細(xì)胞分裂素（cytokinin）是一種重要的植物激素，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育中扮演著多種角色，包括維持分生組織、促進(jìn)維管組織分化、調(diào)控葉片衰老和促進(jìn)再生等。以往的研究表明，細(xì)胞分裂素的信號(hào)傳遞類似于細(xì)菌的雙組分系統(tǒng)，通過磷酸中轉(zhuǎn)系統(tǒng)將信號(hào)從細(xì)胞膜傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，進(jìn)而激活特定的下游基因表達(dá)。此磷酸中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的最終目標(biāo)是一類名為B型ARR轉(zhuǎn)錄因子（B-ARRs）的蛋白，它們包含保守的N末端接收結(jié)構(gòu)域（Receiver Domain, RD）、中間的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DNA Binding Domain，DBD）和C末端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（Transactivation Domain）。早在二十年前，研究人員就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞分裂素被細(xì)胞表面受體識(shí)別后，信號(hào)會(huì)通過組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白（AHPs）上特定的組氨酸殘基接受磷酸轉(zhuǎn)移而介導(dǎo)，進(jìn)一步磷酸基團(tuán)會(huì)被傳遞到B-ARRs的RD中的天冬氨酸殘基上，從而迅速激活對(duì)細(xì)胞分裂素的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)。然而，這個(gè)調(diào)控過程的詳細(xì)分子機(jī)制仍不清楚。

　　2024年1月10日，國際學(xué)術(shù)期刊PNAS在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王佳偉和張鵬研究組題為“The structure of B-ARR reveals the molecular basis of transcriptional activation by cytokinin”的研究論文。該研究解析了來自模式植物擬南芥B-ARR成員ARR1的RD-DBD（ARR1^RD-DBD）以及ARR1^DBD-DNA復(fù)合物的蛋白晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)ARR1^DBD-DNA復(fù)合物的分析揭示了ARR1對(duì)GAT三核苷酸序列特異性識(shí)別的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（圖1A和1B）。通過比較ARR1^RD-DBD和ARR1^DBD-DNA的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步揭示了未磷酸化的ARR1^RD-DBD處于一個(gè)閉合構(gòu)象，在RD與DBD之間存在廣泛的接觸面。體外和體內(nèi)功能實(shí)驗(yàn)顯示，RD的磷酸化削弱了其與DBD的相互作用，引起DBD的構(gòu)象改變，從而導(dǎo)致DBD結(jié)合靶標(biāo)DNA，激活下游基因的表達(dá)（圖1C和1D）。

　　中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周川苗副研究員與辰山科研中心李建戌副研究員為該論文的共同第一作者，王佳偉研究員和張鵬研究員為通訊作者。張?zhí)炱娌┦?、徐洲更博士，馬妙蓮高級(jí)實(shí)驗(yàn)師等也參與了相關(guān)工作。該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、創(chuàng)新群體項(xiàng)目、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)B以及新基石研究員項(xiàng)目的資助。

　　論文鏈接： www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319335121

圖1. ARR1DBD與DNATCS、ARR1RD-DBD的晶體結(jié)構(gòu)及工作機(jī)制模型。