12月5日Cell子刊Cell Reports正式发表了中科院微生物所钱韦研究组的成果：“A Bacterial Receptor PcrK Senses the Plant Hormone Cytokinin to Promote Adaptation to Oxidative Stress”。该研究首次发现细菌编码识别植物激素的受体，能够跨界（Inter-kingdom）感知寄主植物重要信号分子。微生物所助理研究员国科大博士生王芳芳是该论文的第一作者。

　　“敌我识别”是感染与免疫过程中，病原和寄主进行殊死搏斗时面临的首要问题。动、植物利用多种受体蛋白感知来自于病原微生物的特征物质，比如脂多糖、肽聚糖、鞭毛、几丁质和其它细胞成分，从而激活免疫反应。1995年，美国加利福尼亚大学戴维斯分校的Pamela Ronald实验室发现了首个真核生物的免疫受体－水稻的Xa21抗病蛋白，紧接着，美国动物病理学家Bruce Beutler和法国科学家Jules Hoffman实验室分别利用小鼠和果蝇作为实验材料，发现了感知病原细菌脂多糖的免疫受体（TLR）。后面两位科学家因免疫识别受体的工作荣获了2011年诺贝尔生理学与医学奖。在这一重大发现的过程中，来自于植物病理学领域的研究为整个生命科学理论的发展做出了引领性的贡献。

　　然而，病原细菌也是生物，它们有没有可能也编码识别寄主特异性物质的受体？1986年麻省理工大学的 Borris Magasanik 实验室发现，细菌依靠一种称为“双组分信号转导系统”的分子机制来感知和响应环境刺激。在这套系统里，受体组氨酸激酶发挥着信号识别的功能，其数量之多少被形象地称为细菌的“智商（IQ）”。近30年以来，科学家们通过测序已经鉴定了数以万计的受体组氨酸激酶，并且对其中一部分受体的生物学功能进行了精细研究，但直到现在，这些细菌受体究竟感知什么样的信号刺激仍然研究得非常薄弱。因此，人类并不十分了解作为一类单细胞生物，细菌如何感知其所生存的外部环境。

　　中国科学院大学博士生导师、中科院微生物所钱韦研究组致力于探索细菌利用双组分信号转导系统感知寄主与环境信号的分子机制。最近他们做出了一项有趣的发现：本来，植物激素（Hormones）是植物用于控制自身生长、发育、繁殖、细胞调亡与分化、衰老和其它生理过程的重要化合物，然而，这项研究发现在一种植物病原细菌－野油菜黄单胞菌细胞中，受体组氨酸激酶（PcrK）特异性地结合控制植物干细胞分裂和功能分化的重要激素－细胞分裂素（Cytokinin）。更有意思的是植物细胞分裂素抑制细菌PcrK的激酶活性，然后经过一个复杂的蛋白质磷酸化信号通路，激活细菌的抗氧化胁迫反应。PcrK是一种功能高度特化的激素受体。与植物本身的细胞分裂素受体相比，PcrK的识别谱要窄得多：在众多的细胞分裂素化合物中，它只特异性地识别异戊烯基腺嘌呤（2iP）类激素，但不能识别玉米素（Zeatin）或激动素（Kinetin）类激素。

　　这一科学发现表明，细菌细胞具有原始的“联想”能力：它们感知到氧化还原性质并不活泼的细胞分裂素后，迅速“联想”到自己可能生存于寄主植物体内。为了对抗植物防卫系统产生的过氧化物伤害，启动细菌细胞的抗氧化胁迫反应。细胞分裂素属于嘌呤类化合物，是地球上最古老的有机物之一。考虑到黄单胞菌大约起源于18亿年以前（元古代），而植物（包括原始藻类）的起源要晚得多，其现代寄主十字花科植物起源更晚，大约在1.5亿年前（中生代白垩纪）。因此，这一细菌“跨界信号识别”的分子机制可能早就存在于细菌细胞中，只是在植物及其激素信号通路起源以后，才“亿年等一回”，被细菌细胞用于识别植物，并且在协同进化的过程中，逐步“改造”出了“寄主识别”这一新的生物学功能。

　　在研究的过程中，中科院遗传发育所的周俭民研究员、左建儒研究员给予了宝贵的建议。近期钱韦研究组还解析了病原细菌利用受体组氨酸激酶感知寄主铁匮乏环境（Wang et al, 2016. PLoS Pathogens.）、感知种群密度信号（Cai et al, 2017. PLoS Pathogens）、感知渗透胁迫信号（Wang et al, 2014. Environmental Microbiology）的生物化学过程。鉴定了细菌控制Biofilm发育的双组分信号转导系统蛋白（Zheng et al, 2016. Applied Environmental Microbiology; Kang et al, 2015. Applied Environmental Microbiology）和信号系统精细调控基因转录的分子机制（Peng et al, 2017. Genetics; Pan et al, 2017. Molecular Plant-Microbe Interactions. online），有力地推动了病原细菌信号感知领域的研究。上述研究获得国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项和植物基因组学国家重点实验室项目的联合资助。

　　论文链接：http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(17)31637-6