Mol Plant | 华中农业大学李霞团队揭示终止ABA信号通路的分子机制

种子休眠是种子植物一个非常重要的适应性状，可以防止种子在不适宜的条件下（如盐碱、干旱、低温等）萌发，使其幼苗能够最大限度的生存下来。因此，解析种子休眠及打破休眠并开始生长的调控机理具有重要的意义。

脱落酸（ABA）在起始和维持种子休眠过程中起着首要调控作用。在种子形成过程和逆境条件下，ABA与其受体PYR1/PYLs形成的复合物可与ABA信号的负向调控因子PP2C类磷酸酶结合，从而解除PP2C 磷酸酶对SnRK2s激酶的抑制作用，使其磷酸化并激活下游的bZIP类转录因子（如ABI5等），进而诱导脱落酸响应基因表达，使种子处于休眠状态。但ABA信号持续处于激活状态会造成植物过度反应，也不利于种子萌发和恢复生长。因此，植物如何及时终止ABA信号与其激活ABA信号同等重要。但目前对ABA信号终止的分子机制还不清楚。

2020年6月30日，华中农业大学李霞教授课题组在Molecular Plant 在线发表了题为“Counteraction of ABA-Mediated Inhibition of Seed Germination and Seedling Establishment by ABA Signaling Terminator in Arabidopsis”的研究论文，揭示终止ABA信号通路的分子机制。

该研究发现拟南芥中一个WD40蛋白ABT（ABA Terminator）在终止ABA信号调控种子萌发和幼苗建立过程中发挥着关键调控作用。在ABA存在条件下，ABT的表达经由ABA信号转导通路受到高度诱导，来反馈抑制ABA信号。ABT功能缺失突变体在萌发和子叶转绿过程中对ABA敏感，而过表达突变体则对ABA不敏感，进一步证明ABT是ABA信号转导通路中的一个负调控因子。WD40蛋白通常作为支架，介导蛋白质复合物间的互作。通过酵母双杂交技术，发现在60个ABT候选互作蛋白中包括ABA受体和多个共受体PP2C蛋白，进一步体内体外实验证明ABT的确可与多个ABA受体PYR1/PYLs（如PYR1等）和共受体PP2C（ABI1等）蛋白存在互作，说明ABT可能通过调控ABA受体复合物的相互作用发挥负向调控作用。

PYR1/PYLs受体与共受体PP2C蛋白结合是激活ABA信号通路的第一步。那ABT如何影响ABA受体和共受体蛋白复合物互作的呢？体内体外对两个蛋白和三个蛋白间的互作实验证明，ABT通过与ABA受体PYR1与共受体蛋白ABI1结合位点互作，阻断ABA受体和共受体蛋白间的结合。此外，ABT和ABI1间的亲和力显著大于PYR1和ABI1间的亲和力，即在ABT存在的条件下，ABI1优先结合ABT，从而减弱PYR1/PYLs与ABI1的互作和抑制作用。体外磷酸酶活性分析结果也证明，在ABA和PYR1存在时，ABI1磷酸酶活性大幅下降，而在ABT存在时，ABI1磷酸酶可维持其活性，进一步证明ABT通过促进ABI1磷酸酶活性，从而抑制ABA信号。

基于上述结果，本研究揭示了一个终止ABA信号的新机制。在正常条件下，ABT表达量很低，PP2Cs磷酸酶与SnRK2s结合抑制其激酶活性，ABA处于关闭状态；在逆境或者ABA存在时，ABA与PYR1/PYLs受体结合，使ABA-PYR1/PYLs复合物与共受体PP2Cs磷酸酶结合，释放并激活SnRK2s对包括ABT在内的下游基因的转录调控，开启ABA信号和植物对ABA和逆境的响应。ABT反过来与PYR1/PYLs受体和共受体PP2C结合并与PYR1/PYLs受体竞争性结合PP2Cs阻断受体和共受体复合物的形成，恢复PP2Cs对SnRK2s的抑制，从而终止ABA信号。该研究揭示了ABT打破ABA受体与其共受体PP2Cs互作，关闭ABA信号转导通路的新机制。该研究成果不仅有助于我们深入了解ABA介导的植物种子休眠和苗期耐逆的分子机理，而且对全面解析ABA介导的耐逆机理及作物耐逆性状改良具有重要指导意义。

图1. ABT通过关闭ABA信号调控种子萌发和幼苗生长的分子模型

华中农业大学王志娟副教授、博士研究生任仔银、中国科学院遗传发育所农业资源研究中心程春红博士、王涛博士为共同第一作者，华中农业大学李霞教授为通讯作者，中国科学院上海逆境中心朱健康研究员、赵杨研究员、浙江农业科学院邓志平研究员给予该项研究大力支持。该项目获得国家重大研发计划，国家自然科学基金和华中农业大学自主课题支持。