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我院劉俊峰教授課題組與荷蘭Ackerveken課題組合作闡明茉莉酸氧化酶調節植物防御和生長平衡的分子機制
發布日期:2021-01-29 瀏覽次數: 信息來源:植保學院 字號:[ ]

日,我院劉俊峰教授課題組聯合荷蘭烏特勒支大學Guido van den Ackerveken教授課題組在植物學著名雜志《Molecular Plant》在線發表了題為Structure-guided Analysis of the ArabidopsisJASMONATE-INDUCED OXYGENASE (JOX) 2 Reveals Key Residues of Plant JOX Recognizing Jasmonic Acid Substrate的研究論文,首次報道了擬南芥JOX2底物茉莉酸jasmonic acid,JA、共底物2-酮戊二酸(2-oxoglutarate,2OG)和亞鐵原子復合物的晶體結構,分析并驗證了JOX2 結合JA的分子機制。

JA是高等植物防御系統的重要激素,然而如果長期維持在較高水平,植物的生長將會受到抑制。植物利用JOX家族氧化酶JA轉化為12-OH-JA(圖1A。擬南芥的JOX家族包含4個成員JOX1-4,其中JOX2單獨就可以增強擬南芥對灰葡萄孢霉Botrytis cinerea的基本防御能力。JOX屬于依賴于共底物2-酮戊二酸(2-oxoglutarate,2OG)和亞鐵原子的氧化酶。這類酶一般含有保守的DSBH核心,具有各異的底物選擇性。

 

1  JOX催化的反應(A)和JOX2的結構(B

研究發現,JOX2的總體結構和進化上相近的擬南芥的花青素合成酶和白花曼陀羅的莨菪堿羥化酶類似:底物和共底物位于DSBH核心,外面被α螺旋和不規則卷曲所包圍(圖1B)。進一步分析發現,2OGFe位于DSBH的內部,與它們互作的JOX2的氨基酸殘基全部屬于DSBH核心區,且在同類氧化酶中是保守的(圖1B。而JA位于DSBH開口較大的外部,與其互作的氨基酸不僅有來自DSBH的氨基酸,更多的是來自DSBH區以外的氨基酸,例如與JA的戊烷環形成類似于π-π互作的F157不屬于DSBH區,與JA形成氫鍵的三個精氨酸(R225,R350R354)中只有R225位于DSBH區(圖2A)。作者隨后利用體外和體內的方法對基于結構的突變體分析進行了驗證,并發現F157R225這兩個氨基酸起到最重要的作用(圖2B2C)?;谏鲜鲅芯拷Y果,該論文精確闡明了茉莉酸氧化酶調節植物防御和生長平衡的分子機制。

 

2  JOX2結合JA的關鍵位點A)及其體外(B)和體內(C)的驗證

劉俊峰研究團隊多年來致力于以結構生物學為主要手段研究植物的抗病機制研究,曾先后取得了水稻抗病蛋白RGA5HMA結構域識別稻瘟菌無毒MAX效應蛋白的機制(2018 PNAS)和水稻重要轉錄因子WRKY45特異識別靶基因啟動子的W-box DNA序列的作用模式和識別機制(2019 NAR)等研究成果。

博士后張鑫、副教授王冬立為該論文的共同第一作者。劉俊峰教授和烏特勒支大學的Guido van den Ackerveken教授為該論文的共同通訊作者。烏特勒支大學的Joyce Elberse、荷蘭阿姆斯特丹大學的Robert C. Schuurink教授、彭友良教授、戚琳璐博士和石偉博士為該論文的共同作者。該研究受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金青年基金、農業生物技術國家重點實驗室校外科學家基金、以及荷蘭研究會(Dutch Research Council, NWO)基金的資助以及Duke何勝陽院士在實驗設計中給予的指導。

 

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