脱落酸跨膜转运分子机制的研究

Abscisic acid (ABA) is a phytohormone that plays a critical role in the growth and development as well as stress response in plants. Investigation of the ABA signaling pathway is of great interest to both basic research and potential applications. The molecular mechanism underlying ABA perception and signal transduction has been largely elucidated owing to the rigorous multi-disciplinary studies in the past few years. It was identified that the PYL family proteins are cellular ABA receptors. PYLs, upon ABA binding, undergo conformational changes that result in physical association and inhibition of the phosphatase activities of PP2Cs, an event that relieves PP2Cs-mediated inhibition of the downstream kinases, SnRK2.2/3/6. Subsequently, the auto-phosphorylated SnRK2s activate the transcriptional factors that induce the expression of ABA-responsive genes. Despite the advancement in the understanding of ABA signal transduction, it remains elusive how ABA is efficiently transported across the membrane. ABA is synthesized in the vascular parenchyma cells. It requires efficient transport system to function in different cell types. Since 2010, a number of proteins including ABCG25, ABCG40, and AIT1 have been identified as ABA transporters. According to these studies, ABA can be transported out of the parenchyma cells by ABCG25, and imported into other cells by ABCG40 and AIT1. In order to gain a mechanistic understanding of membrane transport of ABA, we plan to combine structural biology, biochemistry, and bioinformatics to elucidate the structures of one or more of the ABA transporters and elucidate their working mechanisms including substrate selection, conformational changes, and the energy coupling involved in the transport of ABA across lipid bilayer.

脱落酸（abscisic acid，ABA）是调控植物生长发育和应激反应最重要的几种激素之一，对植物的正常生理活动以及对抗逆境具有至关重要的作用。因此，关于ABA代谢与信号传导的研究具有广泛的基础意义和应用价值。研究表明，ABA能够结合受体蛋白PYLs，进而抑制PP2Cs的去磷酸化酶活性，从而解除PP2Cs对SnRKs激酶活性的抑制，引起ABA效应，促进气孔关闭及抑制种子萌芽。然而，ABA是如何被高效地跨膜运输，仍有待研究。自2010年以来的研究发现，ABA可以被ABCG25转运出维管束薄壁细胞，被ABCG40和AIT1转运至细胞内。然而，对于ABCG25、ABCG40和AIT1的研究刚刚起步。对于它们识别ABA的特异性、作用机制、动力来源等还需要进一步研究。我们计划依托于本实验室在膜蛋白结构生物学研究的优势，拟利用结构生物学、生物化学及生物信息学方法，对ABA跨膜转运的机制进行研究。

脱落酸（abscisic acid，ABA）是调控植物生长发育和应激反应最重要的几种激素之一，对植物的正常生理活动以及对抗逆境具有至关重要的作用。因此，关于ABA代谢与信号传导的研究具有广泛的基础意义和应用价值。研究表明，ABA能够结合受体蛋白PYLs，进而抑制PP2Cs的去磷酸化酶活性，从而解除PP2Cs对SnRKs激酶活性的抑制，引起ABA效应，促进气孔关闭及抑制种子萌芽。然而，ABA是如何被高效地跨膜运输，仍有待研究。自2010年以来的研究发现，ABA可以被ABCG25转运出维管束薄壁细胞，被ABCG40和AIT1转运至细胞内。然而，对于ABCG25、ABCG40和AIT1的研究刚刚起步。对于它们识别ABA的特异性、作用机制、动力来源等还需要进一步研究。我们计划依托于本实验室在膜蛋白结构生物学研究的优势，拟利用结构生物学、生物化学及生物信息学方法，对ABA跨膜转运的机制进行研究。.2013年10月，我们在Cell Research上发表研究论文，通过结构生物学和生物化学分析揭示了拟南芥中ABA（脱落酸）受体家族成员PYL13不依赖ABA特异地抑制PP2CA的分子机制。2014年4月，Stefan等人在PNAS杂志上发表研究论文称，拟南芥ABA受体家族成员PYL13是一个受ABA调控的受体，与我们的研究结果存在一定的矛盾。.近期，我们进一步深入地研究了ABA受体PYL13及其水稻同源蛋白OsPYL12的性质；并通过定点突变的方法将拟南芥家族同源蛋白PYL9的活性位点突变为PYL13对应的氨基酸残基，对突变体PYL9M进行研究。体外实验表明PYL13、OsPYL12、PYL9M均无法结合ABA，验证了我们2013年的实验结论，分析认为，Stefan等人的实验结论可能未排除其它因素的影响。但因时间较为仓促，以上实验数据正在整理中、稿件也在撰写中。