細胞膜上受體激酶 (RKs) 的磷酸化修飾在植物先天免疫反應中扮演關鍵角色。擬南芥Flagellin-sensing 2 (FLS2) 作為典型的RK，能識別鞭毛蛋白N端22 個氨基酸的保守區域 (flg22)，從而啟動植物第一道防御反應途徑。前人研究已鑒定出FLS2的多個磷酸化位點，并發現Serine-938磷酸化位點在FLS2的功能調控中發揮重要作用。雖然Serine-938磷酸化位點的重要性已得到證實，但是該位點如何通過調節FLS2的時空分布特性進而影響其免疫反應的具體機制，目前仍不清楚。
近日，北京林業大學林金星教授團隊在eLife發表了題為“Single-molecule analysis unveils the phosphorylation of FLS2 regulates its spatiotemporal dynamics and immunity”的研究論文。該研究運用了活細胞內蛋白分子的標記和實時動態觀察技術，深入探索了磷酸化對細胞質膜上FLS2蛋白的動態性質、寡聚化狀態、胞吞及其調控機制的影響。研究團隊通過精密的實驗設計，揭示了磷酸化修飾在調控FLS2與BAK1異源二聚體進入膜筏微區過程中的關鍵作用，進而影響植物免疫的新機制。這一發現不僅豐富了我們對植物免疫調控網絡的認識，也為未來相關領域的研究提供了新的思路和方向。
為了闡明FLS2的Serine-938磷酸化位點在調控免疫應答中的具體作用機制，本研究選取了FLS2去磷酸化和磷酸化的轉基因擬南芥植株為研究對象，通過單顆粒追蹤技術，并輔以降維聚類UMAP技術，發現Serine-938磷酸化位點的狀態顯著影響flg22誘導的FLS2擴散動力學和停留時間。此外，借助熒光共振能量轉移-熒光壽命顯微成像 (FRET-FLIM) 技術、Tesseler技術、單分子蛋白接近指數 (smPPI) 和皮爾森共定位系數分析等先進技術，發現Serine-938磷酸化位點并未影響激活的FLS2與BAK1的異源寡聚化過程，卻顯著影響FLS2與AtRem1.3的共定位程度，這一發現不僅證明了FLS2的磷酸化發生在FLS2/BAK1異源二聚體形成之后，還揭示了Serine-938磷酸化位點在促進FLS2/BAK1高效分選至AtRem1.3相關膜微域中的關鍵作用。
細胞膜蛋白的胞吞作用在細胞對外界環境脅迫信號進行響應中扮演著至關重要的角色。本研究借助活細胞共聚焦顯微技術和熒光相關光譜技術(FCS)，并結合生化實驗Western Blot方法，深入探究了Serine-938磷酸化對FLS2誘導型胞吞作用的調控機制。研究結果顯示，Serine-938磷酸化不僅對FLS2的誘導型胞吞作用具有顯著的促進作用，而且通過對植物免疫反應的一系列關鍵指標進行檢測，發現這一磷酸化過程能夠顯著增強flg22誘導的免疫反應。
綜上所述，該研究不僅揭示了FLS2的Serine-938磷酸化位點在促進FLS2/BAK1異源二聚體進入功能性AtRem1.3相關的膜微域中的關鍵作用，還闡明了其在激活flg22誘導的胞吞作用及免疫反應調控機制中的重要地位。這一發現為深入理解植物免疫系統的精細調控網絡提供了新的視角，并有望為未來相關領域的研究與應用提供理論支持。
北京林業大學生物科學與技術學院崔亞寧副教授和博士研究生錢虹萍為該文共同第一作者，北京林業大學林金星教授為通訊作者。博士研究生徐昌文，碩士研究生尹金環、羅鵬云參與了該研究工作。團隊青年教師張曦博士、李曉娟教授，以及河北農業大學的玉猛副教授，中國農業科學院的蘇泊丹博士參與指導了該研究工作。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研究計劃、北京市科技新星等項目的資助。
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