劉培團隊發現了茉莉酸類激素的轉運蛋白——小分子激素的核質運輸從ABC開始

知識 02-11

BioArt按：激素是生物界中廣泛存在的重要信號物質。植物激素包括乙烯、生長素、脫落酸和茉莉酸等。其中茉莉酸類激素由於在調控植物生長發育，特別是在植物與生物環境和非生物環境生態互作中的重要作用，受到廣泛關注。近年來，茉莉酸合成和信號轉導的研究取得令人矚目的進展，但是茉莉酸類物質在細胞間以及細胞內的運輸機制尚不清楚。2月5日，中國農業大學資源與環境學院劉培教授團隊在Molecular Plant發表了題為「Transporter-mediated nuclear entry of jasmonoyl-isoleucine is essential for jasmonate signaling」的研究論文，該研究通過對ABC轉運蛋白AtJAT1/AtABCG16的功能分析，發現了茉莉酸在和核-質間及細胞間運輸的分子機制，為其他激素的核質運輸機制研究提供了借鑒。AtJAT1/AtABCG16通過調控茉莉酸信號動態變化，進而調控植物生長發育和脅迫響應之間的平衡。因而可用於農作物的生產來調節作物的生長和抗逆的動態平衡，提高農作物的產量。此外，第一個細胞核膜的小分子激素內運蛋白的發現揭示了小分子激素進入細胞核的新機制。因此，該研究不僅提出了茉莉酸信號動態調節的新機制，也為提高農作物的產量和小分子治療藥物進入細胞核提供了新途徑。

文章解讀：

小分子核激素是通過轉錄調控來調節生物體生長發育及其與生物和非生物因子互作的重要信號物質。根據與其受體結合的細胞部位不同可以分為兩大類，一類激素與受體在細胞質中結合，隨後進入細胞核內啟動或抑制相關基因的表達；另一類激素在細胞核內與受體結合，進而啟動或抑制相關基因的表達。在植物中，核激素包括茉莉酸、生長素、赤霉素和脫落酸。由於茉莉酸在生態互作中的重要作用，一直以來受到廣泛的關注。近年來，對茉莉酸信號的轉導途徑已有深入的了解。雖然傳統上認為小分子激素是通過自由擴散由核孔複合體進入細胞核，但是小分子激素的核質運輸機制尚不清楚。

為解決這個長期困擾生物學界的問題，中國農業大學資源與環境學院的劉培團隊，通過酵母系統篩選得到了具有茉莉酸轉運能力的ABC轉運蛋白AtJAT1/AtABCG16。AtJAT1/AtABCG16定位於植物細胞核膜和質膜上並介導茉莉酸（JA）跨細胞質膜的外運以及具有生物活性的茉莉酸異亮氨酸（JA-Ile）跨核膜的內運。研究採用分子遺傳學、分子生物學、生物化學以及細胞生物學的手段系統地解析了茉莉酸類小分子激素的核質運輸機理。

同位素吸收實驗和放射自顯影實驗證明，AtJAT1/AtABCG16作為高親和的轉運蛋白可以調控茉莉酸類物質的亞細胞分布。在低濃度時AtJAT1/AtABCG16將具生物活性的JA-Ile運入細胞核激活茉莉酸信號；當茉莉酸濃度較高時，轉運蛋白在細胞質膜上外運JA的功能佔主導地位，進而降低細胞內JA和JA-Ile濃度使JA信號脫敏，並通過將JA外運至質外體激活其他細胞中JA信號途徑。

劉培團隊發現了茉莉酸類激素的轉運蛋白——小分子激素的核質運輸從ABC開始

AtJAT1/AtABCG16蛋白的質膜及核膜定位

因而，AtJAT1/AtABCG16 可以快速調節細胞內JA信號的動態變化。這種特性既可以在植株受到脅迫時，快速地將JA-Ile運輸進細胞核，啟動下游防禦信號；又可以快速脫敏JA信號以避免防衛反應對植物生長發育的抑制。

劉培團隊發現了茉莉酸類激素的轉運蛋白——小分子激素的核質運輸從ABC開始

AtJAT1/AtABCG16 工作模型

atjat1/atabcg16突變體對灰霉等病原菌抗性減弱，但是植物生長卻增強了（植株變大）。因此，AtJAT1/AtABCG16可以通過快速調節細胞內JA信號的動態變化來調控作物的生長發育和脅迫響應的平衡。這一功能使AtJAT1/AtABCG16在作物育種中具有巨大的潛力。該研究建立的酵母及植物細胞中茉莉酸轉運蛋白的篩選及分析系統為發現更多細胞間及細胞內的茉莉酸類物質轉運蛋白奠定了基礎。

該工作主要由劉培課題組博士生李清清等完成，得到了中國農業大學資源與環境學院的大力支持，受973 重大研究計劃和國家自然科學基金等項目資助。

劉培教授簡介：

劉培團隊發現了茉莉酸類激素的轉運蛋白——小分子激素的核質運輸從ABC開始

劉培，1990 年畢業於南京大學生物系； 1993年在許智宏和曹日強教授指導下獲碩士學位； 2001年在潘永忠教授指導下獲得新加坡國立大學博士學位；2001-2007年在美國康奈爾大學 Nasrallah 實驗室博士後和研究人員；2007-2008年在美國華盛頓州立大學生物的化學研究所研究人員。2008年以特殊人才引進中國農業大學，特聘教授博士生導師，入選教育部新世紀人才。先後在Science，Current Biology, PNAS, Plant Cell和BMC Evolutionary Biology等國際知名雜誌發表研究論文多篇。主要研究方向：（1）植物近緣種間生殖隔離的分子機理及其進化；（2）植物激素茉莉酸的轉運與生態互作；（3）草莓屬植物及薔薇科近緣種的生態和進化基因組學。

（致謝：感謝Molecular Plant雜誌社崔曉峰副主編對本文的貢獻！）

BioArt祝讀者們元宵節快樂！

劉培團隊發現了茉莉酸類激素的轉運蛋白——小分子激素的核質運輸從ABC開始