中山大学孙宇飞课题组揭示陆地植物ABA受体趋同演化机制
中山大学孙宇飞课题组揭示陆地植物ABA受体趋同演化机制
近日，中山大学农业与生物技术学院孙宇飞课题组在国际知名期刊Current Biology上发表了题为"Abscisic acid receptors functionally converge across 500 million years of land plant evolution"的研究论文。该研究揭示了脱落酸（ABA）受体PYR/PYL/RCAR蛋白在不同陆生植物类群中通过不同的进化轨迹实现功能趋同的机制，为理解植物适应陆地干旱环境提供了新的视角。
脱落酸是植物响应干旱的关键激素，在植物从水生到陆生的进化过程中发挥着重要作用。ABA信号转导模块主要由高度保守的ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白和共受体PP2C磷酸酶组成。PYR/PYL/RCAR蛋白通过结合ABA并抑制下游PP2C活性，从而激活ABA响应。孙宇飞课题组之前的研究表明，植物ABA的感知起源于陆地植物与双星藻共同祖先的PYL同源蛋白，这种古老的PYL具有组成型抑制PP2C的基础活性，但并不依赖ABA。而在被子植物中，PYLs发生了扩张与功能分化，出现了基础活性低且高度依赖ABA激活的二聚体PYLs亚家族。然而，其他陆生植物类群（如苔藓）中的PYLs是否具有功能趋同性，此前尚不清楚。
该研究通过系统发育分析发现，苔藓中PYLs发生了独立的扩张，形成了三个苔藓特有的亚家族。酵母双杂交与PP2C磷酸酶活性抑制试验表明，苔藓PYLs具有低基础活性与高度的ABA依赖性。与被子植物不同，苔藓的PYLs并不形成二聚体，而是通过一些特异的氨基酸变异降低了受体的基础活性，提高了ABA响应能力。进一步的研究发现，在被子植物二聚体PYLs中引入苔藓PYLs特异的氨基酸突变会极大破坏其ABA响应能力，表明苔藓与被子植物的这两种进化轨迹是互斥的。
这项研究揭示了PYLs在5亿年陆地植物演化中的功能趋同进化机制，为理解植物逆境响应通路的演化保守性与跨物种功能适应性提供了新的视角，并为通过基因工程改造ABA受体、提高植物抗旱性提供了理论基础。
图注：苔藓与被子植物ABA受体在进化上的功能趋同
中山大学农业与生物技术学院孙宇飞副教授和以色列希伯来大学Assaf Mosquna教授为该论文共同通讯作者。希伯来大学博士生Gil Zimran为第一作者，中山大学农业与生物技术学院硕士生张泓，利兹大学Andrew C. Cuming教授，瓦伦西亚理工大学Jorge Lozano-Juste教授，特拉维夫大学Maayan Gal教授，哥廷根大学Jan de Vries教授参与了该研究。该项目得到了国家自然科学基金、深圳市科技创新计划、以色列科学基金会等项目的资助。