脱落酸受体信号通路的结构生物学研究

脱落酸ABA是最为重要的植物激素之一，在植物的生长发育和应激反应的各方面起关键作用。ABA信号传导通路上最重要的成员是脱落酸受体。2009年，包括我们实验室在内的数个研究组发现和确认了PYL家族蛋白为ABA的受体。PYL蛋白在结合ABA之后，会与下游的PP2C结合并抑制其蛋白磷酸酶的活性，使PP2C不能抑制下游激酶SnRK2的活性。SnRK2被激活后，会磷酸化下游的转录因子，从而激活受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，然而这一条通路的分子机理尚不明了。此外，迄今所有的研究都是在在拟南芥中进行，尚没有对于经济作物中这条通路的探索报道。因此，我们计划在已经完成的PYL及下游蛋白PP2C蛋白磷酸酶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、生物化学的手段，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。

脱落酸（Abscisic Acid），简称ABA，是植物体内最重要的植物激素分子之一，它具有控制气孔开关、抑制种子发芽等重要的生理功能，对于保护植物对抗干旱等逆境具有至关重要的作用。ABA受体的研究近年来获得了广泛关注。2009年4月，Science杂志同期发表了两个研究组的独立成果，他们发现了同一家族蛋白PYR/PYL/RCAR（PYLs）是ABA的潜在受体。半年之后，包括我们课题组在内的来自中国、美国、日本、欧洲的五个研究组几乎同时报道了有关ABA受体的结构生物学研究，证实了PYL家族蛋白是ABA的直接受体，并揭示了ABA调控PYL蛋白抑制下游PP2C的分子机制。这一系列对于ABA受体发现并鉴定的工作入选2009年Science评选的该年度“科学十大进展”。.在此工作的基础上，我们对ABA信号通路中的重要蛋白及其相关受体进行了系统的结构生物学和生物化学研究，在世界上率先鉴定出一类以PYL10和PYL13为代表的不依赖于ABA即可对下游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；此外我们还第一次在PP2C的蛋白中发现了锌指结构，为研究PP2C的进化与分类提供了线索；我们还获得了SnRK2.6激酶结构域的晶体结构，并结合大量生物化学分析阐述了ABI1对SnRK2.6的抑制机制。这一系列成果获得了国际同行的一致认同，相关成果发表于Mol Cell、Cell Research和JBC等学术期刊上。.而在研究工作的进行过程中，我们进一步拓展了与植物学家朱健康教授的合作，对植物致病菌Xanthomonas通过III型分泌系统注入到宿主细胞内的一种蛋白质——转录因子样效应蛋白（TALE）特异识别DNA的分子机理，以及在植物中大量存在的特异识别单链RNA的PPR蛋白进行了系统的结构生物学和生物化学研究，成果分别发表于Science、Nature、Cell Reports、Cell Research等期刊，为深入理解这些蛋白并进一步利用它们奠定了重要的分子基础。