清華柴繼杰教授解析自交不親和反應分子機制

　　生物通報道：11月8日，國際學術期刊《Cell Research》在線刊登了清華大學、中國人民大學和康奈爾大學的一項重要研究成果，題為“Structural basis for specific self-incompatibility response in Brassica”。這項研究首次闡明了自交不親和性（SI）在十字花科家族的分子機制。

　　這項研究的通訊作者是清華大學博導、杰青、長江學者、973首席科學家柴繼杰教授。其1997年于協和醫科大學藥物研究所獲得博士學位；1997-2004年先后在中科院生物物理研究所和普林斯頓大學從事博士后研究。柴繼杰教授帶領的課題組關注并研究在生物學及藥學應用中的重要大分子結構與功能。主要通過蛋白晶體衍射的方法及一些細胞生物學、生物化學等手段闡述這些生物大分子在結構和功能上的聯系。相關閱讀：清華北大合作發表多篇文章解析CLE家族小肽；凋亡復合體和炎性體：caspase活化的保守裝；清華、北大合作發表Cell Rep文章解析激素受體。

　　在開花植物中，自交不親和性（SI）是避免自交和近交、從而保持其遺傳多樣性的一種普遍機制。在十字花科植物中，SI是由一個高度多態性的基因位點的變異單倍型介導的，稱為S位點，通常包含三個高度多態性的基因：SRK、SCR和SLG。遺傳和生化研究將SRK和SCR確定為SI特異性的唯一決定因素，將SRK確定為SCR的受體，可使柱頭區分SI反應中的“自我”和“非自我”花粉。由于SCR蛋白將會結合并激活編碼在同一S位點單倍型中的SRK變體，SRK和SCR蛋白必須共同進化來維持它們的相互作用。通過SRK胞外結構域（eSRK）對“自我”SCR的這種高度特異識別，可誘導SRK激酶的激活，從而觸發信號級聯反應來抑制“自我”花粉。SCR增強的SRK同源二聚化對于這種信號的開始，是很重要的。

　　SRK屬于大的植物受體家族，受體激酶（RKs），其中包括超過十個亞科，在不同的生物過程中起著重要的作用。SRK是S域PLK（SD-RLK）亞科的原型成員，大約40個編碼在擬南芥基因組中。eSRK的特征是兩個連續的N端凝集素樣結構域，隨后是含有12個保守的半胱氨酸殘基的區域。結構建模預測六個N-末端半胱氨酸包含有一個EGF樣結構域和六個C-末端半胱氨酸。eSRK序列的比較，確定了幾個超變量（hv）區域，指定為hvI、hvII和hvIII，據預測，這對于SI的特異性是非常重要的。一致的是，對于少量變異研究表明，來自hvI和hvII區域的殘基，是“自我”SCR識別所需要的。但這些區域是否是所有SCRs被它們的同族SRKs識別所需要的，仍然是未知的。在SCR變異體的情況下——它們比SRKs更多態，一項NMR研究表明，這些50個氨基酸的小蛋白，通常含有八個保守的半胱氨酸，可能都有一個類似于防御的結構。在兩種甘藍SCR變種（SCR6和SCR13）中開展的一項研究表明，位于第五個和第六個保守半胱氨酸之間的四個連續的氨基酸殘基，對于SCR13被SRK13的特異性識別至關重要，但不能用于SCR6被SRK6的識別。因此，尚未出現一般的規則來預測，受體和配體中的哪些殘基決定著它們的特異性相互作用。

　　為了填補由于“缺乏SRK識別SCR的根本結構機制”所造成的缺口，該研究小組解析了eSRK9-SCR9復合物的晶體結構，這原來是一個2:2 eSRK:SCR異四聚體，形狀像字母“A”。 eSRK9的所有三個hv區域，介導SCR9的特異性識別。有趣的是，SCR9可通過與來自一個eSRK9單體的一半hvII，以及來自第二個eSRK9單體的另一半hvII相互作用，誘導eSRK9的二聚化，而不涉及兩個SCR9分子之間的相互作用。總而言之，這些研究結果首次闡明了SI在十字花科家族的分子機制。