?子科生物報(bào)道：?作為固著生物，植物不能像動(dòng)物一樣可以通過(guò)整體移動(dòng)來(lái)躲避不利的環(huán)境因素。面對(duì)自然界多種多樣的生物和非生物脅迫，植物進(jìn)化出了獨(dú)有的適應(yīng)機(jī)制，比如通過(guò)氣孔介導(dǎo)植物體與外界環(huán)境的氣體交換來(lái)調(diào)控自身對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)。氣孔由成對(duì)的腎形保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成，它們就像葉子表面上一張張小小的嘴巴，通過(guò)開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)控制著水分散失和二氧化碳吸收，進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的蒸騰作用和光合作用。

????在分子水平上，氣孔運(yùn)動(dòng)由保衛(wèi)細(xì)胞的離子通道所調(diào)控。它們通過(guò)介導(dǎo)離子跨膜流動(dòng)來(lái)控制保衛(wèi)細(xì)胞膨壓變化，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)氣孔的運(yùn)動(dòng)。在遭遇高濃度二氧化碳、臭氧、干旱和微生物侵襲等環(huán)境脅迫時(shí)，氣孔會(huì)關(guān)閉以保護(hù)植物。在此過(guò)程中，慢型陰離子通道SLAC1起到關(guān)鍵作用，其通過(guò)感知外界信號(hào)并改變自身分子構(gòu)象來(lái)關(guān)閉氣孔。

????此前，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳宇航研究組報(bào)道了植物SLAC1第一個(gè)冷凍電鏡結(jié)構(gòu)(PNAS, 2021)。該結(jié)構(gòu)主要包含主體的跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)，而位于膜外的“左膀右臂”(N端～180aa和C端～60aa)由于柔性過(guò)大而無(wú)法在結(jié)構(gòu)中看見(jiàn)。這些柔性區(qū)域攜帶磷酸化位點(diǎn)，是SLAC1離子通道激活所必需的。前期通過(guò)蛋白質(zhì)質(zhì)譜和電生理學(xué)研究鑒定了6個(gè)位于N端的關(guān)鍵磷酸化位點(diǎn)，然而，磷酸化修飾是如何對(duì)SLAC1通道“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的尚不清楚。

????近期，陳宇航研究組通過(guò)生物信息學(xué)、電生理學(xué)和AlphaFold建模等多種手段進(jìn)一步揭示了SLAC1的磷酸化激活機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，SLAC1柔性的N端和C端部分在胞質(zhì)內(nèi)形成調(diào)控結(jié)構(gòu)域(CRD)，其與TMD互作以維持SLAC1在靜息時(shí)的自抑制狀態(tài)。在SLAC1激活過(guò)程中，磷酸化修飾引起CRD的構(gòu)象變化和自抑制的解除。進(jìn)一步的研究不僅證實(shí)了CRD在靜息狀態(tài)下的自抑制功能，而且揭示了其在磷酸化后對(duì)維持離子通道開(kāi)放的必要性。該研究從分子構(gòu)象、通道活性和生理功能等層面揭示了磷酸化修飾驅(qū)動(dòng)SLAC1通道激活的分子機(jī)制，促進(jìn)了人們從分子層面理解氣孔對(duì)外界環(huán)境變化的感知和響應(yīng)，研究成果有望為耐旱作物的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和種質(zhì)創(chuàng)新提供新思路。

???2024年7月8日，該研究成果以題為“Mechanistic insights into phosphoactivation of SLAC1 in guard cell signaling”的研究論文在線(xiàn)發(fā)表于PNAS (DOI:10.1073/pnas.2323040121)。陳宇航研究組副研究員秦力和已畢業(yè)的博士生鄧亞楠、張祥云及唐凌匯為該論文的共同第一作者，陳宇航研究員和哥倫比亞大學(xué)Wayne Hendrickson教授為該論文的共同通訊作者。遺傳發(fā)育所謝旗研究員參與了相關(guān)研究工作,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的非洲爪蟾設(shè)施為電生理學(xué)研究提供了重要支撐。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。