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我院刘俊峰教授课题组与荷兰Ackerveken课题组合作阐明茉莉酸氧化酶调节植物防御和生长平衡的分子机制
发布日期:2021-01-29 浏览次数: 信息来源:植保学院 字号:[ ]

日,我院刘俊峰教授课题组联合荷兰乌特勒支大学Guido van den Ackerveken教授课题组在植物学著名杂志《Molecular Plant》在线发表了题为Structure-guided Analysis of the ArabidopsisJASMONATE-INDUCED OXYGENASE (JOX) 2 Reveals Key Residues of Plant JOX Recognizing Jasmonic Acid Substrate的研究论文,首次报道了拟南芥JOX2底物茉莉酸jasmonic acidJA共底物2-酮戊二酸(2-oxoglutarate2OG)和亚铁原子复合物的晶体结构,分析并验证了JOX2 结合JA的分子机制。

JA是高等植物防御系统的重要激素然而如果长期维持在较高水平,植物的生长将会受到抑制。植物利用JOX家族氧化酶JA转化为12-OH-JA(图1A。拟南芥的JOX家族包含4个成员JOX1-4其中JOX2单独就可以增强拟南芥对灰葡萄孢霉Botrytis cinerea的基本防御能力。JOX属于依赖于共底物2-酮戊二酸(2-oxoglutarate2OG)和亚铁原子的氧化酶。这类酶一般含有保守的DSBH核心,具有各异的底物选择性。

 

1  JOX催化的反应(A)和JOX2的结构(B

研究发现JOX2的总体结构和进化上相近的拟南芥的花青素合成酶和白花曼陀罗的莨菪碱羟化酶类似:底物和共底物位于DSBH核心,外面被α螺旋和不规则卷曲所包围(图1B)。进一步分析发现,2OGFe位于DSBH的内部,与它们互作的JOX2的氨基酸残基全部属于DSBH核心区,且在同类氧化酶中是保守的(图1B。而JA位于DSBH开口较大的外部,与其互作的氨基酸不仅有来自DSBH的氨基酸,更多的是来自DSBH区以外的氨基酸,例如与JA的戊烷环形成类似于π-π互作的F157不属于DSBH区,与JA形成氢键的三个精氨酸(R225R350R354)中只有R225位于DSBH区(图2A)。作者随后利用体外和体内的方法对基于结构的突变体分析进行了验证,并发现F157R225这两个氨基酸起到最重要的作用(图2B2C)。基于上述研究结果,该论文精确阐明了茉莉酸氧化酶调节植物防御和生长平衡的分子机制。

 

2  JOX2结合JA的关键位点A)及其体外(B)和体内(C)的验证

刘俊峰研究团队多年来致力于以结构生物学为主要手段研究植物的抗病机制研究,曾先后取得了水稻抗病蛋白RGA5HMA结构域识别稻瘟菌无毒MAX效应蛋白的机制(2018 PNAS)和水稻重要转录因子WRKY45特异识别靶基因启动子的W-box DNA序列的作用模式和识别机制(2019 NAR)等研究成果。

博士后张鑫、副教授王冬立为该论文的共同第一作者。刘俊峰教授和乌特勒支大学的Guido van den Ackerveken教授为该论文的共同通讯作者。乌特勒支大学的Joyce Elberse荷兰阿姆斯特丹大学的Robert C. Schuurink教授、彭友良教授戚琳璐博士和石伟博士为该论文的共同作者。该研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金青年基金、农业生物技术国家重点实验室校外科学家基金、以及荷兰研究会(Dutch Research Council, NWO)基金的资助以及Duke何胜阳院士在实验设计中给予的指导。

 

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