植物脱落酸受体信号通路的分子机理研究及可施用于农业的脱落酸替代小分子的研发

脱落酸ABA是最为重要的植物激素之一，对植物的抗旱抗寒等应激反应起关键作用。ABA信号传导通路最重要的成员是ABA受体。包括我们在内的数个研究组发现和确认了PYL家族蛋白为ABA受体。PYL蛋白结合ABA，然后结合并抑制PP2C，使其不能抑制下游的激酶SnRK2的活性。SnRK2被激活后，磷酸化相关转录因子，最终激活受ABA调控的基因。尽管PYL受ABA调控抑制PP2C的机理已经基本阐明，还有一系列的基本问题有待回答。此外，迄今所有的研究都是在拟南芥中进行，尚没有对于经济作物中这条通路的探索报道。我们计划在已经完成的生化和结构分析的基础上，针对上述问题，利用结构生物学、生物化学，与合成化学、植物学的专家合作，进一步探索ABA信号通路调控的分子机理，并针对ABA不稳定以及合成成本高的问题，力图开发可施用于农业的ABA替代小分子。我们已经取得了重要的前期基础性成果。

本研究组在2011年受到国家自然科学基金委重大计划项目的资助以来一直从事关于ABA信号通路的结构生物学与生物化学分析，四年间系统地研究了ABA受体PYL对ABA的识别机制以及信号传导机制，相关成果自2009年至今共发表了7篇研究论文于Nature Structural & Molecular Biology 、Molecular Cell、Cell Research等，其中2009年针对ABA受体的结构与信号传导机制的研究曾经与相关研究被Science选为该年度十大进展。这几项成果分别是：.1.通过结构生物学和生物化学手段确认PYL/PYR/RCAR (简称PYL)为ABA受体，并揭示PYL传递ABA信号的分子机理，研究成果于2009年发表于Nature Structural & Molecular Biology （Yin et al, NSMB, 2009）；.2.揭示了PYL蛋白对Pyrabactin的选择性机制的分子基础（Hao et al, JBC, 2010; Yuan et al, JBC, 2010）；.3.系统研究了拟南芥PYL家族成员的聚合状态、理化特性以及不同PYLs成员间的相互作用，鉴定出一类不依赖于ABA即可对下游分子PP2C进行抑制的PYL亚家族，揭示了它们独立于ABA行使功能的分子机理，并依据这一发现，重新对PYL家族蛋白进行了分类，该工作发表在2011年Molecular Cell杂志上（Hao et al, Mol. Cell, 2011）；.4.通过结构生物学和生物化学手段进行了PYL下游PP2Cs抑制SnRK2s分子机制的研究（Xie et al, JBC, 2012）；.5.通过结构生物学和生物化学分析，揭示了拟南芥中ABA受体家族成员PYL13不依赖ABA特异地抑制PP2CA的分子机制，并发现了一类含有锌指结构的PP2Cs，2013年发表于Cell Research杂志上（Li et al, Cell Res., 2013）;.6.利用生物信息学、生物化学手段对水稻中的PYL蛋白进行分类，并解析了ABA结合的OsPYL2与OsPP2C06的复合体结构（He et al, PLoS ONE, 2014）。.