Science：中外科学家携手首次发现油菜素甾醇输出蛋白并破解它的三维结构

2024-03-26

临床研究

这项新的研究阐明了拟南芥ABCB19作为BR输出蛋白的作用，为ABC家族的研究开辟了新思路。

当你阅读这篇文章时，你的体内正有多种激素在辛勤工作，以稳定你的健康状况。正如人类一样，植物的生长和繁殖也离不开植物激素（phytohormone）的调节。其中一种植物激素是油菜素甾醇（brassinosteroid, BR），也被称为第六种植物激素。

在一项新的研究中，中国科学技术大学生命科学学院孙林峰（Sun Linfeng）教授课题组与 VIB-UGent 植物系统生物学中心的 Eugenia Russinova 教授及其团队发现了首个 BR 输出蛋白，并展示了它在底物未结合和BR结合两种状态下的结构。相关研究结果发表在2024年3月22日的Science期刊上，论文标题为“Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export”。

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来源: 生物谷

BR激素在调节植物发育和生理，包括适应环境胁迫方面发挥着关键作用。由于其经济效益高、效果显著，它们也被广泛应用于农业领域。以往对 BR 的研究已阐明了它们的合成、代谢和信号传导过程，但细胞内合成的 BR 向外输出以执行其功能的关键机制仍然未知。然而，随着这项新的研究确认了首个 BR 输出蛋白，科学家们向前迈出了一大步。

这种新发现的BR输出蛋白——ABCB19，过去通常被认为是另一种重要植物激素——生长素（auxin）的转运蛋白。然而，ABCB19 的突变体表型与典型的生长素转运蛋白并不完全一致。在此基础上，这些作者提出了一个大胆的问题：ABCB19 是否有生长素以外的底物。

这些作者寻找各种证据来验证他们的假设。他们首先测试了拟南芥 ABCB19 在不同植物激素（包括生长素和BR）作用下的 ATPase 活性。他们的结果表明，ABCB19 的 ATPase 活性可受到生物活性BR剂量依赖性的刺激，但不会受到生长素或BR生物合成前体的刺激。与此同时，他们还进行了体外和体内测试来评估 ABCB19 转运BR的情况。

首次发现神秘的BR输出蛋白

在低温电镜的帮助下，这些作者目睹了 ABC19 输出BR的过程，并确定了 ABC19 能够与BR结合的独特结构。此外，他们还进行了植物生理和遗传分析，以便确认 ABCB19 在BR信号转导中的作用。所有实验结果都表明，BR 是 ABC19 的底物。

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来源: 生物谷

植物BR激素输出和信号传导模型。图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adj4591

论文第一作者Ying Wei 说，“有一段时间我们很困惑，因为我们的实验结果与人们普遍认为的 ABC19 是一种生长素输出蛋白的观点不一致。但当发现BR也是它的底物时，我们非常激动。”这是一个非常出人意料、令人兴奋的发现。

孙教授解释说，“过去的研究更侧重于细胞水平，这可能是多年来我们忽略了BR是转运底物这一事实的原因。”这项新的研究阐明了拟南芥ABCB19作为BR输出蛋白的作用，为ABC家族的研究开辟了新思路。

Russinova 教授说，“未来的研究将揭示ABCB19活化和底物偏好的调控机制，并有望发现更多的BR输出蛋白。这些机制将帮助我们设计出更有效的策略，通过调节内源性BR的数量和分布来提高植物的生产力和抗逆性。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Wei Ying et al. Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export. Science, 2024, doi:10.1126/science.adj4591.

In a first, team identifies mysterious exporter for brassinosteroid plant hormone

https://phys.org/news/2024-03-team-mysterious-exporter-brassinosteroid-hormone.html