【Nat Plants背靠背】 竞争激烈！国内两个课题组同时揭示植物ABA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。

近日，Nature Plants杂志在线发表了两篇解析植物激素脱落酸跨膜转运体ABCG25蛋白的分子机制文章，该两篇文章分别来自国内两个课题组，具体如下：

1.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。

2. 中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授团队在Nature Plants杂志上发表了题为“Structural basis for abscisic acid efflux mediated by ABCG25 in Arabidopsis thaliana”的研究论文，该文同样报道了植物中首个脱落酸外排蛋白ABCG25单独的、与底物脱落酸结合的，以及与ATP结合的高分辨率结构，并结合生化功能实验阐释了ABCG25蛋白的工作机制。

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。

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

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

来源：CEMPS

转自：“iPlants”微信公众号

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