揭示脫落酸替代小分子的功能及選擇性機(jī)理

脫落酸（Abscisic acid, ABA）是植物中為重要的激素之一，它與植物生長發(fā)育和抗逆抗旱等生理過程都有極為密切的關(guān)系。2009年4月，美國和歐洲的兩個(gè)研究組獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了一類被命名為PYR1/PYL/RCAR的蛋白可能為ABA受體。同年秋，顏寧教授的研究組和美國、日本、歐洲的其他四個(gè)研究組分別利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)方法獨(dú)立證實(shí)了這類蛋白就是ABA受體，并且揭示了其作用分子機(jī)制。ABA受體的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)生物學(xué)鑒定被Science雜志評(píng)為2009年度突破之一。

近期的Journal of Biological Chemistry上,清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授、生命學(xué)院兼職教授顏寧領(lǐng)導(dǎo)的研究組發(fā)表兩篇研究論文,系統(tǒng)闡述了ABA分子功能類似物Pyrabactin選擇性作用于脫落酸受體的分子機(jī)制，為設(shè)計(jì)發(fā)展可施用于農(nóng)業(yè)的ABA替代小分子提供了分子基礎(chǔ)。

由于ABA在保護(hù)植物對(duì)抗逆境中的重要作用，ABA在農(nóng)業(yè)中應(yīng)該有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，由于ABA的不穩(wěn)定性以及合成ABA的高昂成本，需要開發(fā)ABA的功能類似分子以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的可能。Pyrabactin是被報(bào)道的對(duì)PYL蛋白有選擇性的ABA類似物，但是pyrabacin的化學(xué)結(jié)構(gòu)與ABA十分不同，其工作機(jī)制以及對(duì)PYL的選擇機(jī)理都不清楚。顏寧教授的研究組在以前工作的基礎(chǔ)上又對(duì)小分子Pyrabactin對(duì)PYL蛋白的作用機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究。

在*篇JBC論文中，研究小組解析了 Pyrabactin與受體PYL1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，通過與之前解析的ABA結(jié)合狀態(tài)下PYL1復(fù)合物結(jié)構(gòu)比較和生化實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出設(shè)計(jì)ABA類似物時(shí)重要功能基團(tuán)的組織規(guī)律，這為設(shè)計(jì)ABA功能類似化學(xué)小分子并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了指導(dǎo)作用。

在第二篇論文中，研究小組揭示了Pyrabactin分子選擇性作用PYLs蛋白家族中幾個(gè)蛋白的分子機(jī)制，他們得到Pyrabactin與受體PYL2的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)，非常令人驚訝的是僅僅由于一個(gè)氨基酸的變化（VAL to ILE）引起了PYL蛋白對(duì)Pyrabactin產(chǎn)生了不同的結(jié)合方式，從而決定了pyrabactin的選擇性。這項(xiàng)研究顯示了植物中PYL介導(dǎo)的 ABA受體通路調(diào)控的復(fù)雜性。