3月22日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部孫林峰團隊聯(lián)合比利時根特大學(xué)Eugenia Russinova團隊，在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表了題為Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export的研究論文。該研究鑒定了植物中首個油菜素甾醇（BR）跨膜運輸?shù)鞍准磾M南芥ABCB19蛋白，并闡釋了該蛋白的工作機制。這一成果推進了BR激素信號領(lǐng)域的研究，對剖析BR激素調(diào)控植物生長發(fā)育具有重要意義。

油菜素甾醇類激素是繼生長素、脫落酸、細胞分裂素、乙烯和赤霉素之后發(fā)現(xiàn)的第六大類植物激素。這是植物中發(fā)現(xiàn)的第一個甾醇類激素。

隨著BR受體以及合成酶等突變體的鑒定和發(fā)現(xiàn)，科研人員逐漸意識到BR在植物生長調(diào)控中的重要性，并于1996年將其列為第六大類植物激素。迄今為止，科學(xué)家至少已在植物中分離出60多種天然油菜素甾醇激素化合物。這些化合物統(tǒng)稱為油菜素甾醇BR。BR可以調(diào)控植物體的生長、開花和結(jié)果等，并可以提高植物對于干旱、鹽堿等環(huán)境以及病蟲害等脅迫的適應(yīng)性。BR在極低濃度下可以促進植物生長，且生物活性相當(dāng)高。因此BR的施用經(jīng)濟實惠。只需要微量的BR處理便可以提高作物產(chǎn)量，增強免疫力和抗逆性。目前，BR已在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用。

BR分子通過其信號通路發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。目前，關(guān)于BR的合成、代謝及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程已有了一定的研究。BR在細胞內(nèi)部進行生物合成，卻在細胞外被受體識別，從而引發(fā)下游信號。由于在合成過程中，BR分子被加上多個親水基團，導(dǎo)致其直接通過擴散作用跨越細胞膜屏障的能力下降。它如何從細胞內(nèi)運輸至細胞外發(fā)揮作用？這是BR研究領(lǐng)域亟待解決的科學(xué)問題。

擬南芥ABCB19蛋白最初被視作另一種重要的植物激素——生長素的轉(zhuǎn)運蛋白被鑒定，并被領(lǐng)域內(nèi)廣泛接受。然而，它的突變體植株的表型與經(jīng)典的生長素運輸?shù)鞍淄蛔凅w的表型不完全一致。前期實驗發(fā)現(xiàn)，生長素不能像底物一樣促進ABCB19蛋白的ATP酶活性。因此，該團隊猜測ABCB19可能具有其他運輸?shù)孜铩?/p>

為此，該團隊建立了基于ATP酶活性檢測的底物篩選策略發(fā)現(xiàn)，在測試的多種植物激素中，BR分子能夠促進ABCB19蛋白的ATP酶活性。同時，該團隊建立了一套基于脂質(zhì)體和放射性標(biāo)記底物的轉(zhuǎn)運體系，證明了ABCB19蛋白在脂質(zhì)體中能夠轉(zhuǎn)運BR分子。為了看清ABCB19蛋白的樣貌，該研究利用冷凍電鏡技術(shù)解析了它的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，觀察到ABCB19蛋白如何結(jié)合、“裝載”BR分子。進一步，該合作團隊利用植物遺傳學(xué)和生理學(xué)手段，在植物細胞內(nèi)證實了ABCB19蛋白能夠向細胞外外排BR分子，且正向調(diào)控植物的BR信號。這證實了ABCB19的“隱藏功能”，使得科學(xué)家重新審視這一蛋白的生理作用。

綜上，這一成果鑒定了植物中首個BR轉(zhuǎn)運蛋白ABCB19，揭示了ABCB19識別、運輸油菜素內(nèi)酯的分子過程，推進了BR信號通路的研究。未來，針對這一家族蛋白進一步的功能分析和改造，有望為探討和利用BR信號促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多幫助。同時，該工作將為靶向該蛋白的小分子化合物的開發(fā)設(shè)計提供更多思路，以作為農(nóng)藥和植物生長調(diào)節(jié)劑，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高作物產(chǎn)量和抗逆性。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、安徽省自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金及中國科大統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)專項資金等的資助，并獲得教育部無膜細胞器與細胞動力學(xué)重點實驗室、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、生物醫(yī)學(xué)與健康安徽省實驗室等的支持。

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擬南芥ABCB19蛋白參與BR信號調(diào)控