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        首頁 > 科研進展

        中國科大等在植物激素油菜素內酯運輸領域取得重要進展

        2024-03-22 中國科學技術大學
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        語音播報

        3月22日,中國科學技術大學生命科學與醫學部孫林峰團隊聯合比利時根特大學Eugenia Russinova團隊,在《科學》(Science)上發表了題為Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export的研究論文。該研究鑒定了植物中首個油菜素甾醇(BR)跨膜運輸蛋白即擬南芥ABCB19蛋白,并闡釋了該蛋白的工作機制。這一成果推進了BR激素信號領域的研究,對剖析BR激素調控植物生長發育具有重要意義。

        油菜素甾醇類激素是繼生長素、脫落酸、細胞分裂素、乙烯和赤霉素之后發現的第六大類植物激素。這是植物中發現的第一個甾醇類激素。

        隨著BR受體以及合成酶等突變體的鑒定和發現,科研人員逐漸意識到BR在植物生長調控中的重要性,并于1996年將其列為第六大類植物激素。迄今為止,科學家至少已在植物中分離出60多種天然油菜素甾醇激素化合物。這些化合物統稱為油菜素甾醇BR。BR可以調控植物體的生長、開花和結果等,并可以提高植物對于干旱、鹽堿等環境以及病蟲害等脅迫的適應性。BR在極低濃度下可以促進植物生長,且生物活性相當高。因此BR的施用經濟實惠。只需要微量的BR處理便可以提高作物產量,增強免疫力和抗逆性。目前,BR已在農業中廣泛應用。

        BR分子通過其信號通路發揮調節作用。目前,關于BR的合成、代謝及信號轉導過程已有了一定的研究。BR在細胞內部進行生物合成,卻在細胞外被受體識別,從而引發下游信號。由于在合成過程中,BR分子被加上多個親水基團,導致其直接通過擴散作用跨越細胞膜屏障的能力下降。它如何從細胞內運輸至細胞外發揮作用?這是BR研究領域亟待解決的科學問題。

        擬南芥ABCB19蛋白最初被視作另一種重要的植物激素——生長素的轉運蛋白被鑒定,并被領域內廣泛接受。然而,它的突變體植株的表型與經典的生長素運輸蛋白突變體的表型不完全一致。前期實驗發現,生長素不能像底物一樣促進ABCB19蛋白的ATP酶活性。因此,該團隊猜測ABCB19可能具有其他運輸底物。

        為此,該團隊建立了基于ATP酶活性檢測的底物篩選策略發現,在測試的多種植物激素中,BR分子能夠促進ABCB19蛋白的ATP酶活性。同時,該團隊建立了一套基于脂質體和放射性標記底物的轉運體系,證明了ABCB19蛋白在脂質體中能夠轉運BR分子。為了看清ABCB19蛋白的樣貌,該研究利用冷凍電鏡技術解析了它的高分辨率三維結構,觀察到ABCB19蛋白如何結合、“裝載”BR分子。進一步,該合作團隊利用植物遺傳學和生理學手段,在植物細胞內證實了ABCB19蛋白能夠向細胞外外排BR分子,且正向調控植物的BR信號。這證實了ABCB19的“隱藏功能”,使得科學家重新審視這一蛋白的生理作用。

        綜上,這一成果鑒定了植物中首個BR轉運蛋白ABCB19,揭示了ABCB19識別、運輸油菜素內酯的分子過程,推進了BR信號通路的研究。未來,針對這一家族蛋白進一步的功能分析和改造,有望為探討和利用BR信號促進農業生產提供更多幫助。同時,該工作將為靶向該蛋白的小分子化合物的開發設計提供更多思路,以作為農藥和植物生長調節劑,用于農業生產、提高作物產量和抗逆性。

        研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、安徽省自然科學基金、中央高?;究蒲袠I務費專項資金及中國科大統籌推進世界一流大學和一流學科建設專項資金等的資助,并獲得教育部無膜細胞器與細胞動力學重點實驗室、合肥微尺度物質科學國家研究中心、生物醫學與健康安徽省實驗室等的支持。

        論文鏈接

        擬南芥ABCB19蛋白參與BR信號調控

        打印 責任編輯:侯茜

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