中的不同功能，也為植物根尖分生組織RAM的生長發育信號調控提供了新的認識。在RGF受體發現過程中，利用結構生物學提示的規律，巧妙繞過植物遺傳冗余的研究難題，為植物學受體-配體研究提供了新思路。通過RGF-RGFR受體配體復合物結構分析，提出了一套完整的植物小肽類激素受體識別規律，可用于指導植物未知小肽激素受體的發現。

　　清華大學生命科學學院2013級博士生宋文和北京大學生命科學學院2013級博士生劉莉為論文共同第一作者。清華大學柴繼杰教授、北京大學郭紅衛教授和清華大學韓志富博士為共同通訊作者。清華大學生命科學學院博士生王繼縱、吳臻、張賀橋、湯嬌、林光忠與北京大學生命科學學院博士后王益川、李文陽、溫興參與部分工作。上海同步輻射光源BL17U1 (SSRF)為數據收集提供了及時有效支持。本研究中清華大學的工作得到國家自然基金重點國際合作研究項目、重大科學研究計劃、自然科學基金重點項目和清華-北大生命科學聯合中心資助。

　　論文鏈接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201662a.html