拟南芥激酶受体AtCERK1关键酪氨酸位点及相关几丁质信号转导调控机制研究

The perception of Microbe-associated Molecular Pattern (MAMP) by Pattern Recognition Receptor (PRRs) at cell surface and activation subsequent signals to trigger immune response is a major component of plant innate immunity. AtCERK1 is the key Receptor-Like Kinase (RLK) to recognize and transduce fungal chitin immune signal in Arabidopsis. In our previous study, phosphorylation of AtCERK1 Tyr428 was important to chitin-induced immunity in Arabidopsis. Interestingly, Tyr428 was rapidly dephosphorylated at presence of chitin. To better study the function and mechnism of tyrosine in AtCERK1, constitutive phosphorylation and dephosphorylation mutation in tyrosine sites are used, and genetic complementation, resistance physiology, biochemistry detection methods are utilized to study the phosphorylation-dephosphorylation of Tyr428 in chitin trigger immunity. To explore the mechnism of phosphorylation-dephosphorylation at Tyr428, putative phosphatases are further screened. This research will provide a new sight on molecular mechanisms of AtCERK1 involving in chitin signal and propose a new regulation model on immune receptor kinase.

植物膜受体感知病原微生物模式分子,激活下游信号通路并引发免疫响应是植物天然免疫的重要组成部分。拟南芥AtCERK1是参与真菌几丁质(chitin)信号识别及转导的关键受体激酶。我们前期通过遗传学手段进行系统筛查，发现第428位酪氨酸(Y)的磷酸化对AtCERK1介导chitin信号转导具有关键作用。有趣的是该位点存在与chitin响应相关的快速去磷酸化的动态修饰现象。为了深入研究AtCERK1关键酪氨酸位点的功能及其调节机制，本项目拟利用模拟持续去磷酸化与模拟持续磷酸化点突变技术，通过遗传回补、抗性生理、蛋白质生化等检测手段，明确Y428磷酸化状态的动态改变对于AtCERK1转导chitin信号功能的重要意义。进一步通过候选磷酸酶的筛查，探讨该位点磷酸化/去磷酸化修饰的精细模式。本研究将促进对关键受体AtCERK1参与chitin信号应答的分子机制的解析，并揭示新的免疫受体激酶调节模式。

在植物天然免疫响应过程中，植物膜受体感知病原微生物模式分子，并通过受体激酶激活下游信号通路，引发细胞内一系列免疫响应。拟南芥CERK1是参与真菌几丁质(chitin)信号识别及转导的关键受体激酶，具有典型的酪氨酸受体激酶特征，但酪氨酸磷酸化对其功能的调控作用尚未有报道。为了解析CERK1受体功能是否受到酪氨酸磷酸化的调控，以及磷酸化修饰调节的具体分子机制，本课题从遗传学、生理学以及分子生物学层面对CERK1的酪氨酸磷酸化调控机制开展系统研究。我们通过构建模拟持续去磷酸化突变体结合遗传学筛查，发现了第428位酪氨酸(Y)的磷酸化对CERK1介导chitin信号转导具有关键作用。有趣的是该位点存在与chitin信号响应相关联的动态磷酸化修饰模式，即Y428位点存在不依赖于配体chitin的“预磷酸化”机制，而伴随chitin信号转导的起始，Y428位点发生快速“去磷酸化”，随着chitin信号响应时间的延续，Y428位点又逐步“恢复磷酸化”。进一步通过候选磷酸酶的筛查，我们鉴定到一个具有酪氨酸磷酸酶活性的候选蛋白CIPP1，可催化Y428位点的去磷酸化反应。遗传学实验及抗性生理实验表明CIPP1在拟南芥抵御灰霉菌侵染的过程中发挥负调控作用。我们由此提出了一个受体激酶通过特定位点的动态磷酸化改变调控其生活学功能的新机制。在此基础上，我们进一步探讨了近膜区（JM）对维持CERK1功能活性的作用。发现JM区的C-端序列对维持CERK1功能具有重要作用，并且不同受体激酶的JM区在CERK1介导的chitin信号转导过程中具有一定的功能保守性。此外，我们对CERK1下游通路的成员BIK1参与植物生长发育调控的功能进行了探索性研究，发现BIK1可能参与一些经典的信号通路，影响拟南芥的生长发育。本研究揭示了CERK1关键酪氨酸位点的可逆“磷酸化/去磷酸化”精细调控机制并探讨了该机制的生物学意义，拓展了CERK1功能活性调控机制的研究视野，对chitin信号应答分子机制，以及受体激酶调节机制的解析都具有重要的理论意义。