Nature Plants | 张鹏研究组揭示植物激素脱落酸跨膜转运的分子机制

脱落酸（Abscisic acid，ABA）是植物应对非生物胁迫的关键激素。当受到干旱、盐等非生物胁迫时，植物会迅速积累ABA，从而激活抗逆反应；而当环境改善时，ABA会降低到基础水平，利于植物生长。ABA在维管组织合成，之后运输到达功能部位发挥生理功能。目前已经报道了多个ABA的跨膜转运蛋白，但是对于ABA运输过程中的特异识别与跨膜转运的分子机制缺少了解。

（Annual Review of Plant Biology. 2023, 74:453-479）

2023年9月4日，国际学术期刊Nature Plants在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究组合作完成的题为“Cryo-EM structure and molecular mechanism of abscisic acid transporter ABCG25”的研究论文，揭示了ABCG25特异识别和跨膜转运ABA的分子机制。

拟南芥（Arabidopsis thaliana，At）ABCG25（AtABCG25）是首个鉴定的ABA转运蛋白，属于ABC转运蛋白家族，水解ATP驱动ABA从胞质到胞外的跨膜转运。研究人员建立了非洲爪蟾卵母细胞转运实验体系，验证了AtABCG25外向转运ABA的活性。通过异源表达纯化了AtABCG25蛋白，在体外重构了跨膜转运过程的不同状态，并利用单颗粒冷冻电镜技术解析了AtABCG25处于不同构象状态的三维结构：朝向细胞内的apo构象（AtABCG25inward-apo）与结合底物ABA的构象（AtABCG25inward-ABA）、朝向细胞外结合ATP/Mg2+的构象（AtABCG25outward）（图1）。

图1. AtABCG25处于不同构象的三维结构

结构分析揭示了AtABCG25的同源二聚体结构、ABA的结合位点和决定特异性结合的关键氨基酸（图2），并利用微量热泳动技术证实了ABA的特异结合。

图2. AtABCG25特异性结合ABA

通过比较AtABCG25的不同构象，以及突变体转运过程分析，揭示了AtABCG25跨膜转运ABA的动态过程，提出了ABCG25介导ABA跨膜转运的分子过程模型--“gate-flipper”模型（图3）。本研究不仅揭示了植物激素ABA特异识别和跨膜转运的分子机理，而且为植物ABC转运蛋白的底物识别与转运机制研究提供了重要参考。

图3. ABCG25 跨膜转运ABA的分子过程模型

中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究组2023年毕业研究生黄小伟博士、助理研究员张雪博士为论文的第一作者；张鹏研究员、复旦大学生物医学研究院陈振国研究员为共同通讯作者。非洲爪蟾卵母细胞转运实验得到了本所王永飞研究组的大力协助。电镜数据收集和蛋白/底物样品分析得到了复旦大学、中国科学院生物与化学交叉研究中心和中国科学院分子植物科学卓越创新中心公共技术服务中心的支持和帮助。本研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院先导项目的资助。

来源：中国科学院分子植物卓越中心

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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