突破性的研究表明植物如何感知世界

植物缺乏眼睛和耳朵，但他們仍然可以看到，聽到，聞到和響應環境的線索和危險，特別是對於致命的病原體。他們通過數百種可感知微生物或其他脅迫的膜蛋白來做到這一點。

這些感測蛋白中只有一小部分是通過經典遺傳學進行研究的，關於這些感測器如何通過形成複合物而起作用的知識是很少的。現在，來自四個國家的國際研究小組，包括來自伯明翰阿拉巴馬大學的Shahid Mukhtar博士和研究生Timothy「TC」Howton，為這些蛋白質中的200個創建了第一張網路圖譜。該圖顯示了幾個關鍵蛋白質如何充當對網路完整性至關重要的主節點，並且該映射還揭示了未知的相互作用。

UAB藝術與科學學院生物學助理教授Mukhtar說：「這是確定這些蛋白質之間相互作用的第一層的開創性工作。「了解這些相互作用可能會導致增加植物對病原體的抵抗力，或者導致其他脅迫如熱，乾旱，鹽度或冷休克，這也可以為全球科學家的未來研究提供一個路線圖。

位於歐洲，加拿大和美國的國際團隊由奧地利維也納的Gregor Mendel分子植物生物學研究所Youssef Belkhadir博士領導。這項研究已經發表在「 自然」雜誌上。

新型綜合相互作用網路圖著重於這些感知蛋白質中最重要的一類 - 富含亮氨酸的重複受體激酶或與人類toll樣受體結構相似的LRR-受體激酶。

LRR受體激酶是植物和動物中主要負責感知環境的蛋白質家族。在植物中，它們具有蛋白質的胞外結構域，超出細胞膜，可以識別化學信號，如生長激素或來自病原體的蛋白質部分。受體激酶然後使用蛋白質的胞內結構域對細胞內的這些信號起始反應。

模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）含有超過600種不同的受體激酶，比人類多50倍，這對植物生長，發育，免疫和應激反應至關重要。到目前為止，只有少數已知的功能，而且幾乎不知道受體如何與每個功能互動以協調對經常衝突的信號的響應。

對於「 自然」研究，Belkhadir實驗室以配對的方式測試受體細胞外結構域之間的相互作用，與超過400個LRR受體激酶的細胞外結構域一起工作，並進行40,000次相互作用測試。

積極的相互作用被用來產生一個互動地圖，顯示這些受體激酶之間如何相互作用，總共567高信度的相互作用。

加拿大多倫多大學的David Guttman博士和Darrell Desveaux博士的實驗室利用演算法分析了受體相互作用圖，以產生不同的假設，並且這些預測在Belkhadir實驗室和Cyril Zipfel博士，英國諾里奇Sainsbury實驗室。

在UAB，Mukhtar和Howton測試了其細胞外結構域顯示出高置信度相互作用的LRR-受體激酶的372個胞內結構域，以查看細胞內結構域是否也顯示出強相互作用。超過一半，這表明這些受體複合物的形成是需要的信號感知和下游信號轉導。這也表明了細胞外結構域相互作用的生物學意義的驗證。

UAB的Mukhtar實驗室克隆了幾乎所有的擬南芥LRR-受體激酶的細胞內結構域。Mukhtar說：「這是努力了解植物如何對病原體作出反應或病原體如何劫持免疫系統的一部分，這是我們感興趣的領域。

多倫多大學的Adam Mott博士說，Nature研究包括兩個重大的驚喜。具有小胞外結構域的LRR受體激酶與具有大結構域的LRR受體激酶相比更頻繁地與其他LRR受體激酶相互作用。這表明小的受體激酶進化成協調其他受體的作用。其次，研究人員發現了幾種對網路完整性至關重要的未知LRR受體激酶。

最重要的一個，被稱為APEX，預計會導致嚴重的中斷網路的其他部分，如果被刪除。研究人員發現，除去APEX和幾種其他已知的LRR受體激酶，確實會影響植物的發育和免疫反應，即使這些反應受受APEX節點幾個網路步驟的受體激酶控制。

這種關於受體激酶相互作用的新理解可以幫助研究人員鑒定重要的受體激酶，這些激酶可以修飾經濟作物的應激反應，使其抵抗全球變暖和病原體等環境壓力。

Howton說：「這項研究中開發的網路使未來的研究人員能夠理解這些受體以前未知的連接性。「這種知識可以用來更好地了解植物如何在植物細胞表面受體的完整背景下感知其環境。」

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