2020年2月19日，吳飛華教授為論文第一作者，我校為署名單位之一，在Nature發表了題為“Hydrogen-peroxide sensor HPCA1 is an LRR receptor kinase in Arabidopsis”的研究論文【2】。過氧化氫(雙氧水，H2O2)作為最主要的活性氧(ROS)成分，在單細胞到多細胞生物體內作為信號分子發揮著重要的生物學功能。吳飛華教授通過檢測H2O2誘導的植物細胞內鈣離子濃度增加幅度，發現了明顯低於野生型的hpca1突變體。進一步利用基因組重測序技術，成功克隆到HPCA1基因，其編碼一個之前未詳細報道功能的富含亮氨酸重複類受體蛋白激酶 (LRR-RLKs)。研究發現該受體激酶的胞外HP結構域中的半胱氨酸殘基可被eH2O2氧化，並通過其胞內激酶域激活下遊組件，進而打開質膜上的鈣離子通道，揭示了HPCA1的感受工作機製。

　　細胞表麵過氧化氫受體HPCA1工作模式圖

　　該研究是植物環境感受和信號轉導領域的一個突破性研究成果，Nature雜誌同期配發了英國伯明翰大學Christine Foyer教授撰寫的題為“Making sense of hydrogen perxodie signals”的評論文章【3】，對該工作進行了解讀和點評，認為該研究對進一步揭示植物適應全球環境變化的生理生態效應及分子機製具有重大的理論意義，也對培育提高抗逆性農作物品種有極其廣泛的應用前景。

　　英國伯明翰大學Christine Foyer教授

　　2021年6月17日美國《科學》(Science)雜誌在線發表北卡大學教堂山分校的Jeffery L. Dangl院士等課題組合作研究成果，發現NRG1.1和ADR1作為抗病受體蛋白(NLRs)可在植物質膜表麵形成孔洞，並發揮鈣離子通道功能，我校吳飛華教授在項目中負責細胞鈣信號的測定和分析。

　　在植物中，NLR抗病蛋白是主要的免疫受體，可感知病原體的效應蛋白，並觸發強大的防禦反應。其中的一類RPW8-NLR基因(RNLs)在免疫信號傳導中起重要作用，被稱之為Helper-NLR基因，如擬南芥基因組中的NRG1.1和ADR1等。前期研究已證實幾乎全部TIR NLR介導的植物免疫反應均需要Helper NLR(RNLs)的參與，但RNLs蛋白在其中發揮功能的具體機製仍不清楚。在這項最新的研究中，研究人員發現NRG1.1的N端結構域具有誘導細胞程序性死亡的功能，結構生物學研究證實其N端形成了4個螺旋管束狀的結構。進一步通過表達自激活形式的NRG1.1蛋白發現，該蛋白在激活後會形成多聚體並富集在細胞質膜表麵，進而形成8 nm左右的孔洞。自激活形式的NRG1.1和ADR1蛋白在動物或植物細胞表達後，均可介導鈣離子內流和細胞程序性死亡，且鈣內流及細胞死亡均可被鑭和釓等鈣離子通道抑製劑所抑製。電生理學實驗證實NRG1.1在激活之後可在細胞質膜上獨立形成一個非選擇性陽離子通道，並表現出鈣、鎂離子的通透電流。該研究揭示植物在感受到病原侵染後，可利用胞內的一些特殊NLR受體蛋白在質膜表麵形成鈣離子通道，從而激活程序性細胞死亡和免疫反應。表明植物可利用多種途徑激活胞內鈣信號轉導，從而有效提高植物在複雜環境中的抗性。

　　NRG1.1，ADR1和ZAR1在植物細胞膜上形成的鈣通道

　　吳飛華教授所在的國際膜生物學與環境研究中心，是我校高水平大學重點建設平台，由喻敏教授領銜組建，多名世界頂尖植物膜生物學家加盟，2019年獲批成為廣東省國際科技合作基地。該研究團隊長期從事植物膜生物學與環境基礎和應用基礎研究：在植物中，細胞膜是植物對所有主要非生物(幹旱、鹽分、營養缺乏和毒性等)和生物(細菌、真菌等病原微生物)脅迫適應反應的中心環節，也是決定植物環境適應、生長發育和生產性能(產量)的關鍵“門戶”。希望我校國際膜生物學與環境研究中心能進一步在科技創新、學科建設和人才培養發揮帶頭作用，建設一支有競爭力的國際化團隊及高水平實驗室;深化科教融合，推進學科教育改革，支撐引領我校“植物與動物科學”、“農業科學”等學科建設;並獲取擁有自主知識產權的“農業關鍵核心技術”，最終能服務於植物精準抗逆的現實需求，為解決生物育種的“卡脖子”問題做出貢獻。

　　參考文獻：

　　[1] Jacob, P., Kim, N.H., Wu, F., El-Kasmi, F., Chi, Y., Walton, W.G., Furzer, O.J., Lietzan, A.D., Sunil, S., Kempthorn, K., et al. (2021). Plant “helper” immune receptors are Ca2+-permeable nonselective cation channels. Science. DOI: 10.1126/science.abg7917

　　論文鏈接：

　　https://science.sciencemag.org/content/early/2021/06/16/science.abg7917

　　[2] Wu, F., Chi, Y., Jiang, Z., Xu, Y., Xie, L., Huang, F., Wan, D., Ni, J., Yuan, F., Wu, X., et al. (2020). Hydrogen peroxide sensor HPCA1 is an LRR receptor kinase in Arabidopsis. Nature 578, 577–581.

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2032-3

　　[3] Foyer, C.H. (2020). How plant cells sense the outside world through hydrogen peroxide. Nature 578, 518–519.

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-020-00403-y