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2015年8月26日，清华大学生命科学学院柴继杰教授研究组、中科院遗传与发育研究所杨维才研究员研究组合作在《Nature》在线发表《植物肽激素phytosulfokine受体的别构激活机制》（Allosteric receptor activation by the plant peptide hormone phytosulfokine）研究论文，揭示了植物重要肽类激素phytosulfokine (PSK) 的识别和受体激活分子机理。
 
植物肽类激素，同植物经典激素一样，对植物体的生长发育等生理活动具有重要的调控作用。PSK是较早被发现和研究的一种含两个酪氨酸磺化修饰的五肽激素，在植物的生长发育、抗逆和先天免疫等方面有广泛调控作用。PSK发挥活性是通过与细胞膜上的受体激酶PSKR结合来发挥功能。但PSK被受体PSKR识别的分子机理以及后续的受体激活机制还需要阐明。
 
柴继杰研究组通过解析PSKR胞外区结合PSK的复合物结构，阐明了PSKR胞外区通过其岛区来识别PSK的分子机理。深入的结构分析提示SERK家族成员可能作为共受体参与PSKR的受体激活，体外生化实验初步证实了这一假设，同时通过与中科院遗传与发育研究所杨维才研究员研究组合作，利用植物体内生化和遗传学的方法最终证明了这一假设。这也是通过结构生物学提示找到PSK信号转导通路上的新成份。通过解析和对比分析PSKR-PSK-SERK三元复合物结构和单独的PSKR结构，揭示了PSK通过诱导原本无序的受体PSKR岛区产生与共受体SERK结合的新界面从而别构激活受体PSKR的新机制。
 
PSK-PSKRLRR-SERKLRR激活复合物是第一个植物肽类激素的激活复合物结构，为其他植物肽类激素的研究提供了思路，进一步推广了植物受体激酶异元二聚化的活化模式和SERK家族的信号枢纽功能。从结构角度首次揭示配体通过别构诱导受体构象变化来介导受体与共受体互作的活化模式，区别于BRI1和FLS2通过配体的“胶联”作用结合共受体的这一类似于植物经典激素受体活化的“分子胶”模式。基于PSK受体结构的PSK类似物的研发可用于提高作物产量的生长添加剂，具有重要的实际应用意义。
 
清华大学生命科学学院柴继杰教授和中科院遗传与发育研究所杨维才研究员为本论文的通讯作者；清华大学生命科学学院2011级博士研究生王继纵和中科院遗传与发育研究所副研究员李红菊为共同第一作者；清华大学生命科学学院韩志富博士和博士研究生张贺桥、林光忠，中科院遗传与发育研究所博士研究生王童，郑州大学化学与分子工程学院常俊标教授也参与了部分工作。上海同步辐射光源BL17U1 (SSRF)为数据收集提供了及时有效的支持。本研究中清华大学的工作得到国家自然基金重点国际合作研究项目（grant no. 31420103906）、重大科学研究计划（grant no. 2015CB910200）和自然科学基金重点项目（grant no. 31130063）的资助。
 

图示（A）PSK-PSKR识别复合物结构；（B）PSKR-SERK在植物体水平的互作；（C）PSK-PSKR-SERK激活复合物结构；（D）单独的PSKR和结合PSK的PSKR结构比较。

原文摘要：

Allosteric receptor activation by the plant peptide hormone phytosulfokine

Phytosulfokine (PSK) is a disulfated pentapeptide that has a ubiquitous role in plant growth and development1, 2. PSK is perceived by its receptor PSKR3, 4, a leucine-rich repeat receptor kinase (LRR-RK). The mechanisms underlying the recognition of PSK, the activation of PSKR and the identity of the components downstream of the initial binding remain elusive. Here we report the crystal structures of the extracellular LRR domain of PSKR in free, PSK- and co-receptor-bound forms. The structures reveal that PSK interacts mainly with a β-strand from the island domain of PSKR, forming an anti-β-sheet. The two sulfate moieties of PSK interact directly with PSKR, sensitizing PSKR recognition of PSK. Supported by biochemical, structural and genetic evidence, PSK binding enhances PSKR heterodimerization with the somatic embryogenesis receptor-like kinases (SERKs). However, PSK is not directly involved in PSKR–SERK interaction but stabilizes PSKR island domain for recruitment of a SERK. Our data reveal the structural basis for PSKR recognition of PSK and allosteric activation of PSKR by PSK, opening up new avenues for the design of PSKR-specific small molecules.