拟南芥（Arabidopsis thaliana）中CTS介导的脂肪酸和激素代谢的结构机制研究

《Nature Communications》：Structural insights into Arabidopsis thaliana CTS-mediated fatty acid and hormone metabolism

　　

摘要

在植物中，过氧化物酶体的β氧化对于能量产生、糖代谢以及激素信号的调节至关重要。拟南芥的COMATOSE (CTS)基因编码过氧化物酶体ATP结合转运蛋白ABCD1（也称为CTS或PAX1），该蛋白负责将多种脂肪酸酰基和激素转运到过氧化物酶体内进行β氧化。尽管生理学证据表明CTS的缺陷会损害植物的发育和生长，但其背后的分子机制仍不甚明了。在本研究中，生化实验证实CTS能够转运多种脂肪酸酰基-CoA，以及吲哚-3-丁酸（IBA，一种生长素及其前体）和生长素类除草剂2,4-二氯苯氧基丁酸（2,4-DB）。我们进一步解析了CTS的五个冷冻电镜结构：游离态、ATP结合态以及三种底物结合态（C12:0-、IBA-和2,4-DB-CoA），分辨率接近原子水平。这些结构显示CTS以特有的U形构象结合一个底物分子。此外，通过对关键底物结合残基进行点突变的研究，我们确定了对其功能至关重要的残基。我们的发现揭示了CTS在植物整个生命周期中整合脂质代谢、激素调节和外来物质激活的分子机制，并强调了其作为作物改良和除草剂开发目标的潜力。