脫落酸（Abscisic acid，ABA）是植物應對非生物脅迫的關鍵激素。當植物受到干旱、鹽等非生物脅迫時，會迅速積累ABA，從而激活抗逆反應；當環(huán)境改善時，ABA會降低到基礎水平，利于植物生長。ABA在維管組織合成后運輸?shù)竭_功能部位發(fā)揮生理功能。目前已報道了多個ABA的跨膜轉運蛋白，鮮有關于ABA運輸過程中的特異識別與跨膜轉運的分子機制研究。

9月4日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心張鵬研究組等在《自然-植物》（Nature Plants）上，在線發(fā)表了題為Cryo-EM structure and molecular mechanism of abscisic acid transporter ABCG25的研究論文。該研究揭示了ABCG25特異識別和跨膜轉運ABA的分子機制。

擬南芥（Arabidopsis thaliana，At）ABCG25（AtABCG25）是首個鑒定的ABA轉運蛋白，屬于ABC轉運蛋白家族，水解ATP驅動ABA從胞質到胞外的跨膜轉運?？蒲腥藛T建立了非洲爪蟾卵母細胞轉運實驗體系，驗證了AtABCG25外向轉運ABA的活性。該研究通過異源表達純化了AtABCG25蛋白，在體外重構了跨膜轉運過程的不同狀態(tài)，并利用單顆粒冷凍電鏡技術解析了AtABCG25處于不同構象狀態(tài)的三維結構，即朝向細胞內(nèi)的apo構象（AtABCG25^inward-apo）、結合底物ABA的構象（AtABCG25^inward-ABA）、朝向細胞外結合ATP/Mg²⁺的構象（AtABCG25^outward）（圖1）。該研究通過結構分析揭示了AtABCG25的同源二聚體結構、ABA的結合位點和決定特異性結合的關鍵氨基酸（圖2），并利用微量熱泳動技術證實了ABA的特異結合。

該工作通過比較AtABCG25的不同構象以及突變體轉運過程分析，揭示了AtABCG25跨膜轉運ABA的動態(tài)過程，提出了ABCG25介導ABA跨膜轉運的分子過程模型——“gate-flipper”模型（圖3）。該研究揭示了植物激素ABA特異識別和跨膜轉運的分子機理，為植物ABC轉運蛋白的底物識別與轉運機制研究提供了參考。

研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持。非洲爪蟾卵母細胞轉運實驗得到分子植物卓越中心王永飛研究組的協(xié)助。電鏡數(shù)據(jù)收集和蛋白/底物樣品分析得到復旦大學、中國科學院生物與化學交叉研究中心和分子植物卓越中心公共技術服務中心的支持。

論文鏈接

圖1.?AtABCG25處于不同構象的三維結構

圖2.?AtABCG25特異性結合ABA

圖3.?ABCG25跨膜轉運ABA的分子過程模型

來源： 分子植物科學卓越創(chuàng)新中心