中山大學李劍峰團隊重構擬南芥感知幾丁質的受體復合物模型

幾丁質（ chitin）是真菌細胞壁、昆蟲外骨骼以及線蟲卵殼與口器所共有的重要結構多糖，其衍生的寡糖是植物免疫識別的關鍵分子模式信號，能夠激活植物廣譜的真菌抗性和抗蟲性。在模式植物擬南芥中，LysM受體激酶AtLYK5長期被認為是幾丁質的核心受體，與共受體AtCERK1組成受體復合物，由AtCERK1啟動胞內的幾丁質信號轉導。然而，多項研究提示AtCERK1自身也能結合幾丁質，由此引出一個尚未解決的關鍵科學問題：AtCERK1能否獨立介導對幾丁質的免疫感知和信號轉導？

近日，中山大學生命科學學院李劍峰教授團隊在Science China Life Sciences在線發表了題為AtLYK4 is the major chitin receptor in Arabidopsis with N-glycosylation and ligand-interacting residues orchestrating chitin perception的研究論文，證實AtCERK1僅能獨立介導微弱的免疫反應，而AtLYK4（而非AtLYK5）能夠與AtCERK1構成具有完整功能的最小幾丁質受體復合物。進一步，揭示了AtLYK4胞外結構域的N糖基化修飾以及幾丁質結合口袋的兩個關鍵位點共同決定其幾丁質結合能力，從而改寫并豐富了對擬南芥幾丁質感知機制的認知。

為重新梳理擬南芥的幾丁質感知機制，該研究首先利用T-DNA突變體雜交和CRISPR技術構建了缺失全部細胞膜LysM蛋白、對幾丁質完全無感的八突變體（8m）。在8m基礎上，回補表達了AtCERK1（8m/C1），發現其能夠發生幾丁質誘導的二聚化和磷酸化，但僅能介導微弱的幾丁質免疫反應。進一步，在8m中同時回補AtCERK1/AtLYK5（8m/C1/L5）或AtCERK1/AtLYK4（8m/C1/L4），發現僅后者能夠完全恢復野生型水平的幾丁質免疫反應。對于這一意外發現，研究者通過CRISPR技術重新構建了缺失LysM蛋白的六突變體，僅分別保留AtCERK1/AtLYK4——6m (C1/L4)或AtCERK1/AtLYK5——6m (C1/L5)，證實了AtCERK1和AtLYK4能夠構成具有完整功能的最小幾丁質受體復合物。

圖1. AtCERK1和AtLYK4介導完整的幾丁質免疫反應

有趣的是，大腸桿菌表達純化的AtLYK4胞外域無法結合幾丁質七糖（殼七糖），而擬南芥表達純化的AtLYK4則可以，提示其幾丁質識別機制可能依賴真核特異的蛋白翻譯后修飾，如糖基化修飾。后續糖苷酶水解實驗和N糖基化蛋白質譜分析驗證了這一猜想，發現AtLYK4胞外域存在6個N糖基化位點。突變這些位點（AtLYK4???）會顯著削弱其幾丁質結合能力和突變體回補植株的幾丁質免疫反應，而AtLYK4???殘留的幾丁質結合能力提示其同時存在不依賴于N糖基化的幾丁質結合機制。通過同源建模和分子對接預測，AtLYK4胞外域存在一個幾丁質結合口袋，其包含四個潛在的關鍵氨基酸殘基（Asp113、Asn134、Gly139和 Thr227）。點突變篩查發現，同時突變Gly139和Thr227在不影響AtLYK4糖基化的前提下，會使其完全喪失幾丁質結合能力。上述結果表明，AtLYK4的幾丁質結合口袋關鍵位點Gly139和Thr227以及N糖基化修飾共同決定其幾丁質感知能力。重要的是，這些關鍵位點在番茄和本氏煙的同源蛋白中保守，提示該幾丁質識別機制在植物中具有普適意義。

綜上所述，該研究通過精巧設計的分子遺傳實驗重構了擬南芥幾丁質受體復合物，結合多層次的生化證據，確立了AtLYK4-AtCERK1為擬南芥幾丁質感知的核心受體復合物，同時首次揭示N糖基化修飾在非LRR受體激酶的配體識別中起到關鍵作用，為理解植物免疫受體的功能演化和調控提供了新視角。需要說明的是，AtLYK4缺失突變體保留了部分幾丁質誘導的MAPK激活，提示在該信號支路上AtLYK5具有冗余的功能。

中山大學生命科學學院王鳳珠副教授為論文第一作者，李劍峰教授為通訊作者。博士生鮑穎、已畢業的碩士生姚欣然、已出站的博士后龔本強（現為廣西大學教授）、博士后熊翔宇、中山大學藥學院李哲副教授對該研究做出重要貢獻。該研究得到國家杰出青年科學基金和國家自然科學基金面上項目資助。

論文鏈接：

https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3119-0