脫落酸（Abscisic acid，ABA）是植物應(yīng)對非生物脅迫的關(guān)鍵激素。當(dāng)植物受到干旱、鹽等非生物脅迫時，會迅速積累ABA，從而激活抗逆反應(yīng)；當(dāng)環(huán)境改善時，ABA會降低到基礎(chǔ)水平，利于植物生長。ABA在維管組織合成后運輸?shù)竭_功能部位發(fā)揮生理功能。目前已報道了多個ABA的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，鮮有關(guān)于ABA運輸過程中的特異識別與跨膜轉(zhuǎn)運的分子機制研究。

9月4日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張鵬研究組等在《自然-植物》（Nature Plants）上，在線發(fā)表了題為Cryo-EM structure and molecular mechanism of abscisic acid transporter ABCG25的研究論文。該研究揭示了ABCG25特異識別和跨膜轉(zhuǎn)運ABA的分子機制。

擬南芥（Arabidopsis thaliana，At）ABCG25（AtABCG25）是首個鑒定的ABA轉(zhuǎn)運蛋白，屬于ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族，水解ATP驅(qū)動ABA從胞質(zhì)到胞外的跨膜轉(zhuǎn)運?？蒲腥藛T建立了非洲爪蟾卵母細胞轉(zhuǎn)運實驗體系，驗證了AtABCG25外向轉(zhuǎn)運ABA的活性。該研究通過異源表達純化了AtABCG25蛋白，在體外重構(gòu)了跨膜轉(zhuǎn)運過程的不同狀態(tài)，并利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了AtABCG25處于不同構(gòu)象狀態(tài)的三維結(jié)構(gòu)，即朝向細胞內(nèi)的apo構(gòu)象（AtABCG25^inward-apo）、結(jié)合底物ABA的構(gòu)象（AtABCG25^inward-ABA）、朝向細胞外結(jié)合ATP/Mg²⁺的構(gòu)象（AtABCG25^outward）（圖1）。該研究通過結(jié)構(gòu)分析揭示了AtABCG25的同源二聚體結(jié)構(gòu)、ABA的結(jié)合位點和決定特異性結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸（圖2），并利用微量熱泳動技術(shù)證實了ABA的特異結(jié)合。

該工作通過比較AtABCG25的不同構(gòu)象以及突變體轉(zhuǎn)運過程分析，揭示了AtABCG25跨膜轉(zhuǎn)運ABA的動態(tài)過程，提出了ABCG25介導(dǎo)ABA跨膜轉(zhuǎn)運的分子過程模型——“gate-flipper”模型（圖3）。該研究揭示了植物激素ABA特異識別和跨膜轉(zhuǎn)運的分子機理，為植物ABC轉(zhuǎn)運蛋白的底物識別與轉(zhuǎn)運機制研究提供了參考。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。非洲爪蟾卵母細胞轉(zhuǎn)運實驗得到分子植物卓越中心王永飛研究組的協(xié)助。電鏡數(shù)據(jù)收集和蛋白/底物樣品分析得到復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心和分子植物卓越中心公共技術(shù)服務(wù)中心的支持。

論文鏈接

圖1.?AtABCG25處于不同構(gòu)象的三維結(jié)構(gòu)

圖2.?AtABCG25特異性結(jié)合ABA

圖3.?ABCG25跨膜轉(zhuǎn)運ABA的分子過程模型

來源： 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心