小肽是植物分泌的一类调控生长、防御反应及适应环境变化的重要信号分子。动物中催产素、血管加压素等依赖单一分子内二硫键维持活性构象的小肽已被广泛认知，植物中是否存在依赖类似机制的信号分子还缺乏系统的探索。SCREW是一类近期被鉴定的植物分泌小肽，成熟体序列中包含两个半胱氨酸，能够通过受体NUT调节植物免疫应答和气孔运动。此前尚不明确SCREW是否依赖其分子内唯一的二硫键来执行功能，以及它如何引导共受体BAK1组装成信号复合物。揭示这一信号识别与受体激活的分子机制，对于理解植物免疫调控网络、推动抗病抗旱分子设计育种具有重要科学意义。

针对上述科学问题，植物所汪小全/肖裕研究团队联合北京大学现代农业研究院侯书国团队，以NUT–SCREW2–BAK1信号通路为研究对象，系统开展了结构、功能与进化研究。研究团队通过异源表达获得NUT与BAK1的胞外LRR结构域，并利用化学合成的SCREW2小肽在体外成功组装出NUT^LRR-SCREW2-BAK1^LRR三元免疫复合物，进一步采用冷冻电镜技术解析了其3.48 Å分辨率的三维结构。结构显示，SCREW2借助其分子内单一二硫键折叠成一个柔性环状构象，像“分子胶水”一样促使NUT^LRR与BAK1^LRR发生异源二聚，最终形成一个稳定的三元信号复合体。

进一步的功能实验显示，无论是天然氧化状态下生成二硫键的SCREW2，还是化学合成并保留二硫键的SCREW2，在激活MAPK通路和结合NUT^LRR方面均表现出相近的活性；而经还原处理后其功能显著削弱，无法形成二硫键的突变体SCREW2^CC/SS则完全失去活性。基于结构信息，研究团队进一步定位了NUT识别SCREW2所依赖的关键氨基酸位点，以及BAK1^LRR中位于小肽结合中心的核心位点T52。对这些位点进行定点突变可显著阻断下游信号传导。此外，研究团队对38种代表性植物的LRR-RLK第XI亚家族成员开展了进化分析，鉴定出一个包含127个成员的NUT进化枝。分析显示，NUT最早出现于裸子植物，在被子植物中经历了显著扩张，并进一步阐明了单子叶与双子叶植物间DEP/SCREW信号通路的物种特异性。研究还在拟南芥中鉴定出31个潜在的单二硫键小肽成员，为后续小肽功能与受体识别研究提供了基础。

综上所述，该研究从分子层面阐明了SCREW2依赖单一二硫键被NUT识别并诱导共受体BAK1结合的信号激活机制，证实了单二硫键分泌小肽在植物中普遍存在但长期被忽视的重要调控作用，为作物抗逆的分子设计育种提供了理论支撑和候选靶标。

该研究成果于5月25日发表于国际学术期刊Plant Communications。植物所博士研究生白一凡、魏培，北京大学现代农业研究院王丽君助理研究员、迟程研究员为论文共同第一作者，植物所肖裕研究员、北京大学现代农业研究院侯书国研究员、植物所汪小全研究员及余锦芳助理研究员为共同通讯作者。西湖大学韩志富研究员为研究提供了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院人才计划、山东省自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2026.101932

单一二硫键介导的NUT^LRR-SCREW2-BAK1^LRR三元免疫复合物的组装机制