擬南芥ABC轉運蛋白ABCB19參與油菜素甾醇外排的結構和功能

　在國家自然科學基金項目（批準號：31870732、32322041、31900885、32321001）等資助下，中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部孫林峰教授團隊聯(lián)合比利時根特大學Eugenia Russinova教授團隊鑒定了植物中首個油菜素甾醇（Brassinosteroid，BR）跨膜運輸?shù)鞍祝磾M南芥ABCB19蛋白，并系統(tǒng)闡釋了該蛋白的工作機理。相關成果以“擬南芥ABC轉運蛋白ABCB19參與油菜素甾醇外排的結構和功能（Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export）”為題，于2024年3月22日發(fā)表在《科學》（Science）雜志上，論文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adj4591。

　　油菜素甾醇類激素BR被稱為第六大類植物激素。它可以調控植物生長發(fā)育，還可以提高植物對干旱、鹽堿等環(huán)境以及病蟲害脅迫的適應性。油菜素甾醇及其人工合成類似物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應用，可顯著提高作物產(chǎn)量和抗逆性。BR通過其信號通路發(fā)揮作用，此前關于其合成、代謝以及信號轉導過程已經(jīng)有了一定了解。BR在細胞內(nèi)進行合成，但是卻在細胞外被受體感知，繼而引發(fā)下游信號。BR如何從細胞內(nèi)被運輸至細胞外發(fā)揮作用仍然未知，也是領域內(nèi)亟待解決的關鍵科學問題。

擬南芥ABCB19蛋白最初被作為植物生長素轉運蛋白鑒定，并被領域內(nèi)廣泛接受。但是孫林峰團隊通過研究發(fā)現(xiàn)，生長素并不能像底物一樣顯著促進ABCB19蛋白的ATP酶活性。為此，團隊建立了基于蛋白酶活性檢測的底物篩選策略，意外發(fā)現(xiàn)在測試的多種植物激素中，油菜素甾醇能夠顯著促進蛋白酶活性。同時，團隊建立了基于脂質體和放射性標記底物的轉運體系，證明ABCB19蛋白在體外能夠轉運油菜素甾醇。為看清ABCB19蛋白的全貌，團隊利用冷凍電鏡技術解析了它的三維結構，并且直觀地觀察到了ABCB19蛋白是結合、“裝載”BR分子的過程。并且團隊與Eugenia Russinova團隊深度合作，利用植物遺傳學、生理學手段，證實在植物細胞內(nèi)ABCB19蛋白能夠向細胞外外排BR分子，并且正向調控植物的BR信號。該研究鑒定了植物中首個油菜素甾醇轉運蛋白，系統(tǒng)揭示了其識別、運輸油菜素甾醇的分子過程，將對進一步理解、利用BR激素信號服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多幫助。

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