中山大学李剑峰团队重构拟南芥感知几丁质的受体复合物模型

几丁质（ chitin）是真菌细胞壁、昆虫外骨骼以及线虫卵壳与口器所共有的重要结构多糖，其衍生的寡糖是植物免疫识别的关键分子模式信号，能够激活植物广谱的真菌抗性和抗虫性。在模式植物拟南芥中，LysM受体激酶AtLYK5长期被认为是几丁质的核心受体，与共受体AtCERK1组成受体复合物，由AtCERK1启动胞内的几丁质信号转导。然而，多项研究提示AtCERK1自身也能结合几丁质，由此引出一个尚未解决的关键科学问题：AtCERK1能否独立介导对几丁质的免疫感知和信号转导？

近日，中山大学生命科学学院李剑峰教授团队在Science China Life Sciences在线发表了题为AtLYK4 is the major chitin receptor in Arabidopsis with N-glycosylation and ligand-interacting residues orchestrating chitin perception的研究论文，证实AtCERK1仅能独立介导微弱的免疫反应，而AtLYK4（而非AtLYK5）能够与AtCERK1构成具有完整功能的最小几丁质受体复合物。进一步，揭示了AtLYK4胞外结构域的N糖基化修饰以及几丁质结合口袋的两个关键位点共同决定其几丁质结合能力，从而改写并丰富了对拟南芥几丁质感知机制的认知。

为重新梳理拟南芥的几丁质感知机制，该研究首先利用T-DNA突变体杂交和CRISPR技术构建了缺失全部细胞膜LysM蛋白、对几丁质完全无感的八突变体（8m）。在8m基础上，回补表达了AtCERK1（8m/C1），发现其能够发生几丁质诱导的二聚化和磷酸化，但仅能介导微弱的几丁质免疫反应。进一步，在8m中同时回补AtCERK1/AtLYK5（8m/C1/L5）或AtCERK1/AtLYK4（8m/C1/L4），发现仅后者能够完全恢复野生型水平的几丁质免疫反应。对于这一意外发现，研究者通过CRISPR技术重新构建了缺失LysM蛋白的六突变体，仅分别保留AtCERK1/AtLYK4——6m (C1/L4)或AtCERK1/AtLYK5——6m (C1/L5)，证实了AtCERK1和AtLYK4能够构成具有完整功能的最小几丁质受体复合物。

图1. AtCERK1和AtLYK4介导完整的几丁质免疫反应

有趣的是，大肠杆菌表达纯化的AtLYK4胞外域无法结合几丁质七糖（壳七糖），而拟南芥表达纯化的AtLYK4则可以，提示其几丁质识别机制可能依赖真核特异的蛋白翻译后修饰，如糖基化修饰。后续糖苷酶水解实验和N糖基化蛋白质谱分析验证了这一猜想，发现AtLYK4胞外域存在6个N糖基化位点。突变这些位点（AtLYK4⁶ᴺᴬ）会显著削弱其几丁质结合能力和突变体回补植株的几丁质免疫反应，而AtLYK4⁶ᴺᴬ残留的几丁质结合能力提示其同时存在不依赖于N糖基化的几丁质结合机制。通过同源建模和分子对接预测，AtLYK4胞外域存在一个几丁质结合口袋，其包含四个潜在的关键氨基酸残基（Asp113、Asn134、Gly139和 Thr227）。点突变筛查发现，同时突变Gly139和Thr227在不影响AtLYK4糖基化的前提下，会使其完全丧失几丁质结合能力。上述结果表明，AtLYK4的几丁质结合口袋关键位点Gly139和Thr227以及N糖基化修饰共同决定其几丁质感知能力。重要的是，这些关键位点在番茄和本氏烟的同源蛋白中保守，提示该几丁质识别机制在植物中具有普适意义。

综上所述，该研究通过精巧设计的分子遗传实验重构了拟南芥几丁质受体复合物，结合多层次的生化证据，确立了AtLYK4-AtCERK1为拟南芥几丁质感知的核心受体复合物，同时首次揭示N糖基化修饰在非LRR受体激酶的配体识别中起到关键作用，为理解植物免疫受体的功能演化和调控提供了新视角。需要说明的是，AtLYK4缺失突变体保留了部分几丁质诱导的MAPK激活，提示在该信号支路上AtLYK5具有冗余的功能。

中山大学生命科学学院王凤珠副教授为论文第一作者，李剑峰教授为通讯作者。博士生鲍颖、已毕业的硕士生姚欣然、已出站的博士后龚本强（现为广西大学教授）、博士后熊翔宇、中山大学药学院李哲副教授对该研究做出重要贡献。该研究得到国家杰出青年科学基金和国家自然科学基金面上项目资助。

论文链接：

https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3119-0