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揭示脫落酸受體研究獲新進展

日期:2011-06-15 08:32:56

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脫落酸(Abscisic Acid),簡稱ABA,是植物體內最重要的植物激素分子之一,它具有控制氣孔關閉、影響種子發芽等重要的生理功能,對于保護植物對抗逆境具有至關重要的作用。ABA受體的研究近年來獲得了廣泛關注。2009年4月,《科學》雜志同期發表了兩個研究組的獨立成果,他們發現了同一家族蛋白PYR/PYL/RCAR(PYLs)是ABA的潛在受體。半年之后,包括清華大學顏寧教授領導的科研小組在內的來自中國、美國、日本、歐洲的五個研究組幾乎同時報道了有關ABA受體的結構生物學研究,證實了PYL家族蛋白是ABA的直接受體,并揭示了ABA調控PYL蛋白抑制下游PP2C的分子機制。
 
PYL蛋白家族在擬南芥中共有14個序列比較保守的成員。自2009年以來,清華大學生命科學學院顏寧領導的研究組對PYL家族進行了系統和深入的研究。2011年6月10日,該研究組在《分子細胞》(Molecular Cell)發表了題為“The molecular basis of ABA-independent inhibition of PP2Cs by a subclass of PYL proteins”的研究論文,通過結構生物學和系統的生物化學分析鑒定出一類不依賴于ABA即可對下游PP2C進行抑制的PYL亞家族,并且揭示了它們獨立于ABA行使功能的分子機理。這一發現提供了對PYL家族蛋白依據結構和功能的重新分類。
 
在這篇論文中,研究小組對可以體外重組獲得的PYL家族的10個成員進行了系統的生物化學分析,發現不同PYL蛋白抑制下游4個不同PP2C具有顯著的特異性,從而為理解PYL家族的冗余性提供了重要的分子基礎。更為重要的是,她們發現這些蛋白在信號通路中的作用機制并不相同。其中一類蛋白(以PYL10為代表的PYL4-10)在沒有ABA的情況下就可以比較有效地抑制下游PP2C的去磷酸化酶的活性,而另外一類(PYR1和PYL1-3)則嚴格依賴于ABA行使功能。進一步的分子機理研究發現,ABA非依賴性PYL在溶液中以monomer(單體)形式存在;而依賴性蛋白則以dimer(二聚體)形式存在,這一發現驗證了她們在2009年提出的關于二聚體的存在形式對PYL蛋白有負調節作用的假想。研究小組還進一步發現單體是ABA非依賴性的必要非充分條件,若要使PYL具有ABA非依賴性,該蛋白門控區(CL2 switch loop)的附近還必須有比較大的疏水氨基酸以吸引CL2閉合。這一發現進一步驗證了該研究組在2010年針對PYL識別ABA及其類似小分子的結構機理而提出的化學原則。
 
ABA非依賴性PYL蛋白亞家族的發現為進一步理解ABA的信號傳導以及植物抗逆性的調控提供了重要線索。

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