茉莉酸作为一种关键的植物激素，在植物抵御生物与非生物胁迫反应中扮演着重要角色，并参与调控植物的生长发育过程。茉莉酸的合成始于植物的叶绿体，并在过氧化物酶体、液泡等细胞器中完成后续的修饰与代谢过程，最终被运送至细胞核内发挥其生物学功能。在这个过程中，跨膜转运蛋白对于茉莉酸及其前体或衍生物的移动至关重要。在模式植物拟南芥中，ABCG16/JAT1是一种定位于质膜和核膜上的ABC家族成员，已有研究表明它能促进茉莉酸的跨膜运输，并且可能参与脱落酸的跨膜运输。不过，关于茉莉酸如何被这些转运蛋白特异性识别并运输的具体分子机制，之前尚未完全明确。
本研究采用非洲爪蟾卵母细胞表达系统进行实验，证实了AtABCG116能够有效地介导茉莉酸从细胞内向细胞外的运输，而不影响脱落酸的运输。研究人员还通过异源表达、蛋白纯化以及使用多种ATP类似物，成功在体外重建了AtABCG16在跨膜运输过程中的不同状态，并利用单粒子冷冻电子显微镜技术解析了AtABCG16处于不同构象下的高分辨率三维结构，包括面向细胞内部的无配体构象、结合茉莉酸的构象、封闭构象以及面向细胞外部的后运输构象。
通过对AtABCG16的三维结构进行分析，研究者们揭示了该蛋白形成的同源二聚体结构、茉莉酸的特异性结合位点以及决定底物特异性结合的关键氨基酸残基。此外，他们还通过非洲爪蟾卵母细胞转运体系和拟南芥应对胁迫处理的实验，进一步验证了这些氨基酸残基在茉莉酸结合和转运过程中的重要作用。研究还发现，AtABCG16的底物结合口袋形状不允许脱落酸的结合，这解释了为何AtABCG16不能转运脱落酸。
研究团队通过对AtABCG16不同构象状态的对比分析，观察到该蛋白在细胞质一侧存在两个独立的底物进入通道，它们各自连接到一个底物结合口袋，并与由二聚体构成的跨膜转运通道相连。其中，两个特定的芳香族氨基酸Y494和F608分别位于底物进入通道和跨膜转运通道中，负责调控这两个通道的开关状态。这种独特的结构特性表明，AtABCG16的跨膜转运机制与其他已知的ABC转运蛋白有所不同。基于上述结构和生化分析结果，研究团队提出了一个描述AtABCG16如何介导茉莉酸跨膜转运的工作模型。
此研究不仅阐明了AtABCG16特异性识别并跨膜转运茉莉酸的分子机制，解决了先前有关AtABCG16底物选择性的争议，同时也为理解ABC转运蛋白家族的跨膜转运机制提供了新的视角。
该项目得到了国家自然科学基金委员会与中国科学院的资助和支持。
