2017 年度国家自然科学奖推荐公示表.pdf

2017 年度国家自然科学奖推荐公示表 项目名称 植物重要受体激酶的结构及功能研究 推荐单位意见 受体激酶在植物与环境以及植物发育过程中不同细胞之间的交流协调中发 挥着重要作用。模式生物拟南芥含有多于600 个受体激酶，而水稻中则高达 1000 多个。该项目的人员长期从事植物重要受体激酶的结构和功能研究并作出 了许多科学发现：这些重要发现为人们认识植物众多的受体激酶的功能提供了 研究模式,为人们利用及改造植物更好的为人类服务提供了依据。这些研究成果 在世界上处于领先地位。 我单位认真审阅了该推荐材料及完成人资格，确认全部材料真实有效，相 关栏目均符合填写要求。对照国家科学技术奖授奖条件，建议推荐为2017 年度 国家自然科学奖一等奖。 1 项目简介 该成果属于植物重要受体激酶结构与功能的基础研究。该项目采用各种前 沿的结构生物学方法与遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等手段对 植物重要受体激酶的配体识别及活化机理及信号通路的转导机理进行系统的研 究, 取得了一系列具有国际影响力的原创成果，为研究其它众多的受体激酶及提 高农业生产提供了新的方法和新的思路。 （1）通过解析BRI1LRR-BL 二元和BRI1LRR-BL-BAK1LRR 三元复合物 晶体结构，首次揭示重要植物激素-油菜素内酯的受体识别及受体异源二聚化活 化的分子机制。 （2 ）植物先天免疫是植物免疫系统的重要组成部分。通过解析 AtCERK1 与真菌病原体细胞壁的主要组分几丁质的复合物结构（第一个植物模 式识别受体结构），阐明了AtCERK1 特异性识别几丁质的分子机制。更为重 要的是，该项目首次提供结构及生化证据表明植物受体激酶的二聚化激活机制, 其激活机理为理解植物免疫调控及其它受体激酶的作用方式提供了一个宝贵的 模型。 （3 ）与AtCERK1 不同，FLS2 作为模式识别受体识别细菌病原相关分子 模式-细菌鞭毛蛋白引起植物的免疫反应。通过解析FLS2 胞外区和BAK1 胞外 区与植物致病菌丁香假单胞菌鞭毛蛋白保守基序flg22 复合物结构，首次揭示 植物模式识别受体识别模式多肽的分子机制及进一步支持植物受体激酶的二聚 化（而不是此前普遍认为的寡聚化）机制，另外也揭示了BAK1 是作为共受体 参与识别细菌鞭毛蛋白，矫正了此前BAK1 被认为是一个信号放大分子的概念。 以上三个结构也揭示了植物受体激酶活化的普遍模式- 同源或异源二聚化活化的 基本模式。 （4 ）在番茄中，Pto 作为胞内受体激酶与NLR 型受体Prf 互作识别效应蛋 白AvrPto 或AvrPtoB ，引起免疫反应。通过AvrPto-Pto 晶体结构的解析首次提 供结构与生化证据支持植物NLR 型受体的间接识别模式。重要的是，数据表明 AvrPto 通过抑制而不是促进Pto 的激酶活性激活Prf 。据此，项目组提出了植物 抗病新模型-诱饵模型，为后来发现AvrPto 抑制受体激酶从而促进病原菌致病 性具有指导作用。这些结论得到AvrPtoB-Pto 结构的进一步印证。 （5 ）通过解析AvrPtoB-BAK1 复合物晶体结构以及生化实验，揭示了病原 菌效应蛋白AvrPto 通过抑制许多植物免疫受体激酶的共受体-BAK1 来抑制宿主 免疫反应从而达到致病的目的。这也从另外一个侧面证实了BAK1 作为共受体 而不是信号放大分子参与植物先天免疫。 以上这些结构的解析不仅极大的丰富了人们对植物众多的受体激酶的配体 识别及活化的认识，也揭示了植物受体激酶在植物与病原菌相互作用中的复杂 2 关系。这些成果将为众多的植物受体激酶（拟南芥含有多于600 个受体激酶， 而水稻高达1000 多个）研究提供模式。相关研究工作获得了国内及国际同行的 高度评价及正面引用,在多种专业杂志上被邀请撰写综述。截止至2014 年，该 项目发表相关研究论文包括Nature 2 篇，Science 2 篇，Cell Host Microbe 1 篇， Cell Research 1 篇，Plant Cell 1 篇，Current Biology 1 篇。正面他引总次数达 744 次。由于在受体激酶结构与功能研究领域的杰出成