撰文 | 常道
责编 | 奕梵
脱落酸（ABA）是一种重要的植物激素，其主要的功能包括：一、促进种子和芽休眠；二、促进气孔关闭，减少植物的蒸腾作用；三、通过拮抗生长素、赤霉素和细胞分裂素等，广泛参与植物的生长发育及植物对生物和非生物胁迫的响应【1】。已有的研究表明，ABA主要通过与受体蛋白（PYR/PYL/RCAR）结合，触发配体结合口袋两侧的“门”环结构构象发生改变，进而ABA受体复合物可以抑制II型C蛋白磷酸酶（PP2Cs），PP2Cs通过作用于蛋白激酶SnRK2影响下游信号的传导【2-5】。ABA相关的小分子化合物（包括激动剂和拮抗剂）有助于研究ABA的生物学功能，并且在农业生产中有潜在的应用价值【6】。目前主要有两种抑制ABA与受体结合的机制，一种是抑制ABA受体复合物与PP2Cs绑定关键的“门”环结构关闭，另一种是通过“门”环结构空间构象改变进而破坏受体复合物与PP2Cs的结合。研究人员根据这两种机制已经设计了多种ABA拮抗剂，但是大多存在活性较低或体外失活等缺陷。
近日，美国加州大学（河滨分校）Sean R. Cutler院士团队在PNAS杂志发表了题为“Click-to-lead design of a picomolar ABA receptor antagonist with potent activity in vivo”的研究论文，开发了一种新型ABA拮抗化合物ANT（antabactin）。
本研究中，研究人员根据合成的ABA受体激动剂opabactin (OP)的结构特点，选择性的对ABA的C4’位置基团进行改造，用叠氮化物取代OP的硝腈取代基，通过点击化学的策略创建了一个C4’位置修饰的OP类似物库，评估体外配体和受体依赖的抑制分支PP2C磷酸酶活性，借助拮抗剂介导的PP2C活性恢复来测定ABA受体的活性变化，鉴定到了一种具有优化活性的喹啉肽三唑，将其命名为抗巴动素antabactin(ANT)。随后，研究人员通过X-射线的方法获得了PYL1025-183与ANT的共结晶，结构学分析数据显示，ANT与PYL10广泛接触，形成一个二元复合物，同时ANT的喹啉环定位在ABA的C4’位置的通道处，阻断了受体和PP2C的相互作用；而且ANT相比OP选择性下降主要是由于ANT稳定的“门”构象发生了细微的变化。
ANT通过大量的直接接触阻断C4’隧道与受体稳定结合
为了研究受体配体复合物形成的亲和力变化，研究人员创建了一种荧光标记的ANT衍生物，可以通过观测结合与游离荧光基团的极化来评估受体-配体复合物的形成，结果表明，ANT表现出与ABA受体结合的高亲和力。最后，研究人员利用定量热成像技术研究了ANT在拟南芥、小麦和番茄中的作用。结果表明，ANT在不同植物中均可以拮抗ABA，而且ANT破坏ABA信号通路是通过破坏基础的和胁迫诱导的ABA响应，从而促进种子的萌发。
ANT能够有效地阻断ABA信号通路
综上所述，该研究创制了一种可有效阻断植物ABA信号的化合物ANT，在植物生理学研究和农业生物技术应用中具有潜在的价值。同时，该研究开发了TAMRA-ANT荧光偏振检测方法，将促进配体-受体相互作用的生物物理学研究。
参考文献：
【1】1. S. R. Cutler, P. L. Rodriguez, R. R. Finkelstein, S. R. Abrams, Abscisic acid: Emergence of a core signaling network. Annu. Rev. Plant Biol. 61, 651–679 (2010).
【2】S.-Y. Park et al., Abscisic acid inhibits type 2C protein phosphatases via the PYR/PYL family of START proteins. Science 324, 1068–1071 (2009).
【3】Y. Ma et al., Regulators of PP2C phosphatase activity function as abscisic acid sensors. Science 324, 1064–1068 (2009).
【4】T. Umezawa et al., Type 2C protein phosphatases directly regulate abscisic acidactivated protein kinases in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 17588–17593 (2009).
【5】F.-F. Soon et al., Molecular mimicry regulates ABA signaling by SnRK2 kinases and PP2C phosphatases. Science 335, 85–88 (2012).
【6】W. Dejonghe, M. Okamoto, S. R. Cutler, Small molecule probes of ABA biosynthesis and signaling. Plant Cell Physiol. 59, 1490–1499 (2018).
原文链接：
https://www.pnas.org/content/118/38/e2108281118