2026年9月17日,华中农业大学徐曙彤团队在《Nature Plants》在线发表题为《Disulfide-bond-driven neck-ring-like conformation mediates SCREW recognition in plant immunity》的研究。分泌型富含半胱氨酸肽是植物免疫、发育和生殖中的重要信号分子,其分子内二硫键怎样支撑受体识别和复合物激活,一直缺少直接的结构证据。徐曙彤团队解析了拟南芥NUT-SCREW-BAK1免疫三元复合物的晶体结构,并结合突变、结合动力学和体内信号实验,阐明SCREW以单二硫键稳定的颈环样构象被NUT识别,并促进NUT与BAK1组装。
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研究团队先遇到野生型NUT胞外域与SCREW、BAK1胞外域难以结晶的问题,他们借助AlphaFold3预测和AtHSL1晶体结构,设计了NUT胞外域四重突变体N25R/K529D/K531D/Q555S,并成功解析了3.4 Å的AtNUTECD-4M-AtSCREW1-AtBAK1ECD复合物结构。Strep pull-down、表面等离子共振和MAPK激活实验显示,该突变体与野生型NUT具有相近的SCREW结合亲和力、BAK1结合能力和体内功能,支持晶体结构代表野生型状态。复合物以1:1:1比例存在,NUT保持21个LRR的螺旋管结构,SCREW没有形成典型紧凑α/β折叠,而是靠Cys57和Cys67之间的二硫键以及Pro61形成颈环样环,C端环区插入NUT凹面和BAK1 N端帽区之间,在BAK1上埋藏约301 Å2界面。
NUT对SCREW的识别集中在C端环区,N端和中央线性区并不承担关键结合任务。SCREW的Met27-Leu44在结构中缺乏电子密度,删除后仍能维持野生型结合效率;Gln45-Pro54虽然主链可见,侧链电子密度较差,截短到27-45、27-46、27-47、27-51、27-52和27-54的片段都能促进NUT-BAK1异源二聚,AtSCREW1-S也能诱导MAPK激活。C端Asn55-Gly69则与NUT形成密集氢键和疏水接触,N55A、T58A/N59A和I60A突变使结合亲和力下降超过40倍,并破坏NUT-BAK1组装、MAPK激活和幼苗生长抑制;NUT一侧S290A、K336A、E360A、D288A/N312A和S362A/Y386A/Q408A等突变同样削弱结合与信号,R358A在体外丧失结合但在体内保留部分功能。
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SCREW的颈环样构象对NUT-BAK1异源二聚化十分关键,而它对NUT初始识别的影响相对有限。BAK1 D50A突变阻断SCREW诱导的受体复合物形成,SCREW的P61A、C57S/C67S、Δ59-69和Δ62-69变体也都不能介导NUT与BAK1结合,SPR显示C57S/C67S和P61A对NUT的亲和力仅比野生型低约7倍,却完全失去促进NUT-BAK1结合的能力,MAPK激活和幼苗生长抑制也随之减弱。复合物中NUT的C端侧面还与BAK1凹面直接接触,NUT N548A/T570A以及BAK1 F60A、R72A、R143A、R146A突变会削弱SCREW诱导的异源二聚,R545A不影响。油菜BnNUT、BnSCREW1和BnBAK1实验显示这一机制在芸薹属中保守,BnSCREW1还能跨物种激活拟南芥NUT,序列与AlphaFold3模型支持该识别模式在双子叶植物中广泛存在。
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