综合应用X射线晶体学和NMR研究植物激素ABA与受体蛋白PYL2/10结合的结构变化及动力学过程

脱落酸（ABA）是一种重要的植物激素，它在植物对外界环境压力（包括干旱、高盐分等）的自我适应与保护机制中起关键作用。更深入地理解ABA信号转导通路的分子机制，对于将来改善作物基因，提高作物产量具有重要的指导作用。2009年科学家发现PYR/PYL/RCAR家族的蛋白扮演着ABA可溶性受体的角色，并解析了其中的PYR1，PYL1和PYL2的结构。本项目将以拟南芥ABA受体蛋白PYL10为基点，利用X射线晶体衍射的方法解析其在Apo和ABA结合态的三维结构，分析PYL10在感受ABA信号以及向下游传递信号过程中的分子机理。在此基础上，我们还将应用液体核磁共振的方法，分别测量两种状态的PYL10以及PYL2的主链弛豫数据，分析对比这两个蛋白自身的动力学性质的异同，及其在结合ABA前后的不同时间尺度上的动力学变化。为进一步理解受体蛋白结合ABA之后和下游蛋白之间的相互作用提供了重要的理论依据。

首先，我们成功的克隆和表达了拟南芥的ABA（脱落酸）受体PYL2和PYL10，并得到了纯化的蛋白。经过筛选得到了apo-PYL10和ABA-PYL10的晶体，在上海光源收集到衍射数据之后，成功地解析出了这两个晶体的三维结构，其结构的分辨率分别为3.0Å和2.7Å。令人惊奇的是，我们的apo-PYL10的结构显示其处于“关闭”的构象，这与其他ABA受体（例如：PYR1，PYL1和PYL2）不同，因为他们是在结合ABA之后从“开放”构象过渡到“关闭”构象。清华大学颜宁研究组发现PYL10即使不结合ABA，也能与下游的PP2C相互作用，因此我们的处于“关闭”构象的apo-PYL10更容易解释这一现象。但是他们得到的apo-PYL10结构却是处于“开放”构象的，基于这些结果，我们提出了一个双构象动态平衡的模型来解释上述的现象。这部分的结果发表在了2012年的BBRC杂志上。. 其次，我们完成了大约60%的apo-PYL10、和大约86%的ABA-PYL10的主链化学位移的认证和归属，动力学的数据分析表明PYL10在结合ABA之后，整个结构更趋稳定。另外，我们在生化实验过程中，发现了在测定PYL10对PP2C的磷酸酶活性的影响的实验中，酶活试剂盒中BSA的存在对这个反应的测量是有影响的。. 最后，在本项目的支持下，我们还完成了一些其他课题的研究，例如大肠杆菌蛋白YgaP的硫氰酸酶结构域的溶液结构（BBRC, 2014），范可尼贫血症相关蛋白FAAP24的溶液结构（Cell Research, 2013）等。