在日常生活中,隧道可以幫助人們翻山越嶺。在植物細胞內(nèi),當內(nèi)部物質穿過細胞膜時,往往也會通過類似的“隧道”。近日,中國科學技術大學孫林峰團隊在第六大類植物激素——油菜素內(nèi)酯的運輸領域取得突破性進展。團隊發(fā)現(xiàn)了首個油菜素內(nèi)酯的運輸?shù)鞍,研究成果?月22日在《科學》雜志上發(fā)表。
油菜素內(nèi)酯又名“蕓苔素內(nèi)酯”,可以調控植物體的生長、伸長、開花和育種等多個方面,是一種高效廣譜、無毒無害的新型植物生產(chǎn)調節(jié)劑。1996年,學界將其列為繼生長素、脫落酸、細胞分裂素、乙烯和赤霉素之后的第六大類植物激素。它在細胞內(nèi)部合成,但是需要運輸?shù)郊毎獠拍馨l(fā)揮作用。然而,從被發(fā)現(xiàn)至今已80余年,它的運輸過程卻一直是個未解之謎,這極大地限制了油菜素內(nèi)酯信號調控的研究。
孫林峰團隊在研究第一大類植物激素——生長素的運輸過程中有了意外發(fā)現(xiàn)。“ABCB19蛋白被廣泛認定為生長素的運輸?shù)鞍祝蛔兊鞍滓馕吨δ芷茐,即不再能運輸生長素。但我們卻發(fā)現(xiàn),這一蛋白突變后的植株,其外形特征與其他生長素運輸?shù)鞍淄蛔凅w表現(xiàn)并不完全一致,于是我們懷疑,這個蛋白是不是還運輸別的植物激素?”因此,團隊檢驗了該蛋白對其他植物激素的反應情況,最終發(fā)現(xiàn)了油菜素內(nèi)酯的運輸過程。
孫林峰團隊利用冷凍電鏡技術解析了ABCB19蛋白的高分辨率三維結構。ABCB19蛋白長得像一個可以雙開口的V形夾,是細胞膜上一個個游動著的小“隧道”,倒V字開口“捕捉”細胞內(nèi)部的油菜素內(nèi)酯,結合后再以正V字開口在細胞外部打開進行“釋放”。
孫林峰團隊還與比利時根特大學尤金妮婭·拉西諾娃團隊進行合作,在植物細胞內(nèi)證實了ABCB19蛋白能夠運輸油菜素內(nèi)酯,并且正向調控植物的油菜素內(nèi)酯信號。
“ABCB19蛋白可以轉運油菜素內(nèi)酯是一個有趣的發(fā)現(xiàn),團隊為該領域的研究作出了重大貢獻。”審稿人評價。這項成果填補了油菜素內(nèi)酯運輸領域的關鍵空白,開辟了一片新的天地。
“ABCB19屬于結構和功能相似的一類‘家族蛋白’,發(fā)現(xiàn)它的‘隱藏功能’為我們后續(xù)的研究提供了新的思路。”孫林峰說,未來針對該家族蛋白的進一步功能分析和改造,將為人們理解、利用油菜素內(nèi)酯信號促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多幫助。
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