《生長素和茉莉酸共受體的分子和功能進化》是依託中國農業大學，由劉培擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生長素和茉莉酸共受體的分子和功能進化
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：劉培
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受體蛋白是如何在進化過程中識別不同的配體來回響體內、外信號一直是生命科學研究的主題之一。具有共同祖先的生長素和茉莉酸受體TIR1/AFB和COI1蛋白在進化過程中分別利用化學結構截然不同的IAA和JA-Ile作為配體。結合系統發育分析、蛋白質祖先序列重建和分子對接模擬，初步研究發現JA-Trp可能是TIR1/AFB及COI1蛋白祖先蛋白的配體而且現存COI1蛋白保留JA-Trp的古代配體活性。在已有基礎上，我們提出了JA-Trp 參與調節JA 信號脫敏及IAA 與JA 信號動態平衡的模型。本項目將進一步在擬南芥中用實驗證明這個模型並在森林草莓中加以驗證。對森林草莓COI1蛋白功能的研究也將填補薔薇科植物COI1蛋白功能的空白，並進一步揭示COI1蛋白在不同植物族系中的功能進化。由於植物在生長和防衛中的投入權衡是決定植物生態適應和作物產量的關鍵因素，我們的研究也將為提高作物產量提供新的思路。
結題摘要
受體蛋白如何在進化過程中識別不同的配體進而來回響體內、外信號一直是生命科學研究的主題之一。具有共同祖先的生長素和茉莉酸受體TIR1/AFB和COI1蛋白在進化過程中分別利用化學結構截然不同的IAA和JA-Ile做為配體。但是，它們配體親和性的進化卻是極富挑戰性的課題。結合系統發育分析、蛋白質祖先序列重建和分子對接模擬我們發現JA-Trp可能是TIR1/AFB及COI1蛋白祖先蛋白的配體而且現存COI1蛋白保留了JA-Trp的古代配體活性。JA-Trp與COI1的特殊對接構象顯示出它與COI1的活性底物（JA-Ile/COR）具有不同的功能。JA-Trp能夠插入到COI1的底物結合空腔中，同時較長的疏水性胺基酸側鏈使得JA-Trp的吲哚環能夠較深的插入到空腔中部，占據JAZ與SCFCOI1複合體結合所必須的區域，從而阻止了COI1和JAZ的結合。我們在酵母細胞中通過競爭實驗證明JA-Trp可以抑制JA-Ile誘導的COI1與JAZ3的互作。與此結果一致，JA-Trp能夠拮抗擬南芥根系對JA的回響，同時能夠抑制JA誘導的JAZ1蛋白的降解。為了探索COI1的分子和功能進化，從野生森林草莓中克隆FvCOI1 基因並轉化擬南芥coi1-30雜合體，FvCOI1不能恢復coi1-30純合體雄性不育的表型，證明COI1在森林草莓中發生了較大的分子和功能分化。Trp作為生長素合成的前體物質，JA-Trp的合成影響了IAA和JA的活性庫，我們的結果表明JA-Trp能夠作為植物體內源的JA信號的抑制劑的同時，協調生長素和茉莉酸的信號互作。我們首次鑑定了定位於核膜的茉莉酸轉運蛋白（AtJAT1），並證明AtJAT1介導JA-Ile進入細胞核與SCFCOI1-JAZ結合進而激活JA的核心信號通路。我們的結果對揭示茉莉酸和生長素受體是如何通過分子開發與不同配體結合及其在不同植物族系中的進化具有重要價值。在本項目的資助下，共培養3名博士和6名碩士生；在 Molecular Plant 和Molecular Ecology上發表標註論文一篇，論文獲Molecular Plant專題評述、被評為2017年優秀論文並獲F1000推薦。獲 Frontiers in Plant Science 特邀撰寫相關綜述（已投稿待發表），另有一篇論文投稿Nature Plants （已外審）。
