作者:施一公等 来源:《自然》 发布时间:2012-3-2 14:34:26
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研究揭示植物感受UVB分子机理

 
2012年3月1日,清华大学施一公教授研究组、北京大学邓兴旺教授研究组合作在《自然》在线发表了题为“Structural basis of ultraviolet-B perception by UVR8”的论文,解析了植物拟南芥感受紫外线B波段(280-315 nm)的光受体UVR8的晶体结构,并对其感光机理做出了解释。
 
在植物的生长过程中,光发挥着极其重要的作用,包括提供能量,调控植物生长、发育的各个阶段(例如发芽、开花等)。植物对于光的感受,是通过一类叫做光受体的蛋白执行的,光受体感受光信号,再把信号传给下游调控因子,从而使植物做出相应反应。对光受体感光机理的研究,吸引了众多生物学家的目光。植物的红光/红外光受体、蓝光受体发现较早,目前都有比较深入的功能和结构方面的研究。但是紫外线B波段的光受体,在2011年4月才被鉴定,研究人员发现,在拟南芥中,一个名为UVR8的蛋白正是人们寻找了许久的紫外线B波段的光受体。生化实验为其感光机理提供了一些线索,表明紫外线(280-315 nm)照射会使UVR8从二聚体变为单体,但是具体分子机理的阐明,还有赖于高分辨率的结构。
 
为了解决这个问题,施一公与邓兴旺的研究组合作,获得了UVR8野生型以及两个突变体的高分辨率晶体结构(1.8埃-2.0埃)。这些结构显示,UVR8在紫外线B波段光照之前,是一个由两个相同的单体形成的二聚体,其中每个单体由7个富含b-折叠的WD40结构域组成。两个单体通过众多氢键紧密结合在一起。通过野生型与突变体UVR8结构的比对,以及进一步的基于结构的生化分析,作者阐明了UVR8的感光机理:UVR8单体中,两个色氨酸(W285和W233)组成了感受紫外线B波段的核心基团,当受到紫外线(280-315 nm)照射时,两个色氨酸的吲哚环电子被激发,破坏了W285和W233与相邻的两个精氨酸R286、R338之间的紧密的电荷作用(cation-p interaction),影响了R286、R338在结构中的稳定性,而R286、R338正是参与形成两个UVR8单体间氢键的关键氨基酸,二者受到扰动,破坏了相应氢键,从而使UVR8二聚体解聚。
 
这些成果为研究人员在分子水平理解植物感光机理提供了帮助,也为进一步的计算机模拟、生物物理学研究奠定了基础。(来源:清华大学)
 
 
 
 
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