本报讯  9月4日，中国科大生命科学与医学部孙林峰教授团队在《自然·植物》上发表研究论文，报道植物中首个脱落酸外排蛋白ABCG25单独的、与底物脱落酸结合的，以及与ATP结合的高分辨率结构，并结合生化功能实验阐释ABCG25蛋白的工作机制，加深人们对脱落酸运输和信号传导过程的理解。

脱落酸(ABA)在植物生长发育过程中起着至关重要的作用，如调节种子萌发和休眠、根生长、气孔关闭和叶片衰老等。同时，脱落酸也是植物适应各种非生物或生物胁迫的关键激素。自20世纪60年代ABA被首次发现以来，其信号通路受到广泛研究，确定了关键的ABA受体、调控因子及其相互作用网络。局部ABA的浓度对于启动信号级联及其作用发挥至关重要，并受到运输途径的严格调控。研究发现，植物中同时存在ABA的短距离和长距离运输过程，包括根和叶片中ABA的局部分布，以及根-茎尖、茎尖-根、叶片-种子等的长距离运输。ABA的运输过程也受到越来越多的关注。位于细胞膜上的转运蛋白是ABA外排过程所必需的。此前已经鉴定了包括ABCG25在内的多个ABA跨膜转运蛋白，但是仍然缺乏分子机制方面的阐释。

该研究中，孙林峰团队针对ABCG25展开研究。ABCG25是第一个通过ABA敏感表型遗传筛选被鉴定出的ABA外排蛋白。它主要在维管组织中表达，也在胚乳中表达，与另一种ABA外排基因ABCG31一起，将ABA从胚乳输出到胚中，调节种子萌发等。团队首先建立了一套基于放射性同位素和昆虫Sf9细胞的ABA外排功能检测的生化体系，证明了ABCG25具有ABA外排活性。此外，团队还测定了ABCG25蛋白水解ATP的酶活，发现其本底酶活很高，并可以被底物ABA进一步促进。在功能分析的同时，团队利用冷冻电镜单颗粒重构技术，成功解析了ABCG25蛋白单独的（apo-form），与底物ABA结合，以及与ATP结合的三个高分辨率结构。ABCG25蛋白形成了同源二聚体，呈现经典的ABC转运蛋白超家族的结构特点，每个单体由跨膜结构域TMD和核苷酸结合结构域NBD组成。在apo-form和ABA结合状态下，整体结构采取朝向细胞内侧开放的构象，两个跨膜结构域TMD之间形成一个向内开口的锥形空腔。在底物ABA结合的结构中，ABA分子结合在该空腔中。而在ATP结合的结构中，核苷酸的结合导致ABCG25蛋白的两个NBD相互靠近并关闭，构象变化通过NBD的E-helix和TMD的CnH、CpH形成的三螺旋束传递到TMD。跨膜螺旋的位移导致挤压底物结合空腔，推动底物分子进行移位，胞外侧闸门瞬间打开，底物释放到胞外。

通过结构分析，团队鉴定了参与ABA结合的关键氨基酸残基，并结合转运实验和酶活性检测，验证了这些氨基酸残基对于脱落酸结合和转运过程的影响，并提出了ABCG25介导脱落酸外排的机制模型。综上，该研究阐释了ABCG25识别、运输脱落酸的工作过程，为进一步理解植物脱落酸信号通路奠定了重要基础。

中国科大生命科学与医学部应伟、廖靓欢和魏宏为该论文共同第一作者，生命科学与医学部刘欣副教授、孙林峰教授为共同通讯作者。   

（生命科学与医学部）