水杨酸在植物中的潜在受体NPR蛋白的结构与功能研究

Salicylic acid (SA)-like compounds have been the most classical medicines which relieve pain and fever during the world medical history, and as an important plant hormone, SA plays a central role in plant innate immunity. However, it still remains unknown how SA is sensed by plants and the identity of the SA receptors. Although several SA-binding proteins have been identified using biochemical approaches, genetic and other evidence indicated that they are not the bona fide SA receptors. In 2012, two groups raised two different, but not exclusive models of SA perception by plants, in which NPR3/4 and NPR1 were identified to be the SA receptors, respectively. To illustrate the molecular mechanism of plant perception of SA and clarify the controversy over SA receptors, this project will conduct the structural and functional studies into the potential SA receptors NPR1/3/4. Through the protein structures, in vitro and in vivo experiments, the project will illustrate the precise mechanisms underlying plant perception of SA. These studies will reveal the molecular mechanism how SA binds to its receptors and activates plant immune system through the structural information, and provide the theoretical basis for developing approaches to improve the resistance of crops.

水杨酸类药物是世界医药史上经典的解热镇痛药，同时水杨酸也是一种重要的植物激素，在植物的先天免疫中发挥核心作用。然而很长时间以来，植物感知水杨酸的精确分子机制，以及水杨酸受体蛋白却一直没有研究清楚。尽管有多个水杨酸结合蛋白被鉴定出来，但遗传学及其他证据陆续证明这些蛋白均不是水杨酸的受体。2012年，两个研究组先后提出了两种不同、但又并不完全排斥的植物感知水杨酸的模型，在这两个模型中，NPR3/4，以及NPR1蛋白分别被鉴定为水杨酸的受体蛋白。为了阐明植物识别水杨酸的分子机制、解决目前关于水杨酸受体的争议，本项目拟对上述水杨酸受体蛋白（NPR1/3/4）的结构与功能进行研究，通过解析其结构并结合体内和体外实验，阐明植物感知水杨酸的精确机制。这些研究将在蛋白质结构水平上揭示水杨酸结合其受体蛋白并激活植物免疫反应的分子机制，为发展提高农作物抗性的方法奠定理论基础。

水杨酸是一种重要的植物激素，在植物免疫反应中发挥关键作用。研究表明其在拟南芥中的受体并不唯一，主要的受体为NPR1/3/4三个蛋白。本项目主要以拟南芥NPR1蛋白为研究对象，对其结合水杨酸的分子机制开展结构生物学研究。我们验证了SA对不同NPR蛋白聚集状态上的影响。在蛋白质结晶方面，我们筛选了不同长度、不同突变位点以及添加去垢剂条件下的NPR1蛋白的结晶条件。完成了NIMIN2和NIMIN3两个NPR1结合蛋白的纯化，体外获得了NPR1-NIMIN3和NPR1-NIMIN2--NIMIN3两对复合物蛋白并对其进行了结晶条件筛选。获得了NPR1和NPR4的负染电镜结果，纯化获得了NPR1-NIMIN3-GST复合物并对其进行负染电镜研究。纯化获得了小立碗藓来源的唯一的NPR蛋白并完成其结晶条件筛选。本项目所取得的结果为NPR1蛋白的结构与功能研究提供了基础数据及思路方法。