我校吳飛華教授合作研究成果在《Nature》《Science》發(fā)表

發(fā)表時間：2021-06-21

2021年6月17日,，美國《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表了我校作為第三完成單位的科研論文，題為“Plant “helper” immune receptors are Ca²⁺-permeable non-selective cation channels”,，這是我校食品科學(xué)與工程學(xué)院特聘教授吳飛華博士在我校發(fā)表的第二篇國際頂級期刊科研論文,。

2020年2月19日，吳飛華教授為論文第一作者,，我校為署名單位之一,，在Nature發(fā)表了題為“Hydrogen-peroxide sensor HPCA1 is an LRR receptor kinase in Arabidopsis”的研究論文。過氧化氫（雙氧水,，H₂O₂）作為最主要的活性氧（ROS）成分,，在單細胞到多細胞生物體內(nèi)作為信號分子發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能。吳飛華教授通過檢測H₂O₂誘導(dǎo)的植物細胞內(nèi)鈣離子濃度增加幅度,，發(fā)現(xiàn)了明顯低于野生型的hpca1突變體,。進一步利用基因組重測序技術(shù)，成功克隆到HPCA1基因,，其編碼一個之前未詳細報道功能的富含亮氨酸重復(fù)類受體蛋白激酶 (LRR-RLKs),。研究發(fā)現(xiàn)該受體激酶的胞外HP結(jié)構(gòu)域中的半胱氨酸殘基可被eH2O2氧化，并通過其胞內(nèi)激酶域激活下游組件,，進而打開質(zhì)膜上的鈣離子通道,，揭示了HPCA1的感受工作機制。

該研究是植物環(huán)境感受和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的一個突破性研究成果,，Nature雜志同期配發(fā)了英國伯明翰大學(xué)Christine Foyer教授撰寫的題為Making sense of hydrogen perxodie signals的評論文章,，對該工作進行了解讀和點評，認為該研究對進一步揭示植物適應(yīng)全球環(huán)境變化的生理生態(tài)效應(yīng)及分子機制具有重大的理論意義,，也對培育提高抗逆性農(nóng)作物品種有極其廣泛的應(yīng)用前景,。

2021年6月17日，美國《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表北卡大學(xué)教堂山分校的Jeffery L. Dangl院士等課題組合作研究成果,，發(fā)現(xiàn)NRG1.1和ADR1作為抗病受體蛋白（NLRs）可在植物質(zhì)膜表面形成孔洞,，并發(fā)揮鈣離子通道功能，我校吳飛華教授在項目中負責細胞鈣信號的測定和分析,。

在植物中,，NLR抗病蛋白是主要的免疫受體，可感知病原體的效應(yīng)蛋白，并觸發(fā)強大的防御反應(yīng),。其中的一類RPW8-NLR基因（RNLs）在免疫信號傳導(dǎo)中起重要作用,，被稱之為Helper-NLR基因，如擬南芥基因組中的NRG1.1和ADR1等,。前期研究已證實幾乎全部TIR NLR介導(dǎo)的植物免疫反應(yīng)均需要Helper NLR（RNLs）的參與,，但RNLs蛋白在其中發(fā)揮功能的具體機制仍不清楚。在這項最新的研究中,，研究人員發(fā)現(xiàn)NRG1.1的N端結(jié)構(gòu)域具有誘導(dǎo)細胞程序性死亡的功能，結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究證實其N端形成了4個螺旋管束狀的結(jié)構(gòu),。進一步通過表達自激活形式的NRG1.1蛋白發(fā)現(xiàn),，該蛋白在激活后會形成多聚體并富集在細胞質(zhì)膜表面，進而形成8 nm左右的孔洞,。自激活形式的NRG1.1和ADR1蛋白在動物或植物細胞表達后,，均可介導(dǎo)鈣離子內(nèi)流和細胞程序性死亡，且鈣內(nèi)流及細胞死亡均可被鑭和釓等鈣離子通道抑制劑所抑制,。電生理學(xué)實驗證實NRG1.1在激活之后可在細胞質(zhì)膜上獨立形成一個非選擇性陽離子通道,，并表現(xiàn)出鈣、鎂離子的通透電流,。該研究揭示植物在感受到病原侵染后,，可利用胞內(nèi)的一些特殊NLR受體蛋白在質(zhì)膜表面形成鈣離子通道，從而激活程序性細胞死亡和免疫反應(yīng),。表明植物可利用多種途徑激活胞內(nèi)鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo),，從而有效提高植物在復(fù)雜環(huán)境中的抗性。

吳飛華教授所在的國際膜生物學(xué)與環(huán)境研究中心,，是我校高水平理工科大學(xué)重點建設(shè)平臺,，由喻敏教授領(lǐng)銜組建，多名世界頂尖植物膜生物學(xué)家加盟,，2019年獲批成為廣東省國際科技合作基地,。該研究團隊長期從事植物膜生物學(xué)與環(huán)境基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究：在植物中，細胞膜是植物對所有主要非生物（干旱,、鹽分,、營養(yǎng)缺乏和毒性等）和生物（細菌、真菌等病原微生物）脅迫適應(yīng)反應(yīng)的中心環(huán)節(jié),，也是決定植物環(huán)境適應(yīng),、生長發(fā)育和生產(chǎn)性能（產(chǎn)量）的關(guān)鍵“門戶”。期待我校國際膜生物學(xué)與環(huán)境研究中心能進一步在科技創(chuàng)新,、學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)發(fā)揮帶頭作用,，建設(shè)一支有競爭力的國際化團隊及高水平實驗室；深化科教融合，推進學(xué)科教育改革,，支撐引領(lǐng)我校“植物與動物科學(xué)”,、“農(nóng)業(yè)科學(xué)”等學(xué)科建設(shè)；并獲取擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)”,，最終能服務(wù)于植物精準抗逆的現(xiàn)實需求,，為解決生物育種的“卡脖子”問題做出貢獻。

（科技處/人文社科處 食品科學(xué)與工程學(xué)院）