近日，绿色农药全国重点实验室（华中师范大学）杨光富教授、郝格非教授团队在国际知名杂志Nature Communications在线发表题为“Stabilization of dimeric PYR/PYL/RCAR family members relieves abscisic acid-induced inhibition of seed germination”的研究论文。该研究揭示了通过增强PYL二聚受体稳定性来拮抗脱落酸信号的全新机制，对于提高种子萌发率具有重要的意义。
植物内源性激素脱落酸（ABA）在调控植物种子萌发方面发挥关键作用。植物体内的ABA受体PYL家族蛋白包括二聚体成员（PYR1和PYL1-3）和单体成员（PYL4-13）。在非生物胁迫条件下，ABA诱导PYL蛋白与PP2C家族蛋白结合，从而释放PP2C对下游SnRK2激酶的抑制，进而激活ABA下游信号通路，抑制种子萌发。PYL二聚体成员需要ABA结合并发生解聚，才能与PP2C蛋白结合，而PYL单体成员在ABA不存在时也能部分地抑制PP2C蛋白。前期研究表明，PYL蛋白二聚成员与植物种子萌发关系紧密。然而，这些蛋白二聚体稳定性与植物种子萌发调控之间的关系尚未被揭示。
研究团队通过比较ABA二聚受体的激动构象和未结合ABA的apo构象，发现apo状态下二聚体界面处存在一个疏水性口袋。针对这一口袋，利用基于片段的药物设计和分子模拟相结合的手段，开发了潜在的二聚体稳定剂DBSA。实验表明DBSA能选择性与ABA二聚受体结合，拮抗ABA诱导的二聚PYL对PP2C蛋白家族成员HAB1的抑制。对于野生型和单体多缺失型拟南芥，DBSA能够拮抗ABA引起的种子萌发抑制，而对于单体过表达型拟南芥，DBSA的拮抗效果消失。团队解析了DBSA与PYL1的复合物晶体结构，证明了DBSA结合到PYL1二聚体结合界面处，且结合了DBSA的PYL1维持在apo构象。蛋白聚集状态分析发现ABA可以使PYR1二聚体解聚，而加入DBSA可以阻控这一现象。
分子动力学模拟研究表明，DBSA可能通过在二聚体界面处形成氢键网络稳定二聚体。DBSA是首个具有选择性的PYL二聚体小分子稳定剂，其拮抗种子萌发的机制与已报道的ABA受体拮抗剂完全不同。这一发现，揭示了通过化学分子调控ABA受体二聚体稳定性拮抗ABA信号通路的新分子机制，为提高种子萌发效率提供了全新思路。
本研究得到了国家杰出青年科学基金项目的支持，华中师范大学化学学院2019级王志正博士、南方科技大学曹民杰研究员、华中农业大学闫俊杰研究员和华中师范大学化学学院2020级董进博士为本文的共同第一作者。化学学院杨光富教授，郝格非教授与南方科技大学朱健康院士为共同通讯作者，绿色农药全国重点实验室（华中师范大学）为第一通讯单位。
