研究揭示植物激素作用新机制

科学网,2013-9-2

植物激素的作用机制研究一直是国际上的热点和前沿领域之一，曾被《科学》杂志列为25个重大科学问题之一。虽然人们几十年前就已经知道赤霉素（GA）是五种天然植物激素之一，具有调控植物生长发育的功能，但直到近几年才第一次揭示其受体是GID1蛋白（GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1），并成功测定了赤霉素与受体GID1蛋白形成的GID1-GA复合体的晶体结构（分辨率1.8 Å）。根据GID1-GA复合体的晶体结构，人们提出了赤霉素与其受体GID1蛋白结合时，可以诱导GID1蛋白发生变构，并进而介导DELLA蛋白的泛素化降解而促进植物生长的。这就是被人们广为接受的赤霉素诱导GID1蛋白的“变构学说”。

最近，华中师范大学杨光富教授研究组在深入分析GID1-GA复合体晶体结构的基础上，通过对GID1蛋白的构象进行了微秒级的分子动力学模拟，首次发现了赤霉素与受体GID1蛋白结合的新通道，并提出了“非变构学说”的赤霉素作用新机制，即赤霉素在通过新通道与GID1蛋白结合时并不介导其氮端结构域发生构象变化，而是通过稳定GID1与DELLA蛋白之间的氢键而介导DELLA蛋白的泛素化降解的。他们运用PMF方法计算了两种机制下赤霉素进入GID1蛋白活性口袋的活化能能垒，从而证实了“非变构学说”是一种能量上更为有利的作用机制。

以上研究以封面论文形式发表在国际著名期刊《计算化学期刊》（Journal of Computational Chemistry）（2013, 34, 2055–2064）上。赤霉素在农业生产上有重要应用价值，但由于其结构复杂而无法进行大规模化学合成，该项研究为进一步设计合成结构简单的赤霉素类似物提供了新的起点。