继发Science后,中科大团队在植物科学一区Top期刊发表研究成果!在植物激素油菜素甾醇运输领域新发现

学术   2024-11-07 17:21   广东  


Abstract

摘 要

2024年3月22日,中国科学技术大学孙林峰团队在第六大植物激素——油菜素内酯的运输领域取得突破性进展。详阅:重磅!刚刚,我国植物学领域再发Science!填补领域空白!

2024年11月4日,中科大孙林峰/刘欣/谭树堂和比利时根特大学Eugenia Russinova团队合作,在Plant communications在线发表题为“Structural insights into brassinosteroid export mediated by the Arabidopsis ABC transporter ABCB1”的研究论文,揭示了拟南芥ABCB1运输植物激素油菜素甾醇的分子机制。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101181





研究背景



作为植物体内唯一的甾醇类激素,油菜素甾醇(brassinosteroids, BRs)参与调节了植物诸多生长和发育过程。BR信号通路起始于活性BR分子与膜受体复合物的胞外域结合, 而胞内合成的BR分子如何外排至胞外起始信号转导的过程一直存在疑问。2024年3月,孙林峰与Russinova团队合作鉴定了植物首个BR运输蛋白,即拟南芥ABCB19,并与其同源蛋白ABCB1一起正向调节BR信号,填补了BR激素信号研究领域的关键空白(Science, DOI: 10.1126/science.adj4591)。ABCB1是否也可以运输BR分子,机制与ABCB19有何不同,这些问题有待进一步研究。



研究内容



在本文中,团队针对拟南芥ABCB1,首先利用基于ATP水解活性的底物筛选实验发现,活性BR分子可以诱导拟南芥ABCB1蛋白的酶活上升。随后,通过基于放射性同位素标记底物的体外脂质体转运与基于荧光标记底物的植物原生质体转运实验,进一步验证了ABCB1蛋白可以转运BR分子。为了探究底物运输的分子机制,团队利用冷冻电镜技术解析了ABCB1单独的,以及结合BR分子的不同结构,对比了与ABCB19在结构和底物识别方面的差异。区别于ABCB19蛋白,ABCB1缺少了在ABCB19结构中发现的调控结构域(R-domain),推测可能具有不同的转运活性调节机制。底物结合模式方面,ABCB1和ABCB19以保守的氨基酸残基参与BR相互作用,并进一步回答了为何二者只能识别、运输成熟的、具有生物活性的BR分子,而不是合成前体。这为我们进一步理解BR的识别模式,以及鉴定不同物种中参与BR运输的ABC蛋白成员奠定了基础。另外,不同于之前解析的ABCB19与BR结合的复合体结构,BR分子的结合诱导了ABCB1蛋白跨膜区域的部分螺旋产生了构象改变,处于转运的中间态,为理解BR的运输过程提供了更多结构基础。综上,本文研究成果进一步丰富了我们对于油菜素甾醇运输过程的认识,帮助我们重新审视ABCB1和ABCB19的激素运输功能,为未来深入研究油菜素甾醇信号作用过程以及生长素与油菜素甾醇的信号交互奠定了基础。

图. ABCB1与ABCB19的结构比较以及参与BR识别的关键氨基酸位点



作者简介



中国科学技术大学生命科学与医学部博士生魏宏应伟与比利时根特大学在读博士生Heyuan Zhu为本论文的共同第一作者。中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授、刘欣副教授、谭树堂教授和比利时根特大学Eugenia Russinova教授为论文的共同通讯作者。根特大学Hilde JanssensJohan M. WinneQian Ma,捷克科学院和帕拉茨基大学Miroslav Kvasnica,奥地利ISTA研究所Jiří Friml教授,以及中科大冷冻电镜中心高永翔博士参与了该项研究工作,并提供了重要帮助。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项基金(B类)、合肥综合性国家科学中心大健康研究院前沿交叉科学与生物医学研究所项目基金、安徽省自然科学基金、中央高校基础科研业务费专项资金及中国科学技术大学统筹推进世界一流大学和一流学科建设专项资金等项目的资助,并受到了教育部无膜细胞器与细胞动力学重点实验室、合肥微尺度物质科学国家研究中心、生物医学与健康安徽省实验室等的大力支持。

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