學生  |  教工  |  校友  |  考生  |  訪客   
English?
  • 新聞網
  • 智慧服務中心
  • 辦公系統
  • 郵箱系統
  • 信息公開

湖大要聞

您的當前位置: 網站首頁  >  湖大要聞  >  正文

登上Nature!吳姗教授團隊揭示生長素極性運輸機制

作者:生命科学学院   编辑:鲜文涛    来源:生命科学学院  发布时间:2022/08/03

8月2日,湖北大學生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室吴姗教授团队与浙江大学医学院郭江涛教授团队、杨帆教授团队合作,在国际重要學術期刊Nature在线发表题为“Structures and mechanisms of the Arabidopsis auxin transporter PIN3”(拟南芥生长素转运蛋白PIN3的结构和机制)的研究论文。该研究报道了拟南芥PIN3(AtPIN3)在apo状态、生长素吲哚乙酸IAA结合状态和NPA结合状态下的3个高分辨率冷冻电镜结构,为理解PIN介导生长素转运和NPA抑制生长素极性运输的分子机制提供了结构基础,进而为靶向该转运体的创新农药研发打下基础。这是湖北大学首次以通讯单位在Nature发表研究论文。

图1. AtPIN3的结构。a.3H-IAA转运体系模式图。b. AtPIN3的密度图和结构图。c. AtPIN3NPA的密度图。d. NPA的密度图。e. AtPIN3NPA结构中NPA的结合位点。f. AtPIN3IAA的密度图。g. IAA的密度图。h. AtPIN3IAA結構中IAA的結合位點。

生长素是最重要的一类植物激素,对植物生长发育起核心调控作用。在种子植物中,生长素主要通过极性运输或者维管系统进行运输。PIN家族蛋白介导生长素外排,是承担植物体生长素极性运输的最重要的转运蛋白。PIN突变体会影响PIN极性定位和活性,从而导致生长素分布失衡。NPA(N-1-naphthylphthalamic acid)是一种除草剂,也是生长素极性运输的抑制剂。长期以来,人们对PIN如何介导生长素的外排,以及NPA如何抑制生长素的极性运输的分子机制尚不清楚。研究人员通过单颗粒冷冻电镜技术,解析了AtPIN3在apo状态、NPA结合状态以及IAA结合状态下的高分辨率结构。三个结构类似,且均为向内开放状态(图1b,c, f)。AtPIN3NPA和AtPIN3IAA复合物结构清楚地揭示了NPA、IAA与AtPIN3的结合模式。NPA与IAA的结合模式类似(图1d, e, g, h),抑制剂NPA和底物IAA的结合位点重叠,揭示了NPA抑制生长素极性运输的分子机制:NPA作为竞争性抑制剂,直接占据生长素在PIN上的结合位点,并抑制了转运过程中PIN的潜在构象变化。

图2. AtPIN3转运生长素分子机制。 a.AtPIN3二聚化界面展示。b.AtPIN3apo和AtPIN3IAA结构比较。c. AtPIN3转运生长素IAA和NPA抑制AtPIN3活性的分子机制模型。

随后,为了进一步验证IAA和NPA在AtPIN3中的结合模式,研究人员对AtPIN3上与IAA和NPA有相互作用的残基进行了点突变,并在体外放射性3H-IAA转运实验体系中检验其功能。 此外,研究人员将野生型AtPIN3和突变体进行表达纯化,通过表面等离子体共振技术(SPR),测定了AtPIN3分别与IAA和NPA的解离常数(KD)。兩者實驗結果進一步驗證了冷凍電鏡結構中觀察到的IAA和NPA與AtPIN3的結合模式。本文系統性地解析了AtPIN3在apo狀態、底物(IAA)結合狀態以及抑制劑(NPA)結合狀態下的高分率結構,揭示了AtPIN3的結構、IAA識別機制及NPA抑制的分子機制,將有力促進對PIN介導的生長素運輸分子機制的理解(圖2)。

圖3.湖北大學研究團隊主要成員合影。左起:陶鑫、馬立新、吳姗

據悉,湖北大學與浙江大學爲本文共同通讯单位,郭江涛教授、吴姗教授和杨帆教授为共同通讯作者,浙江大学医学院博士后苏楠楠、博士生竺爱琴和湖北大學生命科学学院博士生陶鑫为共同第一作者,参与这项工作的还有湖北大學生命科学学院马立新教授等。

吳姗教授2019年初加入湖北大學,負責搭建湖北大學冷凍電鏡平台。本文爲湖北大學冷凍電鏡平台2021年7月正式運行以來第一篇在線發表的高水平文章。吳姗教授團隊長期從事生物大分子的精細結構解析與相關分子機制研究,在Nature、ScienceNature Structural & Molecular Biology、Nature Communications等國際知名期刊上發表多篇高水平文章。本研究工作受國家自然科學基金委、國家重點研發計劃等資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05142-w

(審稿:謝玉平)


湖大微博

湖大微信

湖大官網

    版权所有?湖北大学 2016 湖北大学党委宣传部 地址:湖北省武汉市武昌区友谊大道368号 邮政编码:430062  鄂ICP備05003305    图标鄂公网安备 42010602000204号