脱落酸（Abscisic acid，ABA）是植物体内最重要的激素之一，它可以调控植物生长发育，同时提高植物抗旱、耐盐等对逆境的反应能力。关于ABA受体的研究是ABA信号通路研究领域的核心问题。2009年，两个科研小组同时报道了拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白家族为ABA的潜在受体。我组解析了apo-PYL2、ABA-PYL2、ABA-PYL1-ABI1三个高分辨率的晶体结构。结合生物化学实验数据，证明了PYL蛋白家族为拟南芥的ABA受体，且揭示了ABA介导的PYL对PP2C去磷酸化酶活性的抑制机理。结构显示，PYL2以同源二聚体存在，在结合ABA之后，PYL2中柔性区域CL2loop变为闭合状态，同时二聚化界面被削弱，这种构象改变介导了对PP2C的识别和抑制过程。作为ABA的选择性激动剂，pyrabactin与ABA化学结构相差甚远，但它也可通过PYL抑制PP2C活性。我们通过解析pyrabactin-PYL1的复合物结构，发现了ABA与pyrabactin在结合PYL1上的共性，提出了“电磁铁”模型：小分子发挥效应需具有大的疏水模块，通过疏水作用力使CL2闭合；同时需具有极性模块，与空腔内极性氨基酸相互作用进而被锚定。不同于ABA，pyrabactin对PYL具有选择性，通过进一步解析pyrabactin-PYL2的结构，我们发现pyrabactin在PYL1与PYL2中以不同的方位存在，结合生化试验，证明仅因一个氨基酸的不同（Valine与Isoleucine）便导致PYL1与PYL2对pyrabactin需使用不同的结合方式，从而决定了pyrabactin的选择性。为进一步探讨PYL介导的ABA信号通路的复杂机制，我们系统检验了拟南芥中10种PYL在体外对4种PP2C活性的影响。结果表明，一类PYL亚家族（以PYL10为代表）可独立于ABA抑制PP2C活性，且PYL10在溶液中可直接与PP2C形成稳定复合物。为解释其分子机制，我们解析了apo-PYL10和PYL10-HAB1复合物结构，结合生化数据发现了PYL独立于ABA发挥作用需具备两个条件：在溶液中以单体形式存在；小分子结合腔入口处需有大的疏水氨基酸。经过对ABA受体PYL蛋白一系列结构的解析和系统的生化分析，解决了PYL与ABA的结合及对下游信号通路调节的机制。同时对PYL家族蛋白进行分类，为解释了拟南芥中PYL的冗余和复杂的调控机制提供帮助。对pyrabactin的研究为设计ABA功能类似物并应用于农业生产提供了指导。