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蛋白质科学研究团队在作物磷稳态维持方面取得研究新进展
作者:左佳琦编辑:黄玮审核:殷平发布时间:2022-03-25

南湖新闻网讯(通讯员 左佳琦)近日,湖北洪山实验室、作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院的蛋白质科学研究团队蛋白质动态学课题组在Nature Communications杂志在线发表题为“Mechanistic insights into the regulation of plant phosphate homeostasis by the rice SPX2 – PHR2 complex”的研究论文,揭示了水稻SPX2– PHR2复合物感知磷信号、调控磷稳态的分子机制。

磷是影响生命体生长发育、决定作物产量的重要营养元素。农业生产上,为了增产,磷肥的过度使用引发了系列环境问题。研究作物的磷稳态维持机制,具有重要的理论与实践意义。已有研究表明:低磷条件下,水稻磷稳态调控的核心转录因子–PHR2通过二聚化结合顺式调控元件(P1BS),激活一系列磷饥饿响应基因的表达,促进磷的吸收与利用;高磷条件下,SPX2蛋白感知磷信号,进而结合并抑制PHR2的转录活性,维持磷稳态,避免磷中毒。但SPX2如何感知和传递磷信号的具体分子机制,尚不清楚。

图1. 多技术联用,结合复合物结构、动态分析、化学交联分析,阐明SPX2受体感知和传递磷信号,进而抑制PHR2转录活性的分子机制。

图1. 多技术联用,结合复合物结构、动态分析、化学交联分析,阐明SPX2受体感知和传递磷信号,进而抑制PHR2转录活性的分子机制。

动态学题组采用整合结构生物学策略,联用多种生物物理技术手段,综合结构基础与动态分析,揭示了SPX2受体感受磷信号分子–磷酸肌醇(InsP6)、传递磷信号进而调控水稻磷稳态的分子机制(图1): SPX2通过寡聚状态的动态变化,以独特的结构域交互构象感知InsP6信号,并以dimer of dimer的方式结合PHR2;这种独特的结合方式,空间排斥了PHR2结合PIBS,并打破了PHR2的二聚化,进而抑制PHR2的转录活性,维持磷稳态。该研究从机制上阐明了水稻磷动态平衡的分子基。运九┮招宰吹囊糯牧己秃侠硎┓示哂兄傅家庖,为因地制宜的选育不同磷酸盐吸收能力的水稻品种提供了重要参考。

生科院官泽源博士、张群霞博士和张治飞同学为该论文共同第一作者,刘主教授为该论文通讯作者。校级蛋白质平台为该研究提供了强有力的支持,样品的衍射和散射数据在上海同步辐射光源收集。该研究受到了科技部、国家自然科学基金委、校自主创新基金的资助。官泽源博士特别感谢博士后创新人才计划、博士后面上基金、生科院博士后百川计划的支持。

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