HSP90通过差异稳定质膜ABCB型生长素转运体调控植物极性生长运输的分子机制

本研究解决了植物ABC转运体稳定性调控机制不明的关键问题。团队通过多学科方法发现HSP90通过结合TWD1蛋白的螺旋7结构域，特异性稳定ABCB1/4/19转运体在质膜的分布，揭示了植物特有的HSP90-FKBP-ABCB分子模块通过调控生长素运输梯度赋予植物发育可塑性的新机制。

　　

在植物发育过程中，生长素（auxin）的极性运输（PAT）是形成局部浓度梯度、调控器官形成和环境适应的核心机制。这一过程主要依赖于PIN-FORMED（PIN）和ABCB两类转运蛋白家族的合作。然而，这些膜蛋白如何维持其稳定性及膜定位的分子机制长期以来缺乏深入研究。此前研究发现FK506结合蛋白TWD1（TWISTED DWARF 1）与ABCB型转运体互作，但其具体调控机制仍不明确。

为揭示ABCB转运体的调控机制，研究团队综合运用分子生物学、细胞生物学及蛋白质组学技术。关键实验包括：FRET-FLIM（荧光寿命成像）和Co-IP验证蛋白互作；烟草瞬时表达系统进行转运功能分析；拟南芥突变体表型互补；微电极技术测定生长素流；TMT标记定量蛋白质组分析膜蛋白动态；GC-MS测定内源生长素水平；抑制剂（GDA、BFA、ConcA、Wort）处理分析膜运输轨迹。

HSP90与TWD1螺旋7结构域特异性结合

研究发现细胞质热休克蛋白HSP90.1和HSP90.3与TWD1共定位并直接互作。通过结构模拟和点突变实验，证实结合位点位于TWD1的螺旋7区域（F326残基），而非传统认知的TPR结构域。该互作不影响TWD1对ABCB1转运活性的激活，但突变后导致ABCB1质膜定位减少和根尖细胞分裂异常。

ABCB1/4/19是HSP90的特异性客户蛋白

HSP90抑制剂Geldanamycin（GDA）处理显著降低ABCB1、ABCB19和ABCB4的质膜稳定性，诱导其液泡降解，而对PIN2、AUX1及其他ABC转运体无影响。蛋白质组学数据显示twd1和hsp90突变体中这三种ABCB蛋白丰度显著下降。BRET和酵母双杂交证明HSP90客户状态与TWD1结合能力严格相关。

HSP90调控生长素运输及发育可塑性

GDA处理抑制根尖生长素极性运输（66%抑制率），表型与abcb1 abcb19双突变体相似。hsp90.1和hsp90.3突变体根长缩短、向重力性异常，且根尖分生区细胞数目和大小分布紊乱。内源生长素测定显示突变体根部IAA积累，但信号输出（DII-VENUS报告系统）下降，表明运输障碍导致分布失衡。

ABCB膜定位稳定性与循环速率相关

三种ABCB对Brefeldin A（BFA）的敏感性排序为ABCB1 > ABCB19 > ABCB4，与其GDA敏感性一致。抑制剂实验揭示ABCB1/19依赖PI3K和液泡H+-ATPase进行内吞排序，而ABCB4则通过不同途径运输。TWD1- HSP90解联突变（F326K）削弱ABCB1对GDA的敏感性，证明HSP90通过TWD1决定ABCB客户特异性。

本研究首次阐明植物通过HSP90-TWD1-ABCB分子模块动态调节质膜转运体稳定性的机制。HSP90结合TWD1螺旋7域，特异性维持ABCB1/4/19的膜定位，防止其液泡降解，从而保障生长素梯度建立和细胞伸长分裂的协调性。该机制赋予植物应对环境变化的发育可塑性，且与哺乳动物CFTR/ABCC7调控模式既相似又存在 Kingdom特异性分化。研究为作物形态建成调控和抗逆育种提供了新靶点。

论文发表于《Nature Communications》，由瑞士弗里堡大学、希腊雅典农业大学等国际团队合作完成，涉及Confocal显微成像、电生理记录、蛋白质互作分析等多项前沿技术。