一、揭示植物天然免疫分子機制
10月10日，清華大學生命科學學院柴繼傑教授研究組、中科院遺傳與發育研究所周儉民研究員研究組和英國諾維奇科技園聖斯伯利實驗室的Cyril Zipfel教授研究組合作，在《科學》在線發表題為《細菌模式分子鞭毛蛋白活化擬南芥模式識別受體FLS2及共受體BAK1複合物的結構基礎》（Structural basis for flg22-induced activation of the Arabidopsis FLS2-BAK1 immune complex）的研究論文，首次報導了植物模式識別受體FLS2及共受體BAK1與細菌模式分子鞭毛蛋白保守基序flg22三元複合物晶體結構，並通過結構分析和體內外生化實驗揭示了該複合物活化的分子機制。
先天免疫是動植物免疫系統的重要組成部分。在植物的細胞膜上存在多種模式識別受體(pattern recognition receptors，PRRs)，通過識別病原體上的一些共有的、保守的分子基序（也即病原相關分子模式pathogen-associated molecular patterns，PMAP），引發先天免疫反應。對細菌運動性極其重要的一種蛋白flagellin是一種典型的PMAP。FLS2是存在於大多數高等植物中，對於抗菌免疫至關重要的一種LRR類型的受體激酶。作為一種典型的PRR，它能夠直接識別對細菌運動性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（Flg22），同時遺傳及生化實驗表明其激活需要另一種LRR受體激酶BAK1的參與，但是其識別鞭毛蛋白的分子機制和激活機制卻亟待闡明。
柴繼傑研究組利用上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U1）解析了FLS2胞外區和BAK1胞外區與植物致病菌丁香假單胞菌鞭毛蛋白保守基序flg22複合物結構（如圖），闡明了FLS2胞外區通過其螺線狀凹面的連續B片層來識別flg22；結構也提示共受體BAK1僅僅通過N端帽子接觸flg22表位的C末端，並且共受體BAK1與FLS2形成廣泛的直接相互作用，提示其可能先形成預複合物，以利於對病原菌的侵入做出快速反應。通過與周儉民研究員研究組和Cyril Zipfel教授研究組合作，從體外生化和植物體內實驗也驗證了flg22激活FLS2的機理：當植物宿主細胞感受到細菌鞭毛蛋白時，細菌鞭毛蛋白通過誘導植物細胞膜上的FLS2和BAK1形成異源二聚化來完成配體感應並激活下遊防衛反應信號通路。FLS2LRR-flg22-BAK1LRR是第一個被解析的植物LRR模式識別受體複合物結構。在模式生物擬南芥中有至少含有200多個富含亮氨酸重複的受體激酶（在水稻中大約有600多個），這類LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過程：調控分生組織的生長、抗病性、激素信號傳遞和組織發育等。本研究為這一類蛋白結構及功能研究提供了很好的範例，同時對於開發廣譜抗病作物品種具有重要的意義。
圖：FLS2LRR-flg22-BAK1LRR複合物晶體結構 A: FLS2LRR-flg22-BAK1LRR複合物晶體結構 B: flg22結合在FLS2螺旋結構凹面 C:結構比對顯示flg22結合沒有誘導FLS2構像改變
二、揭示PPR蛋白特異性識別單鏈RNA的分子機制
10月27日，清華大學顏寧教授研究組在《自然》在線發表論文，報導了PPR蛋白特異性識別單鏈RNA的分子機制。
PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白是廣泛分布於各類生物當中一大類蛋白家族，在高等植物葉綠體和線粒體當中尤其種類豐富，比如擬南芥和玉米中各有四百多種PPR蛋白。PPR蛋白對單鏈RNA具有序列特異性識別模式，與RNA的轉錄、剪切、編輯、和穩定性等過程都密切相關，因為與包括多種農作物在內的植物細胞質雄性不育有直接聯繫而受到重視。在人類中，PPR蛋白在包括導致Leigh綜合症在內的眾多生理和病理過程中發揮重要作用。
PPR蛋白的RNA結合模式與已知的RNA結合蛋白均不同。PPR蛋白由多個PPR重複單元組成，大多數情況下，一個經典的PPR重複單元含有35個胺基酸，每一個重複單元可以特異性地識別一個RNA鹼基，近兩年的生物信息學和初步生物化學研究研究顯示PPR模塊與RNA序列有特異的對應關係，但其識別機理及識別密碼尚不明確。揭示PPR蛋白特異識別RNA鹼基的分子機制對於理解PPR蛋白的工作機理以及促進PPR蛋白生物技術領域的應用具有重要意義。
顏寧教授研究組與施一公、朱健康、王佳偉、王宏偉等課題組合作，選擇源自玉米葉綠體的PPR10蛋白進行了深入的結構生物學和生物化學分析，最終利用從上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U1）解析了PPR10蛋白在未結合RNA和特異結合靶標PSAJ單鏈RNA兩種狀態下的高解析度晶體結構（如圖）。結構顯示，PPR10包含19個PPR重複單元，每個PPR重複單元均為helix-loop-helix結構，多個重複單元組成兩圈右手超螺旋。PPR10-PSAJ的複合體晶體結構則清晰地揭示了PPR蛋白特異性識別RNA鹼基的分子機理。特異識別發生於PPR重複單元的第2、5、35位的胺基酸與相對應的RNA鹼基，這一結構生物學發現為破解PPR的RNA識別密碼提供了直接的依據。
自然界中有許多具有重複單元構造的蛋白質，其結構與功能的揭示往往可以把這些蛋白質改造為重要的工具蛋白。例如科學家根據TALE蛋白對DNA序列的特異識別，設計組裝能夠識別任意序列雙鏈DNA的TALEN工具酶，進而對基因組進行改造。TALEN已經在多個物種中獲得了廣泛應用，這是顏寧課題組與合作者繼2012年1月在Science報導TALE蛋白識別雙鏈DNA的分子機制後，對重複單元蛋白的又一項結構與功能研究，希望可以促進PPR在生物技術中的進一步應用。
圖：PPR蛋白晶體結構以及對RNA的特異性識別