拟南芥铵转运蛋白AMT1;1多状态冷冻电镜结构揭示铵转运与协同调节机制

《Nature Communications》：Structural basis of ammonium transport and coordinated regulation of AMT1;1 in Arabidopsis thaliana

　　

摘要

高效的铵吸收对植物生长和氮利用效率至关重要，但植物铵转运蛋白（AMTs）中铵转运和调节的结构基础尚不明确。在此，我们解析了拟南芥（Arabidopsis thaliana）铵转运蛋白 AMT1;1 在 apo、结合铵、结合甲胺、低 pH 及磷酸模拟状态下的多种冷冻电镜结构。这些结构揭示了一条保守的铵传导途径，包括芳香族招募前庭、含苯丙氨酸门/双组氨酸的孔道以及极性胞内出口区域。我们进一步鉴定出一个保守的胞外 N 端二硫键，该键对寡聚体稳定性和转运活性至关重要，提示可能存在氧化还原依赖性调节。在胞质侧，磷酸化调节 C 端与胞内环之间的相互作用，揭示了一种变构调节机制。与细菌铵感应蛋白 Sd-Amt1 的比较发现了 AtAMT1;1 中存在一个保守的铵识别区域，该区域有助于转运活性，但缺乏在 Sd-Amt1 中观察到的信号模块及配体依赖性构象切换。综上所述，这些发现为植物铵转运蛋白中的铵转运及协同调节提供了结构层面的洞察。