中山大学李剑峰教授团队揭示拟南芥GPA1介导植物免疫的新机制

来源：JIPB

由Gα、Gβ和Gγ组成的异三聚体G蛋白复合体是定位于动植物细胞膜内侧保守的信号转导中枢，其中Gα亚基在控制G蛋白复合体的激活方面起到关键作用。动物细胞中，Gα在静息状态下与GDP结合，而识别了胞外信号的G蛋白偶联受体（GPCR）通过调控Gα与GTP的结合使其激活。植物细胞中，Gα对GTP有相对GDP更高的亲和力。为防止其自动结合GTP而自激活，许多植物通过RGS1蛋白加速Gα的GTP水解酶活性，使其处于结合GDP的抑制状态。然而，这些植物的rgs1突变体并未表现出Gα组成型激活的表型，提示还有其它机制参与调控植物中Gα的激活。鉴于植物Gα被多次报道与细胞膜上的类受体激酶（RLK）发生互作，暗示RLK可以通过磷酸化Gα而调控其激活。此外，拟南芥的经典Gα蛋白GPA1一直被认为主要在非生物胁迫应答方面发挥作用，而其在植物天生免疫中的功能则存在争议。

近日，中山大学李剑峰教授研究组在JIPB发表了题为“BAK1-mediated phosphorylation of canonical G protein alpha during flagellin signaling in Arabidopsis”（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12824）的研究论文，揭示了拟南芥GPA1参与细菌鞭毛flg22信号转导，并能被flg22共受体BAK1磷酸化的调控机制。

该研究首先通过反向遗传学方法证实了GPA1在flg22信号转导通路中起正调控作用，并利用蛋白质磷酸化质谱技术检测到GPA1蛋白在响应flg22时的磷酸化动态改变，包括Thr19位点的去磷酸化和Thr15位点的磷酸化。随后通过使用泛磷酸化抗体确认了flg22会诱导GPA1蛋白整体磷酸化水平的增加。有趣的是，对Thr19位点进行磷酸化缺失或模拟组成型磷酸化突变均能阻断flg22诱导的GPA1磷酸化增加，表明GPA1响应flg22依赖于Thr19的本底磷酸化以及其去磷酸化的动态变化。进一步的体内和体外研究证据表明flg22共受体BAK1很可能介导了GPA1的磷酸化。Thr19位点的动态磷酸化同时还影响了GPA1与RGS1的解离，进而参与调控其激活。整合本研究的发现与此前的文献报道，flg22激活GPA1的机制可大致勾勒如下：静息状态时，BAK1与GPA1结合并通过本底的激酶活性介导了对GPA1 Thr19位点的本底磷酸化，同时RGS1与GPA1结合以保持GPA1对GDP的结合，从而抑制其激活。植物细胞识别细菌鞭毛flg22时会诱导GPA1 蛋白的Thr19位点快速去磷酸化，而flg22激活的BAK1则可以磷酸化GPA1上其它位点，使得GPA1能够与RGS1解离。flg22激活的BAK1同时也磷酸化RGS1，促进磷酸化的RGS1通过胞吞作用与GPA1发生分离，解除对GPA1的抑制作用而使其激活。激活的GPA1进而导致异三聚体G蛋白复合体解离，GPA1与Gβγ（拟南芥中分别对应AGB1和AGG）则各自参与下游的免疫信号转导，调控对细菌的免疫应答。

该研究首次为植物RLK能够磷酸化调控经典的Gα亚基提供了植物体内的实验证据，并证实了植物经典Gα亚基的激活受到RLK磷酸化和RGS1介导的GTP结合双重机制的调控。该研究还发现了GPA1上一个潜在的关键磷酸化位点Thr19。Thr19响应flg22的快速去磷酸化可能作为一种对GPA1激活的负反馈调控，防止了GPA1的持续激活。

博士生薛皦、龚本强和已毕业的硕士生姚欣然为该论文的并列第一作者。李剑峰教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金面上项目31770295 和31570276的支持。