拟南芥ABC转运蛋白ABCB19参与油菜素甾醇外排的结构和功能

　　

 

图 拟南芥ABCB19蛋白通过激素外排作用参与油菜素甾醇信号调控

　　在国家自然科学基金项目（批准号：31870732、32322041、31900885、32321001）等资助下，中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授团队联合比利时根特大学Eugenia Russinova教授团队鉴定了植物中首个油菜素甾醇（Brassinosteroid，BR）跨膜运输蛋白，即拟南芥ABCB19蛋白，并系统阐释了该蛋白的工作机理。相关成果以“拟南芥ABC转运蛋白ABCB19参与油菜素甾醇外排的结构和功能（Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export）”为题，于2024年3月22日发表在《科学》（Science）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adj4591。

　　油菜素甾醇类激素BR被称为第六大类植物激素。它可以调控植物生长发育，还可以提高植物对干旱、盐碱等环境以及病虫害胁迫的适应性。油菜素甾醇及其人工合成类似物在农业生产中有着广泛应用，可显著提高作物产量和抗逆性。BR通过其信号通路发挥作用，此前关于其合成、代谢以及信号转导过程已经有了一定了解。BR在细胞内进行合成，但是却在细胞外被受体感知，继而引发下游信号。BR如何从细胞内被运输至细胞外发挥作用仍然未知，也是领域内亟待解决的关键科学问题。

　　拟南芥ABCB19蛋白最初被作为植物生长素转运蛋白鉴定，并被领域内广泛接受。但是孙林峰团队通过研究发现，生长素并不能像底物一样显著促进ABCB19蛋白的ATP酶活性。为此，团队建立了基于蛋白酶活性检测的底物筛选策略，意外发现在测试的多种植物激素中，油菜素甾醇能够显著促进蛋白酶活性。同时，团队建立了基于脂质体和放射性标记底物的转运体系，证明ABCB19蛋白在体外能够转运油菜素甾醇。为看清ABCB19蛋白的全貌，团队利用冷冻电镜技术解析了它的三维结构，并且直观地观察到了ABCB19蛋白是结合、“装载”BR分子的过程。并且团队与Eugenia Russinova团队深度合作，利用植物遗传学、生理学手段，证实在植物细胞内ABCB19蛋白能够向细胞外外排BR分子，并且正向调控植物的BR信号。该研究鉴定了植物中首个油菜素甾醇转运蛋白，系统揭示了其识别、运输油菜素甾醇的分子过程，将对进一步理解、利用BR激素信号服务农业生产提供更多帮助。