研究揭示植物感受紫外线B的分子机理

自然, 2012年2月29号，来源：清华大学

2012年3月1日，清华大学施一公教授研究组、北京大学邓兴旺教授研究组合作在《自然》在线发表了题为“Structural basis of ultraviolet-B perception by UVR8”的论文，解析了植物拟南芥感受紫外线B波段（280-315 nm）的光受体UVR8的晶体结构，并对其感光机理做出了解释。

在植物的生长过程中，光发挥着极其重要的作用，包括提供能量，调控植物生长、发育的各个阶段（例如发芽、开花等）。植物对于光的感受，是通过一类叫做光受体的蛋白执行的，光受体感受光信号，再把信号传给下游调控因子，从而使植物做出相应反应。对光受体感光机理的研究，吸引了众多生物学家的目光。植物的红光/红外光受体、蓝光受体发现较早，目前都有比较深入的功能和结构方面的研究。但是紫外线B波段的光受体，在2011年4月才被鉴定，研究人员发现，在拟南芥中，一个名为UVR8的蛋白正是人们寻找了许久的紫外线B波段的光受体。生化实验为其感光机理提供了一些线索，表明紫外线（280-315 nm）照射会使UVR8从二聚体变为单体，但是具体分子机理的阐明，还有赖于高分辨率的结构。

为了解决这个问题，施一公与邓兴旺的研究组合作，获得了UVR8野生型以及两个突变体的高分辨率晶体结构（1.8埃-2.0埃）。这些结构显示，UVR8在紫外线B波段光照之前，是一个由两个相同的单体形成的二聚体，其中每个单体由7个富含b-折叠的WD40结构域组成。两个单体通过众多氢键紧密结合在一起。通过野生型与突变体UVR8结构的比对，以及进一步的基于结构的生化分析，作者阐明了UVR8的感光机理：UVR8单体中，两个色氨酸（W285和W233）组成了感受紫外线B波段的核心基团，当受到紫外线（280-315 nm）照射时，两个色氨酸的吲哚环电子被激发，破坏了W285和W233与相邻的两个精氨酸R286、R338之间的紧密的电荷作用（cation-p interaction），影响了R286、R338在结构中的稳定性，而R286、R338正是参与形成两个UVR8单体间氢键的关键氨基酸，二者受到扰动，破坏了相应氢键，从而使UVR8二聚体解聚。

这些成果为研究人员在分子水平理解植物感光机理提供了帮助，也为进一步的计算机模拟、生物物理学研究奠定了基础。

论文链接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10931.html