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來自清華大學生物膜與膜生物工程國家重點實驗室,北京大學,羅氏制藥等處的研究人員揭示脫落酸受體研究新進展,他們在之前研究的基礎上,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。這一研究成果公布在《Molecular Cell》雜志上。
文章的通訊作者是清華大學新生派實力“干將”顏寧教授,她早年畢業于清華大學生物系,2004年獲得普林斯頓大學博士學位,2007年回國,任清華大學醫學院擔任教授,曾獲得Science 和GE Healthcare評選的2005年“青年科學家獎”(北美地區)。近年來其研究組在結構生物學方面進行了多項研究,取得了一系列突出的研究成果。
脫落酸(Abscisic Acid),簡稱ABA,是植物體內zui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,Science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*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。這一系列對于ABA受體發現并鑒定的工作入選2009年Science評選的該年度“科學進展”。
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,顏寧*的研究組對PYL家族進行了系統和深入的研究。近期這一研究組又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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