?子科生物報道：?作為固著生物，植物不能像動物一樣可以通過整體移動來躲避不利的環(huán)境因素。面對自然界多種多樣的生物和非生物脅迫，植物進化出了獨有的適應(yīng)機制，比如通過氣孔介導(dǎo)植物體與外界環(huán)境的氣體交換來調(diào)控自身對環(huán)境變化的適應(yīng)。氣孔由成對的腎形保衛(wèi)細胞構(gòu)成，它們就像葉子表面上一張張小小的嘴巴，通過開閉運動控制著水分散失和二氧化碳吸收，進而調(diào)節(jié)植物的蒸騰作用和光合作用。

????在分子水平上，氣孔運動由保衛(wèi)細胞的離子通道所調(diào)控。它們通過介導(dǎo)離子跨膜流動來控制保衛(wèi)細胞膨壓變化，進而驅(qū)動氣孔的運動。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，氣孔會關(guān)閉以保護植物。在此過程中，慢型陰離子通道SLAC1起到關(guān)鍵作用，其通過感知外界信號并改變自身分子構(gòu)象來關(guān)閉氣孔。

????此前，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳宇航研究組報道了植物SLAC1第一個冷凍電鏡結(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)由于柔性過大而無法在結(jié)構(gòu)中看見。這些柔性區(qū)域攜帶磷酸化位點，是SLAC1離子通道激活所必需的。前期通過蛋白質(zhì)質(zhì)譜和電生理學(xué)研究鑒定了6個位于N端的關(guān)鍵磷酸化位點，然而，磷酸化修飾是如何對SLAC1通道“牽一發(fā)而動全身”的尚不清楚。

????近期，陳宇航研究組通過生物信息學(xué)、電生理學(xué)和AlphaFold建模等多種手段進一步揭示了SLAC1的磷酸化激活機制。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在靜息時的自抑制狀態(tài)。在SLAC1激活過程中，磷酸化修飾引起CRD的構(gòu)象變化和自抑制的解除。進一步的研究不僅證實了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維持離子通道開放的必要性。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SLAC1通道激活的分子機制，促進了人們從分子層面理解氣孔對外界環(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設(shè)計和種質(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,實驗動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研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項、國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金等項目的資助。