脱落酸（ABA）在植物生长发育及对逆境胁迫应答中起关键性的作用，如调节气孔的运动、种子休眠和萌发、诱导许多与应答和忍耐环境胁迫相关基因的表达等。胞内ABA处于不断变化中，且受到植物本身生长发育状况和外界环境条件的影响。干旱等胁迫诱导细胞迅速又显著地积累ABA，逆境胁迫解除后胞内ABA又快速地回到基础水平。胞内ABA动态平衡受复杂的机制调控，包括ABA的合成与转化、降解代谢、胞间/细胞器间的跨膜转运等不同途径/过程。这一复杂的调控网络涉及胞内的区室化(compartmentation)及生化与分子生物学的不同层次，包括参与上述过程的酶/蛋白基因的转录、翻译、翻译后修饰及酶活性调控等。
生物化学和遗传学等实验证据表明，高等植物细胞内ABA从头合成（de novo）是通过类胡萝卜素途径，该合成途径在质体/叶绿体和细胞质内进行，其中，9’-顺式-环氧类胡萝卜素二加氧酶（NCED）催化的反应是ABA合成途径中的限速步骤 (Tan等, 1997; 2003)。在应答干旱等逆境时，NCED基因表达受到严格调节。研究表明，拟南芥NCED3在干旱胁迫诱导合成ABA中起主要作用。无论是在正常生长条件还是在逆境胁迫条件下，细胞内ABA水平还受到其降解代谢的调节。ABA在细胞内的半衰期很短（数十分钟至数小时不等）。ABA降解代谢部位在细胞质，是由CYP707As编码的细胞色素P450单加氧酶催化形成红花菜豆酸（PA），PA进一步由PA还原酶（PAR）（ABH2）和糖基转移酶（GT）催化生成二氢菜豆酸（DPA）。干旱和其后复水处理均能诱导CYP707As表达。这些结果显示胞内ABA水平受其合成和代谢间的平衡所调节，这种机制可能在平衡植物生长发育和胁迫应答中起重要作用。细胞内ABA动态平衡除受到其合成和降解代谢调节外，还受到ABA可逆糖基化的调节。细胞质中游离态ABA在ABA-UDP葡萄糖基转移酶（UGTs）催化下与葡萄糖结合形成非活性的结合态形式ABA-GE，形成的ABA-GE通过未知的转运机制从胞质转运至内质网（ER）或液泡暂时存储。分子遗传学证据表明，拟南芥三个UGT71Bs（UGT71B6/7/8）基因通过调节ABA动态平衡影响植物生长和对逆境（包括干旱、渗透胁迫和盐害等）的应答。最近又鉴定到一种新的UGT71C5基因在调节ABA体内平衡中起主要作用。ABA糖基化不但影响其活性，也改变了其细胞定位。ABA-GE也可作为一种长距离运输形式。当植物遇到干旱等胁迫时，位于ER和/或液泡中的ABA-GE可分别被AtBG1和AtBG2编码的β-葡萄糖苷酶催化水解为游离态ABA，并释放到细胞质中，从而导致胞质ABA水平的升高。另外，作为一种信号分子，ABA可以从细胞或组织的一个区域（位点）运输到另一个区域（作用位点），其中ABA跨膜转运蛋白起关键性作用。因此，ABA转运蛋白也是ABA应答环境胁迫的重要组分之一。
细胞内ABA动态平衡受其合成、降解、转化和运输等过程的共同调节，许多细胞组分，包括酶、转运蛋白和其它分子参与了这些过程调节。ABA和ABA受体在多个不同细胞器中的区隔化分布表明，作用位点ABA浓度，而不是整个细胞ABA浓度，决定了细胞在应答胁迫条件下ABA介导的信号转导机制。因此，阐明干旱等胁迫条件下胞内ABA水平动态变化，尤其是作用位点ABA动态平衡的调节机制，是植物抗逆生物学研究领域的关键科学问题，也是在揭示干旱等胁迫条件下ABA应答干旱等胁迫分子机制时所面临的一个严峻挑战。由于目前实验手段和技术的限制，这方面的进展很慢。近年来多个实验室陆续开发了应用标记物和报告基因技术检测细胞ABA动态变化，但这些技术还局限于组织或细胞水平，在亚细胞水平实时定量检测ABA水平的研究还未见报道。
近日，南方科技大学梁建生教授研究组在Plant Physiology在线发表了题为In vivoFRET-FLIM reveals ER-specific increases in the ABA level upon environmental stresses的研究论文。该团队开发出了一种基于FRET（Förster Resonance Energy Transfer）和纳米抗体的精准靶向的ABA感应器（sensor）ABAleon2.1_Tao3，该技术利用纳米抗体与其特异性抗原的稳定结合，将ABA荧光分子探针精准、高效地靶向内质网膜两侧，从而实现了对内质网膜内外，即内质网囊腔和细胞质的ABA含量的精确测量。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiab165