近期，我校生命科學學院王金發教授、王宏斌教授課題組與李劍峰教授課題組合作在Cell子刊Cell Host & Microbe（IF=14.9）發表了題為“A Tyrosine Phosphorylation Cycle Regulates Fungal Activation of a Plant Receptor Ser/Thr Kinase”的研究論文，揭示了酪氨酸磷酸化對于植物免疫受體激酶活性調控的重要作用，解析了作為分子開關的關鍵酪氨酸位點的“預磷酸化-去磷酸化-再磷酸化”循環調控機理，促進了人們對于植物先天免疫信號調控機制的理解。
植物由于沒有特異性的免疫細胞，因此演化出了一套精巧的天然免疫機制，即依賴于植物細胞表面的模式識別受體（PRRs）對微生物相關分子模式（MAMPs）進行識別，從而引發跨膜信號轉導并激發下游免疫反應。前期，王宏斌教授、王金發教授課題組與李劍峰教授合作，在水稻中鑒定到了兩個具有真菌幾丁質與細菌肽聚糖雙重識別能力的免疫受體LYP4/6（Plant Cell，2012），進一步發現免疫受體激酶CERK1作為共受體參與其信號轉導（Plant Journal，2014）。盡管免疫受體激酶CERK1在植物先天免疫中發揮重要作用，但相關精細調控機制仍不清楚。
該研究通過系統點突變篩查，鑒定到擬南芥CERK1中兩個影響幾丁質應答的酪氨酸位點。其中，第428位酪氨酸（Y428）控制了幾丁質觸發的MAPK激活和活性氧爆發等兩條不同通路，而第557位酪氨酸（Y557）則僅影響幾丁質觸發的活性氧爆發。進一步，通過分析Y428與Y557對于CERK1與下游信號轉導蛋白（類受體胞質激酶BIK1與PBL27）的動態互作模式，提示Y428作為分子開關發揮主導的調控功能。
有趣的是，在真菌幾丁質信號應答過程中，Y428呈現出一個“預磷酸化-去磷酸化-再磷酸化”的動態變化過程：在感知幾丁質之前，Y428預先發生磷酸化，作為幾丁質信號激活CERK1的前提條件；在感知幾丁質信號之后的0-60分鐘，Y428發生去磷酸化，作為幾丁質信號轉導的負反饋調控；在60-240分鐘，Y428會自發恢復磷酸化，從而使CERK1回到初始待激活狀態。相比之下，Y557磷酸化只在幾丁質信號識別后才會發生，且依賴于Y428的預磷酸化。
進一步的篩查鑒定到一個相關的磷酸酶——CERK1-INTERACTING PROTEIN PHOSPHATASE 1（CIPP1）。CIPP1雖然屬于PP2C絲／蘇氨酸磷酸酶，卻能夠在體外催化Y428的“去磷酸化”，并在體內過表達時能阻止Y428的“再磷酸化”過程。同時，CIPP1的過表達植株和基因敲除植株分別表現出對真菌（灰霉菌）易感和抗性的表型。與Y428的磷酸化循環過程相對應，在幾丁質識別發生時，CIPP1能夠迅速與CERK1結合（5分鐘內），隨著時間的推移（10分鐘后）又會逐漸相互解離。上述證據提示， CIPP1通過主動參與Y428的去磷酸化，負反饋調控真菌幾丁質的免疫信號應答。
CERK1的酪氨酸動態磷酸化調控模式圖
蛋白的磷酸化和去磷酸化是調控植物細胞信號轉導的主要機制之一，蛋白酪氨酸磷酸化在動物細胞中的重要作用被廣泛證實。然而，植物免疫受體激酶通常被歸入絲蘇氨酸激酶。本研究提示酪氨酸磷酸化對于植物先天免疫的重要調控作用，揭示了植物受體激酶與磷酸酶協同作用，通過對分子開關（關鍵酪氨酸位點）的循環磷酸化修飾，實現免疫信號轉導的精細調控。論文被Cell Host & Microbe期刊選為當期“Free Featured Articles”，在其主頁進行推薦，供讀者免費閱讀。
生命科學學院劉俊博士與劉兵副教授為本論文的共同第一作者，王宏斌教授、王金發教授和李劍峰教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：http://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(17)30541-3
