华盛顿大学西雅图分校的郑宁教授和杜克大学的董欣年教授为该论文的共同通讯作者，华盛顿大学访问学者、河南大学生命科学学院的王伟、杜克大学的博士后John Withers和华盛顿大学的李恒为该论文共同第一作者。华盛顿大学西雅图分校和杜克大学为共同通讯单位，河南大学为合作单位。

植物激素是调节植物生长发育及应对外界胁迫的重要活性有机物。解析植物激素与受体识别及结合的分子结构对于了解相关激素信号转导机制至关重要。

作为大约十个已知植物激素中的一员，水杨酸在植物抗病及获得性免疫过程中起有关键的作用。

不仅如此，早在两千年前，人们就发现柳树皮具有退热镇痛作用。当研究人员鉴定出其中的活性成分是SA后，德国拜耳公司发明了经典药物阿司匹林（乙酰水杨酸）。因此，对于植物激素的机理研究也有加速药物研发及创新的巨大潜力。

早在1997年，杜克大学的董欣年课题组就用遗传学的方法首次发现和克隆了植物抗病反应中的关键基因NPR1。

2012年，作为NPR家族的另外两个家族成员NPR3和NPR4被确认为是SA受体，但对于NPR1是否也是SA受体一直存在有争议。对于NPR蛋白是如何感应并特异结合SA的分子机制也不清楚。

自2007年郑宁课题组首次解析了第一个植物激素（Auxin）及受体复合体的晶体结构，各类植物激素及其受体的作用机理成为植物学领域中的热门话题。

而目前作为仅有的两类结构仍旧未知的植物激素（SA和乙烯）受体之一，NPR蛋白与SA的复合体结构成为了一个植物结构生物学领域公认的硬骨头。

在本研究中，研究人员巧妙地利用了胰蛋白酶酶解和氢氘交换质谱（HDX-MS）的方法找到了拟南芥NPR4中直接结合SA的结构域（SA binding core，SBC），并通过变复性的方法，成功获得了分辨率为2.3Å的NPR4-SBC与SA复合物晶体结构。

从结构中可以看到，SA被严密地包裹在NPR4-SBC的疏水核心中，其羧基基团通过与NPR4中的精氨酸互作而被中和。有趣的是，在结构中并没有发现SA进出受体的通道。

结合HDX-MS的分析结果，研究者提出NPR蛋白的SBC结构域处于一个高度动态的构象变化状态，而SA能够诱导该结构域形成一个较为稳定的结合状态，从而直接调节NPR与其他蛋白的互作。

图1 拟南芥NPR4水杨酸结合结构域（NPR4-SBC）与水杨酸（SA）复合体结构

随后，他们通过对拟南芥的NPR1和NPR4进一步分析，发现NPR1的SBC也能够以类似方式结合SA，确认了NPR1也是SA的受体。但同时发现，纯化出的NPR1蛋白中，只有很少比例的蛋白具有结合SA的活性。

这个发现解释了为什么之前对NPR1是否为SA受体的研究中，不同的检测方法会产生不同的结果，也解释了为什么长期以来很难获得NPR蛋白与SA的复合物结构。

此外，他们还发现在NPR蛋白中，除了通过SBC结构域与SA直接结合外，其SA结合活性会受到其它结构域的调节。

通过基因定点突变，研究人员成功获得了一个SA结合不敏感及另一个SA结合超敏感突变植株。

值得注意的是，那个超敏感的突变株同时具有强化的基础免疫抗性和效应蛋白激发的免疫反应（ETI），避免了在强化植物基础免疫时常常会削弱ETI免疫的弊端。

该研究为进一步研究SA信号转导及调控机制奠定了基础，并为植物抗病基因工程设计提供了新的研究思路。

相关论文信息：

DOI：10.1038/s41586-020-2596-y