陕西
在植物中，富含半胱氨酸肽（cysteine-rich peptides, CRPs）是一类重要的胞外信号分子，广泛参与免疫调控、发育模式建成以及生殖协调等多种生理过程。与线性肽不同，CRP通常含有偶数个保守半胱氨酸残基，这些残基能够形成分子内二硫键，从而稳定肽的局部或整体构象，使其在胞外严苛环境中保持功能活性。然而，CRP在结构层面如何介导受体复合物的组装与激活，目前仍知之甚少。
SCREW/CTNIP是一类仅含一对保守半胱氨酸的CRP小肽。已有研究表明，SCREW在生物或非生物胁迫下被诱导表达，并由定位于细胞膜表面的富亮氨酸重复受体激酶（LRR-RLK）NUT（又名HSL3）所感知；随后，NUT招募共受体BAK1，激活MAPK级联反应和胞内钙信号，从而调控免疫应答和气孔重开放。这种仅含两个半胱氨酸的CRP究竟如何在结构层面实现诱导受体复合物的组装与激活，长期以来仍是未解之谜。
近日，华中农业大学生命科学技术学院徐曙彤教授团队在Nature Plants在线发表了题为“Disulfide-bond-driven neck-ring-like conformation mediates SCREW recognition in plant immunity”的研究论文。该研究成功解析了拟南芥NUT-SCREW1-BAK1复合物的晶体结构，揭示了SCREW依赖单一二硫键形成“颈环（neck-ring-like）”构象，从而介导受体识别及共受体招募的全新分子机制。
研究团队创新性地借助AlphaFold3预测受体蛋白结构，并将其与LRR-RLK家族其他成员的已知晶体结构进行比对分析，进而理性设计出辅助蛋白结晶且不影响蛋白功能的受体突变体，最终获得了拟南芥来源的NUT-SCREW1-BAK1三元复合物结构，分辨率为3.4 Å。与已报道的CRPs普遍采用多对二硫键维持含有α螺旋/β折叠的复杂构象截然不同，SCREW1呈现出一种前所未有的结构形态：其C57和C67之间的单一分子内二硫键，联合关键脯氨酸P61的环化效应，共同稳定了一个柔性loop区，形成类似“颈环”的独特构象。功能验证表明，破坏二硫键（C57S/C67S）或脯氨酸（P61A）突变后，SCREW1与NUT的结合力略有下降，却完全丧失了介导NUT-BAK1异源二聚化以及激活下游MAPK信号的能力（图1）。这一发现表明，SCREW的“颈环”构象并非小肽-受体识别所必需，而是决定受体-共受体二聚化及信号激活的关键结构元件。
图1. SCREW C端环状构象对NUT-SCREW-BAK1三元复合物组装至关重要
进一步地，研究团队结合同源蛋白序列比对、生化分析和植物免疫实验，发现类似于拟南芥，油菜中的NUT受体与共受体BAK1也能共同感知SCREW肽，进而激活免疫响应。结构预测分析提示，SCREW-NUT-BAK1的识别机制在双子叶植物（如茄科、豆科、十字花科）中可能广泛保守，而在单子叶植物（水稻、玉米、小麦等）中则可能出现分化，暗示该信号通路在不同植物类群间经历了功能演化。
综上所述，本研究首次从结构层面阐明了仅含两个半胱氨酸的CRP如何通过单一二硫键驱动的“颈环”构象激活受体复合物（图2），突破了此前仅有多二硫键CRP-受体复合物结构报道的局限。该工作系统揭示了SCREW肽诱导受体NUT与共受体组装复合物的分子机制，深化了人们对植物免疫和气孔重开放调控的受体系统的理解，也为植物高环境适应性遗传改良奠定了结构基础。
图2. SCREW激活NUT-BAK1复合物的工作模型
华中农业大学生命科学技术学院徐曙彤教授为论文通讯作者。生命科学技术学院博士研究生王志云、博士后万里豪、植物科学技术学院博士研究生唐思琦为共同第一作者。植物科学技术学院于晓老师对本研究中的植物免疫响应实验提供指导。农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室的张少然老师对蛋白质互作定量分析提供指导。为本研究提供实验指导。生命科学技术学院博士研究生王晓晨、杨悦及已毕业的吴慧敏博士为共同作者。研究得到国家重点研发计划、农业微生物学国家重点实验室经费、中央高校基本科研业务费专项资金等资助。
徐曙彤教授课题组隶属于华中农业大学、农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室和湖北洪山实验室。主要利用X射线晶体学和冷冻电镜等结构生物学手段，结合生物化学、细胞生物学和生物信息学等方法，研究具有重要生物学功能的蛋白质复合物的作用机制。研究方向：（1）生物固氮及氮高效利用的分子基础（Nature Communications, 2022；Plant Cell, 2026；Nature Communications, 2026）；（2）细胞膜表面受体感知胞外信号的分子机制（Nature Plants, 2024, 2026）。获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等资助。课题组氛围和谐，诚邀有结构生物学、生物化学或植物遗传研究背景的博士来课题组开展博士后研究。联系方式：xushutong@mail.hzau.edu.cn
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-026-02377-7
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