2007年3月8日,北京生命科学研究所马力耕博士实验室在《科学》(Science)杂志在线发表题为“A G protein-coupled receptor is a plasma membrane receptor for plant hormone abscisic acid”的论文。该论文报道一种G蛋白偶联受体(GPCR)是植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)的质膜受体,该受体通过与异三聚体G蛋白α亚基直接相互作用,传递脱落酸信号并调控脱落酸的众多反应。
脱落酸是一种重要的植物激素,参与调控众多植物生长和发育过程,尤其在植物对逆境(如干旱、盐碱、低温等)的反应中发挥关键作用。ABA受体的研究对理解ABA的作用机制具有重要意义。此前多项研究表明ABA的作用位点在质膜上,推测质膜上的ABA受体可能是ABA参与逆境反应的主要参与者。
由G蛋白偶联受体介导的细胞信号转导途径是真核生物中较为保守的信号转导机制。在动物细胞中,GPCR介导的信号途径至关重要,例如视觉、味觉、嗅觉的感知均通过GPCR途径实现,动物中GPCR和G蛋白种类繁多,参与多种信号转导与生物学功能。与此相反,高等植物中的GPCR和G蛋白种类非常有限,如模式生物拟南芥基因组中仅有一种Gα、一种Gβ、两种Gγ以及约20-30种GPCR。截至目前,仅有少数GPCR被详细研究,且植物中尚未发现任何GPCR的配基。
该项工作鉴定了一种拟南芥中新的GPCR——GCR2,证实GCR2与Gα共同作用调控已知的众多ABA反应。ABA可与GCR2蛋白特异性结合,且这种结合符合配基-受体结合特性。研究人员进一步发现,ABA与GCR2结合会导致GCR2-Gα蛋白复合体解离,释放出Gα,使其进一步激活下游效应器,从而证实GCR2是植物激素ABA的受体。该工作的主要贡献包括:首次鉴定确认了ABA的受体;明确了ABA的信号转导途径;发现了植物体系中的第一对配基-受体对。
该论文的第一作者是刘西岗博士,其他作者包括岳艳玲、聂艳丽、李薇,以及中国农业大学的李斌和武维华博士。论文的通讯作者是马力耕博士。
该项研究得到科技部863计划和北京市政府资助。