我校吴飞华教授合作研究成果在《Nature》《Science》发表

发表时间：2021-06-21

2021年6月17日，美国《科学》（Science）杂志在线发表了我校作为第三完成单位的科研论文，题为“Plant “helper” immune receptors are Ca²⁺-permeable non-selective cation channels”，这是我校食品科学与工程学院特聘教授吴飞华博士在我校发表的第二篇国际顶级期刊科研论文。

2020年2月19日，吴飞华教授为论文第一作者，我校为署名单位之一，在Nature发表了题为“Hydrogen-peroxide sensor HPCA1 is an LRR receptor kinase in Arabidopsis”的研究论文。过氧化氢（双氧水，H₂O₂）作为最主要的活性氧（ROS）成分，在单细胞到多细胞生物体内作为信号分子发挥着重要的生物学功能。吴飞华教授通过检测H₂O₂诱导的植物细胞内钙离子浓度增加幅度，发现了明显低于野生型的hpca1突变体。进一步利用基因组重测序技术，成功克隆到HPCA1基因，其编码一个之前未详细报道功能的富含亮氨酸重复类受体蛋白激酶 (LRR-RLKs)。研究发现该受体激酶的胞外HP结构域中的半胱氨酸残基可被eH2O2氧化，并通过其胞内激酶域激活下游组件，进而打开质膜上的钙离子通道，揭示了HPCA1的感受工作机制。

该研究是植物环境感受和信号转导领域的一个突破性研究成果，Nature杂志同期配发了英国伯明翰大学Christine Foyer教授撰写的题为Making sense of hydrogen perxodie signals的评论文章，对该工作进行了解读和点评，认为该研究对进一步揭示植物适应全球环境变化的生理生态效应及分子机制具有重大的理论意义，也对培育提高抗逆性农作物品种有极其广泛的应用前景。

2021年6月17日，美国《科学》（Science）杂志在线发表北卡大学教堂山分校的Jeffery L. Dangl院士等课题组合作研究成果，发现NRG1.1和ADR1作为抗病受体蛋白（NLRs）可在植物质膜表面形成孔洞，并发挥钙离子通道功能，我校吴飞华教授在项目中负责细胞钙信号的测定和分析。

在植物中，NLR抗病蛋白是主要的免疫受体，可感知病原体的效应蛋白，并触发强大的防御反应。其中的一类RPW8-NLR基因（RNLs）在免疫信号传导中起重要作用，被称之为Helper-NLR基因，如拟南芥基因组中的NRG1.1和ADR1等。前期研究已证实几乎全部TIR NLR介导的植物免疫反应均需要Helper NLR（RNLs）的参与，但RNLs蛋白在其中发挥功能的具体机制仍不清楚。在这项最新的研究中，研究人员发现NRG1.1的N端结构域具有诱导细胞程序性死亡的功能，结构生物学研究证实其N端形成了4个螺旋管束状的结构。进一步通过表达自激活形式的NRG1.1蛋白发现，该蛋白在激活后会形成多聚体并富集在细胞质膜表面，进而形成8 nm左右的孔洞。自激活形式的NRG1.1和ADR1蛋白在动物或植物细胞表达后，均可介导钙离子内流和细胞程序性死亡，且钙内流及细胞死亡均可被镧和钆等钙离子通道抑制剂所抑制。电生理学实验证实NRG1.1在激活之后可在细胞质膜上独立形成一个非选择性阳离子通道，并表现出钙、镁离子的通透电流。该研究揭示植物在感受到病原侵染后，可利用胞内的一些特殊NLR受体蛋白在质膜表面形成钙离子通道，从而激活程序性细胞死亡和免疫反应。表明植物可利用多种途径激活胞内钙信号转导，从而有效提高植物在复杂环境中的抗性。

吴飞华教授所在的国际膜生物学与环境研究中心，是我校高水平理工科大学重点建设平台，由喻敏教授领衔组建，多名世界顶尖植物膜生物学家加盟，2019年获批成为广东省国际科技合作基地。该研究团队长期从事植物膜生物学与环境基础和应用基础研究：在植物中，细胞膜是植物对所有主要非生物（干旱、盐分、营养缺乏和毒性等）和生物（细菌、真菌等病原微生物）胁迫适应反应的中心环节，也是决定植物环境适应、生长发育和生产性能（产量）的关键“门户”。期待我校国际膜生物学与环境研究中心能进一步在科技创新、学科建设和人才培养发挥带头作用，建设一支有竞争力的国际化团队及高水平实验室；深化科教融合，推进学科教育改革，支撑引领我校“植物与动物科学”、“农业科学”等学科建设；并获取拥有自主知识产权的“农业关键核心技术”，最终能服务于植物精准抗逆的现实需求，为解决生物育种的“卡脖子”问题做出贡献。

（科技处/人文社科处 食品科学与工程学院）