遗传发育所等解析新型阴离子通道QUAC1/ALMT12的结构与工作机制

植物体内阴离子的跨膜转运参与细胞信号转导和膨压调控，在生长发育和逆境响应等方面发挥重要作用。ALMT家族蛋白是植物所特有的一类新型阴离子通道，参与调控气孔运动、果实酸度、种子发育、根系抗铝毒等生物学过程。其中，ALMT12参与控制气孔关闭，具有快型 (R-type)阴离子通道特征，又名快阴离子通道QUAC1。

护卫细胞阴离子外流是启动气孔关闭的关键事件，主要受慢阴离子通道SLAC1和快阴离子通道QUAC1/ALMT12调控。在解析首个慢阴离子通道SLAC1三维结构基础上，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员陈宇航团队与中科院生物物理研究所研究人员合作，在调控气孔关键离子通道研究方面取得新进展。研究人员利用单颗粒冷冻电镜技术解析了大豆来源的QUAC1/ALMT12的3.5埃分辨率三维结构。该结构揭示QUAC1/ALMT12形成一个同源二聚体，其整体分子形如一个“花瓶”，中间形成一个奇特的T型跨膜孔道。该离子通道是由跨膜结构域(TMD)和胞质结构域(CHD)组成的双层构造。由于两个单体的C端在胞内互作在一起，使得离子通道的双层构造处在一种扭曲的“高能量”状态，这可能是其作为快阴离子通道的结构基础。进一步电生理研究发现，该离子通道可被苹果酸盐激活，介导阴离子外流。该离子通道介导的电流具有电压依赖的特征，并表现出快速激活/去激活的动力学特性。进一步突变研究揭示了离子通道C端二聚体互作对活性的关键调控作用。综合结构研究、电生理学分析及Alphafold2模拟等结果，研究人员提出了该类新型阴离子通道的新门控机制。

相关研究成果于3月2日以Cryo-EM structure and electrophysiological characterization of ALMT fromGlycine maxreveal a previously uncharacterized class of anion channels为题在线发表在Science Advances上。

研究工作获得科学技术部、国家自然科学基金委和中科院战略性先导科技专项的资助。

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图 新型阴离子通道QUAC1/ALMT12的三维结构与工作机制A. QUAC/ALMT蛋白超家族进化树；B. QUAC1/ALMT12三维结构揭示了一类新型的阴离子通道，具有奇特的T形孔道；C.苹果酸盐介导离子通道的激活机制